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洗涤用表面活性剂的类型（五）
发布日期：2015-6-30 来源：xiashundong 浏览次数：2593
6 氨基酸型表面活性剂
氨基酸型表面活性剂分为蛋白质系表面活性剂和N-酰基氨基酸系表面活性剂。
6.1 蛋白质系表面活性剂
蛋白质系表面活性剂最早是用分解骨胶原方法制得的，现在采用的蛋白质原料有大豆蛋白质，动物的皮、骨、齿、血管等中的纤维状蛋白质，如骨胶原和角蛋白等。蛋白质系表面活性剂适于用作纤维油剂；在化妆品生产中用作保温、增泡、去污剂；在灭火中用作发泡剂等等。
蛋白质系表面活性剂通常采取如下的方法制取。将蛋白质和水在催化剂存在下加热，高相对分子质量蛋白质的主要成分(肽键)被水解，生成平均为几百至几千的低相对分子质量和中相对分子质量多肽。这种多肽具有良好的表面活性，可直接用作表面活性剂，也可以对其末端的氨基或羧基进行化学结构改造，制取所需特性表面活性剂。例如用高级脂肪酰氯与多肽进行反应，或者用多肽与高级脂肪酸进行缩合，均可制得阴离子型的N-酰基多肽型表面活性剂。将多肽末端的羧基用高级醇进行酯化，可制得阳离子型的多肽烷基酯型表面活性剂。
蛋白质系表面活性剂对人体毒性小，性温和，用于发用化妆品和皮肤用化妆品的制造，也用于餐具洗涤剂和家庭用洗涤剂的生产，既可单独使用，也可与其他表面活性剂复配使用。
6.2 N-酰基氨基酸系表面活性剂
N-酰基氨基酸系表面活性剂是将氨基酸与脂肪酸或脂肪酸酯进行反应，然后用碱中和氨基酸的羧基制得的。其中具有代表性的是由谷氨酸与椰子油脂肪酸制得的N-酰基谷氨酸盐。
N-酰基氨基酸盐易溶于水，其生物降解性好，毒性低，对皮肤的刺激性小，可用于香波、肥皂、香皂等化妆品生产中。
7 特殊类型表面活性剂
特殊类型表面活性剂主要有氟表面活性剂、硅表面活性剂、含金属的有机金属表面活性剂和生物表面活性剂等。
7.1 氟表面活性剂
氟表面活性剂是指烃系表面活性剂分子中烷基上的氢原子全部被氟原子所取代的化合物。这种用氟原子取代的基团称为全氟烷基。
与烃系表面活性剂相同，按亲水基的结构可将氟表面活性剂分为阴离子、阳离子、两性、非离子的表面活性剂4种。其亲水基的结构与烃系表面活性剂没有什么不同。所以氟表面活性剂所具有的一系列特性均由全氟烷基决定。由于氟原子的电负性大，故C—F键具有较大的键能，所以碳氟链化学稳定性和热稳定性都较高。此外，氟原子的半径比氢原子大，能将碳原子完全遮盖起来，且范德华力小，即分子间力小。由于这些原因导致全氟烷基热稳定性和耐试剂性能好，毒性小。由于分子间力小，表现出表面张力小，既疏水又疏油，摩擦系数小，不黏着，折射率小，绝缘性能高等。
氟表面活性剂的制法有电解氰化法、调聚反应法和齐聚法。
(1)电解氰化法将有机化合物溶解于无水氢氟酸中，在5～6V低电压进行电解，在阳极上生成全氟化合物。制得的全氟烷基的磷酸或羧酸，经中和可得到阴离子表面活性剂。如将得到的酸进行酰胺化、季铵化，可制得阳离子表面活性剂。将环氧乙烷加成在全氟化合物上，可制得离子表面活性剂。此法简便易行，但缺点是副产物多，全氟化合物的收率很低。
