精细化学品化学综述

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1、 精细化学品化学精细化学品化学 表面活性剂的应用与发展趋势 学生姓名学生姓名 钱钱 武武 学学 号号 0911451409114514（1919） 院院 系系 化学化工学院化学化工学院 专专 业业 应用化学应用化学 指导老师指导老师 李建法李建法 姓 名 钱武 班 级 应化 092 班 学 号 09114514（19） 表面活性剂的应用与发展趋势 摘 要：简单介绍了表面活性剂的组成及其作用，并阐述了我国表面活性剂在各个方面的应用、行业发展状况以及与国外的差距,对表面活性剂使用增长原因作了分析，并对未来表面活性剂的发展作了简述，并提出了一些建议。 关键词：表面活性剂 应用 发展趋势 表面活性剂是

2、指一类在很低浓度时就能显著降低水的表面张力的化合物,依其亲水基的结构分为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂及非离子表面活性剂1。表面活性剂具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列2，分子结构具有两亲性：一端为亲水基团，另一端为憎水基团；亲水基团常为极性的基团，如羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其盐，也可是羟基、酰胺基、醚键等；而憎水基团常为非极性烃链，如8个碳原子以上烃链3。它达到一定浓度后可缔合形成胶团,从而具有润湿或抗粘、 乳化或破乳4、 起或消泡以及增溶、分散、 洗涤、 防腐5、 防静电等一系列物理化学作用及相应的实际应用,成为一类灵活多样、用途广泛的精细化工产品6。近年来中国表面活

3、性剂工业得到了迅速的发展。目前，我国表面活性剂工业的生产规模已经相当可观，设备和技术正逐步向国际水平看齐，产品数量、种类和质量都有大幅度增长和提高。 1、 表面活性剂的应用表面活性剂的应用 表面活性剂由于具有润湿或抗粘、乳化或破乳、起泡或消泡以及增溶、分散、洗涤、防腐、抗静电等一系列物理化学作用，使得它有以下几方面的实际应用7。 一 表面活性剂的基本功能及用途 表面活性剂的基本性质是表面界面定向吸附, 降低表面界面张力, 形成胶束,由此而产生一些基本功能润湿、 渗透由于表面活性剂降低液固界面张力。 泡沫由于表面活性剂降低气一液界面张力, 在气、 液界面形成紧密排列的双层吸附膜8。 乳化、 分散

4、由于降低液一液、液一固界面张力。增溶由于胶束形成。洗涤去污上述功能的综合作用。具有这些基本功能的表面活性剂相应地可用作润湿剂, 渗透剂、再润湿剂、发泡剂、稳泡剂、乳化剂、分散剂、增溶剂、洗涤剂、清洗剂等。 二 表面活性剂的派生功能及用途 由表面活性剂的基本性质和基本功能可以产生多种派生功能, 主要有以下一些柔软、 平滑、匀染、缓染、抗静电、杀菌、防霉、防腐、防锈、缓蚀、消泡、破乳、凝聚、增稠、降姓 名 钱武 班 级 应化 092 班 学 号 09114514（19） 粘、防水、防油、驱油、减水、加气、捕集、浮选、光亮、整平电镀、防结块、防结晶、增塑、 抗氧化、 催化、 离子交换等。 这些功能产

5、生的主要原因是由于表面活性剂的界面吸附, 在界面上形成表而活性剂的分子膜, 使界面减摩、润滑, 或保护界面, 使不与其它分子如水、油、 空气等接触, 有的则是由于离子性质, 不同电荷离子相互吸引, 同电荷离子相互排斤所产生, 有的原因还不清楚9。 具有这些派生功能的表面活性剂相应地可用作纺织柔软剂、 匀染剂、 抗静电剂、 杀菌剂、防锈剂、消泡剂、破乳剂、增稠剂、防水剂、驱油剂、电镀添加剂、催化剂等。 三 工业非民用应用领域 表面活性剂非民用应用领域十分广泛, 遍及各方面, 主要部门有工业清洗、金属工业、纺织印染、汗料、颜料、染料、造纸、皮革、塑料、橡胶、建筑、建材、化工、采矿、石油、医药、化妆

6、品、食品、感光、农药、农业、微生物、环保、能源、分析化学、有机合成等10。 下面，就其中某些方面做一些详细介绍。 表面活性剂在医药行业有广泛应用,在药剂中,一些挥发油、 脂性纤维素、 甾体激素等许多难溶性药物利用表面活性剂的增溶作用可形成透明溶液及增加浓度;在医药行业中可作为杀菌剂和消毒剂使用,其杀菌和消毒作用归结于它们与细菌生物膜蛋质的强烈相互作用使之变性或失去功能,这些消毒剂在水中都有比较大的溶解度,根据使用浓度,可用于手术前皮肤消毒、伤口或粘膜消毒、器械消毒和环境消毒;药剂制备过程中,它是不可缺少的乳化剂、润湿剂、助悬剂、起泡剂和消泡剂等。 在农药行业,可湿性粉剂、 乳油及浓乳剂都需要有

7、一定量的表面活性剂,如可湿性粉剂中原药多为有机化合物,具有憎水性,只有在表面活性剂存在的条件下,降低水的表面张力,药粒才有可能被水所润湿,形成水悬液;而且在粒剂及供喷粉用的粉剂中,有的也含有一定量的表面活性剂,其目的是为了提高药剂在受药表面的附着性和沉积量,提高有效成分在有水分条件下的释放速度和扩展面积,提高防病、治病效果。 含氟表面活性剂的应用领域有着广泛的市场。 含氟表面活性剂从结构上也可分为阴离子型、阳离子型、非离子型和两性离子型4 类。而某一类型的表面活性剂又根据所含基团结构不同可形成各种系列的产品11。从化学工业、机械工业、电子工业到纺织印染工业、皮革工业、橡胶塑料业、涂料油墨业以及

8、石油、煤炭、采矿和造纸等都有关它的声影, 它可用作防污耐侯耐久性涂料、模具脱模剂、涂料助剂、流平剂、颜料分散剂、塑料和橡胶等表面改性剂、防水剂、防油剂和防污剂等12,13。而纺织印染工业已成为含氟表面活性剂最大的应用领域, 越来越多的新材料要求具有防污、 易去污的性能, 在高分子天然材料和合成材料的表面姓 名 钱武 班 级 应化 092 班 学 号 09114514（19） 进行氟化改性已成为国内外复合材料领域的研究热点14。 表2 含氟表面活性剂的特性与应用1516,17,18 Tab.2 Application and speciality of fluorosurfactant 类型 组

9、合物 主要特性 应用领域 阴离子 全氟烷基羧酸盐型 渗透性、润湿性、乳化性、分散性、水溶 性、增溶性、起泡性、润滑性、抗静电 性、 耐药品性、 耐热性、流平性、脱模 性、降低表面张力 洗涤剂、胶乳、涂料、颜料添加剂、乳化剂、分 散剂、润湿剂、灭火剂、起泡剂、防静电剂、润 滑添加剂、铬雾抑制剂、金属塑料蚀刻添加剂、 流平剂、脱模剂、纸张防油处理剂 阳离子 全氟烷基季铵盐型 全氟烷基胺化物型 渗透性、乳化性、分散性、起泡性、抗静 电性、 耐水性、 憎油性、杀菌性、防锈 性、脱模性、降低表面张力 洗净剂、涂料、颜料添加剂、油墨添加剂、乳化 剂、 润湿剂、 防水防油剂、纸张皮革纤维加工添 加剂、流平剂

10、、电镀浴添加剂、浮选剂、金属缓 蚀添加剂、耐腐蚀抑制剂、铺展剂、脱模剂 非离子 全氟烷基EO 加成 物全氟烷基酰胺类 型非解离性全氟烷 基化合物类 渗透性、润湿性、乳化性、分散性、水溶 性、低起泡性、抗静电性、油溶性、流平 性、脱模性、降低表面张力 洗净剂、涂料、颜料添加剂、乳化剂、润滑油与 防锈油添加剂、润湿剂、流平剂、铺展剂、抗静 电剂、石油捕集剂、脱模剂 两性型 全氟烷基甜菜碱型 全氟烷基氧化胺型 渗透性、润湿性、分散性、水溶性、憎油 性、 起泡性、 抗静电性、防锈性、流平 性、杀菌性、降低表面张力 灭火剂、 乳化剂、 分散剂、纤维和树脂工业用添 加剂、增泡剂、稳泡剂、金属缓蚀添加剂、润