(2)调聚反应法 将构成主链的单体四氟乙烯，在调聚体(如CF31、C2H5l等)存在下，使进行自由基聚合反应，生成直链聚合物。这种调聚物的碘部位引入亲水基，即制得表面活性剂。
(3)齐聚法将四氟乙烯或六氟丙烯，在氟阴离子存在下，进行阴离子聚合，则生成C6～C14齐聚物。在这种齐聚物的双键部位引入亲水基，即制成表面活性剂。该法的特点是采用比较廉价的单体，可定量地制得产品，而且易引入亲水基。缺点是分子中的全氟烷基位于侧链。
三种方法制得的氟表面活性剂，收率较高，副产物也较少，其缺点是难以得到单一的长链调聚物，而且设备规模大。
氟表面活性剂具有显著降低表面张力的能力，高耐热、耐化学制剂的性能，故用途极为广泛。可用作油类火灾的灭火剂、电镀铬液添加剂、其他氟代烯烃的聚合用乳化剂、乳胶漆的流平剂、颜料分散剂、塑料和橡胶等表面改性剂、金属清洗剂、泡沫灭火剂等。此外还可用作纤维和纸的防水剂、防油剂和防污剂。
氟表面活性剂不能降低水油界面张力，为改进其水溶液的润湿性能，需将其与有良好降低水油界面张力的烃系表面活性剂加以复配使用。如将C8F17COONFl4氟表面活性剂与C12H25(CH3)2CH2C00-两性表面活性剂以1：1混合，它们表现出良好的协同效应。即能显著地降低水溶液的表面张力，提高了润湿性能。
7.2硅表面活性剂
以硅氧烷链为亲油基，聚氧乙烯链、羧基、酮基或其他极性基团为亲水基构成的表面活性剂称为硅表面活性剂。硅表面活性剂和一般表面活性剂一样，可分为离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂。
硅表面活性剂降低表面张力的能力次子氟表面活性剂，而显著大于烃系表面活性剂。例如烃系表面活性剂水溶液的最低表面张力为25mN／m，而硅表面活性剂水溶液的表面张力可降低至20mN／m。因此，硅表面活性剂具有极好降低水油界面张力的性能，并有极佳的润湿能力，可很好地润湿聚乙烯。
硅氧烷链表面活性剂的Si—O—C键对水不稳定，易被水解，用途受到限制。而Si—O—Si键和Si—C键稳定，所以均以如下的方法制取无Si-0-C键的硅表面活性剂。
3，3，3-三乙基硅丙酸是用三乙基氯甲基硅烷与丙二酸二乙酯进行反应制得的，再以碱中和，得阳离子硅表面活性剂。
非离子硅表面活性剂，如聚二甲基硅氧烷-环氧乙烷共聚物，是用末端具有Si—H的聚二甲基硅氧烷，在铂催化剂存在下与聚氧乙烯基烯丙醚进行加成反应制得的。
此外，利用酯交换法也可获得非离子硅表面活性剂，如用乙氧基聚二甲基硅氧烷与聚氧乙烯烷基醚，即可发生酯交换反应。
硅表面活性剂可应用于许多领域。如用作聚氨酯泡沫用的泡沫稳定剂，在纤维工业中用作聚丙烯和聚酯纤维的柔软剂，还可用于纤维和织物的防水、平滑整理和处理中，也常用于化妆品生产中。
7.3 有机金属表面活性剂和含硼表面活性剂
含钛、锡、铅、锗等有机金属表面活性剂是新开发的品种，现在还处在研究合成新化合物阶段。
含硼表面活性剂是用硼和醇类合成的，因在分子中硼原子和氧原子之间形成半极性键，所以也叫做半极性有机硼表面活性剂，锆、锗金属的有机金属表面活性剂目前处于研究开发阶段。
7.4 生物表面活性剂