11、湿 剂、石油捕集剂 18 2、 国外技术发展现状及趋势国外技术发展现状及趋势 表面活性剂行业作为国民经济的重要组成部分,其发展水平已被视为各国高新化工技术产业的重要标志,并成为当今世界化学工业激烈竞争的焦点19。 目前,发达国家在该领域的研究已具备了完整的体系,能够实现产品研究开发多样化、 系列化,开发力度非常大， 但我国的姓 名 钱武 班 级 应化 092 班 学 号 09114514（19） 表面活性剂却一直未形成规模。 以含氟表面活性剂的研究为例20, 世界上只有少数几个国家, 如美、英、法、德、日生产21。这些国家拥有的生产量和消费市场, 并正以年均一的速度增长。 产品如今已形成能满足

12、广泛需要的系列, 其品种已多达多种。 我国目前仅有少量产品面市, 因此无论是产品品种及数量、质量、应用领域都不能与发达国家相比。 、 3、 我国表面活性剂领域的现状我国表面活性剂领域的现状 在表面活性剂领域,我国的研究开发能力和产业化基础都还比较薄弱,与国外水平还有所差距,尤其在高新技术领域差距更大。我国表面活性剂的生产情况见下表近年来国内硅氟表面活性剂正以其独特的性能引起广泛的关注， 我国在这方面也做了部分研究并已经有部分产品面世。目前,对离子液体型表面活性剂的应用研究主要集中在乳液聚合及生物酶催化反应。我国阴离子表面活性剂目前已经生产并使用的主要有十二烷基苯磺酸（简称LAS）、脂肪醇醚硫酸

13、钠（简称AES）、脂肪醇硫酸钠（简称AS）、脂肪醇（醚）硫酸铵（简称铵盐，AESA， LSA） 、 -烯基磺酸钠 （简称AOS） 、 脂肪醇 （醚） 磷酸盐 （MAP） 、 醇醚羧酸盐 （AEC） 、磺基琥珀酸盐、氨基酸盐等22,23。其它还有如重烷基苯磺酸盐、石油磺酸盐、萘磺酸盐、木质素磺酸盐等阴离子表面活性剂， 但这些表面活性剂特用于某些工业领域， 故未列入本文的统计中。在阴离子表面活性剂中，磺酸盐、硫酸盐类表面活性剂占据了绝对主要的市场地位和产销量，这类表面活性剂的现状和发展趋势大致代表了阴离子表面活性剂的现状和发展。目前国内几乎全部采用SO3气相膜式磺化技术生产磺酸盐、硫酸盐类阴离子表

14、面活性剂，氯磺酸、烟酸等磺化工艺已基本淘汰24,25,26。在众多的磺化、硫酸化类阴离子表面活性剂中，LAS作为传统的表面活性剂依然保持着主要的市场份额。AES、AOS、MES 等表面活性剂已经表现出良好的发展势头，在今后35 年内将会发展壮大，甚至取代部分LAS。AESA、LSA 铵盐主要应用于中高档洗化个人护理用品，由于相应市场的限制，发展速度比较平缓，市场规模也比较小27。 4 4、 表面活性剂发展趋势表面活性剂发展趋势 总体用量将持续稳定地增长随着我国经济社会的高速发展，人民生活水平的不断提高，与人民生活密切相关的洗涤剂、 化妆品及表面活性剂等行业都将得到快速发展。 另外表面活性剂在各

15、个工业应用领域的拓展， 大大增加了表面活性剂的市场需求， 刺激了表面活性剂的创新和发展28,29。 1、新产品将不断涌现，产品结构将得到优化。因行业发展和技术进步的需要，也迫于企业竞争的压力， 表面活性剂生产企业必将更加注重技术创新和新产品开发。 因而新型表面活性剂将不断涌现， 产品结构将进一步优化， 性能优良或独特的新产品将得到更多的开发和姓 名 钱武 班 级 应化 092 班 学 号 09114514（19） 应用30。 2、 生产企业向专业化、 规模化方向发展以往表面活性剂的生产大多依附于洗涤剂厂或日化厂，很多以配套自用为主，规模较小、布局分散。近年来已逐步向专业化、规模化方向发展。 3、醇系表面活性剂将得到快速发展醇系表面活性剂（如A E S 、AS、AESA、LSA、APG、MAP 等）的优良性能早已为业内所熟悉，并已经得到广泛的应用。天然脂肪醇无论是国内还是国外,在最近几年内都将得到跳跃式的发展31,32,33。 4、MES市场前景广阔，倍受业内关注MES因优良的性能、可再生的原料资源、低廉的成本、良好的环境和生态适应性34,35，具有广阔的开发应用前景