所有的生物都是由细胞所构成，细胞中70％是水分、蛋白质、核酸、糖类、酯类等，各种物质通过细胞内的精细结构进行着有序的活动。表面活性剂作为控制细胞界面秩序不可缺少的物质起重要的作用。由于生物体内的表面活性剂是在极其复杂的生物物质群中极少量存在，因此大量提取纯品极为困难。近来发现微生物在其菌体外较大量地产生、积蓄微生物表面活性剂，它们已在石油采收、石油环境污染处理中得到了应用。生物表面活性剂具有合成的表面活性剂所没有的结构特征，可望在诸多领域中找到特殊应用。人们正努力开发生物降解性和安全性及生理活性均好的生物表面活性剂。
生物表面活性剂依据其亲水基的类别可分为五种类型：以糖为亲水基的糖脂系生物表面活性剂；以低缩氨酸为亲水基的酰基缩氨酸系生物表面活性剂；以磷酸基为亲水基的磷脂系生物表面活性剂；以羧酸基为亲水基的脂肪酸系生物表面活性剂；结合多糖、蛋白质及酯的高分子生物表面活性剂。
氨基酸型表面活性剂分为蛋白质系表面活性剂和N-酰基氨基酸系表面活性剂。
6.1 蛋白质系表面活性剂
蛋白质系表面活性剂最早是用分解骨胶原方法制得的，现在采用的蛋白质原料有大豆蛋白质，动物的皮、骨、齿、血管等中的纤维状蛋白质，如骨胶原和角蛋白等。蛋白质系表面活性剂适于用作纤维油剂；在化妆品生产中用作保温、增泡、去污剂；在灭火中用作发泡剂等等。
蛋白质系表面活性剂通常采取如下的方法制取。将蛋白质和水在催化剂存在下加热，高相对分子质量蛋白质的主要成分(肽键)被水解，生成平均为几百至几千的低相对分子质量和中相对分子质量多肽。这种多肽具有良好的表面活性，可直接用作表面活性剂，也可以对其末端的氨基或羧基进行化学结构改造，制取所需特性表面活性剂。例如用高级脂肪酰氯与多肽进行反应，或者用多肽与高级脂肪酸进行缩合，均可制得阴离子型的N-酰基多肽型表面活性剂。将多肽末端的羧基用高级醇进行酯化，可制得阳离子型的多肽烷基酯型表面活性剂。
蛋白质系表面活性剂对人体毒性小，性温和，用于发用化妆品和皮肤用化妆品的制造，也用于餐具洗涤剂和家庭用洗涤剂的生产，既可单独使用，也可与其他表面活性剂复配使用。
6.2 N-酰基氨基酸系表面活性剂
N-酰基氨基酸系表面活性剂是将氨基酸与脂肪酸或脂肪酸酯进行反应，然后用碱中和氨基酸的羧基制得的。其中具有代表性的是由谷氨酸与椰子油脂肪酸制得的N-酰基谷氨酸盐。
N-酰基氨基酸盐易溶于水，其生物降解性好，毒性低，对皮肤的刺激性小，可用于香波、肥皂、香皂等化妆品生产中。
7 特殊类型表面活性剂
特殊类型表面活性剂主要有氟表面活性剂、硅表面活性剂、含金属的有机金属表面活性剂和生物表面活性剂等。
7.1 氟表面活性剂
氟表面活性剂是指烃系表面活性剂分子中烷基上的氢原子全部被氟原子所取代的化合物。这种用氟原子取代的基团称为全氟烷基。
与烃系表面活性剂相同，按亲水基的结构可将氟表面活性剂分为阴离子、阳离子、两性、非离子的表面活性剂4种。其亲水基的结构与烃系表面活性剂没有什么不同。所以氟表面活性剂所具有的一系列特性均由全氟烷基决定。由于氟原子的电负性大，故C—F键具有较大的键能，所以碳氟链化学稳定性和热稳定性都较高。此外，氟原子的半径比氢原子大，能将碳原子完全遮盖起来，且范德华力小，即分子间力小。由于这些原因导致全氟烷基热稳定性和耐试剂性能好，毒性小。由于分子间力小，表现出表面张力小，既疏水又疏油，摩擦系数小，不黏着，折射率小，绝缘性能高等。
氟表面活性剂的制法有电解氰化法、调聚反应法和齐聚法。
(1)电解氰化法将有机化合物溶解于无水氢氟酸中，在5～6V低电压进行电解，在阳极上生成全氟化合物。制得的全氟烷基的磷酸或羧酸，经中和可得到阴离子表面活性剂。如将得到的酸进行酰胺化、季铵化，可制得阳离子表面活性剂。将环氧乙烷加成在全氟化合物上，可制得离子表面活性剂。此法简便易行，但缺点是副产物多，全氟化合物的收率很低。
(2)调聚反应法 将构成主链的单体四氟乙烯，在调聚体(如CF31、C2H5l等)存在下，使进行自由基聚合反应，生成直链聚合物。这种调聚物的碘部位引入亲水基，即制得表面活性剂。
(3)齐聚法将四氟乙烯或六氟丙烯，在氟阴离子存在下，进行阴离子聚合，则生成C6～C14齐聚物。在这种齐聚物的双键部位引入亲水基，即制成表面活性剂。该法的特点是采用比较廉价的单体，可定量地制得产品，而且易引入亲水基。缺点是分子中的全氟烷基位于侧链。
三种方法制得的氟表面活性剂，收率较高，副产物也较少，其缺点是难以得到单一的长链调聚物，而且设备规模大。
氟表面活性剂具有显著降低表面张力的能力，高耐热、耐化学制剂的性能，故用途极为广泛。可用作油类火灾的灭火剂、电镀铬液添加剂、其他氟代烯烃的聚合用乳化剂、乳胶漆的流平剂、颜料分散剂、塑料和橡胶等表面改性剂、金属清洗剂、泡沫灭火剂等。此外还可用作纤维和纸的防水剂、防油剂和防污剂。
氟表面活性剂不能降低水油界面张力，为改进其水溶液的润湿性能，需将其与有良好降低水油界面张力的烃系表面活性剂加以复配使用。如将C8F17COONFl4氟表面活性剂与C12H25(CH3)2CH2C00-两性表面活性剂以1：1混合，它们表现出良好的协同效应。即能显著地降低水溶液的表面张力，提高了润湿性能。
7.2硅表面活性剂
以硅氧烷链为亲油基，聚氧乙烯链、羧基、酮基或其他极性基团为亲水基构成的表面活性剂称为硅表面活性剂。硅表面活性剂和一般表面活性剂一样，可分为离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂。
硅表面活性剂降低表面张力的能力次子氟表面活性剂，而显著大于烃系表面活性剂。例如烃系表面活性剂水溶液的最低表面张力为25mN／m，而硅表面活性剂水溶液的表面张力可降低至20mN／m。因此，硅表面活性剂具有极好降低水油界面张力的性能，并有极佳的润湿能力，可很好地润湿聚乙烯。
硅氧烷链表面活性剂的Si—O—C键对水不稳定，易被水解，用途受到限制。而Si—O—Si键和Si—C键稳定，所以均以如下的方法制取无Si-0-C键的硅表面活性剂。
3，3，3-三乙基硅丙酸是用三乙基氯甲基硅烷与丙二酸二乙酯进行反应制得的，再以碱中和，得阳离子硅表面活性剂。
非离子硅表面活性剂，如聚二甲基硅氧烷-环氧乙烷共聚物，是用末端具有Si—H的聚二甲基硅氧烷，在铂催化剂存在下与聚氧乙烯基烯丙醚进行加成反应制得的。
此外，利用酯交换法也可获得非离子硅表面活性剂，如用乙氧基聚二甲基硅氧烷与聚氧乙烯烷基醚，即可发生酯交换反应。
硅表面活性剂可应用于许多领域。如用作聚氨酯泡沫用的泡沫稳定剂，在纤维工业中用作聚丙烯和聚酯纤维的柔软剂，还可用于纤维和织物的防水、平滑整理和处理中，也常用于化妆品生产中。
7.3 有机金属表面活性剂和含硼表面活性剂
含钛、锡、铅、锗等有机金属表面活性剂是新开发的品种，现在还处在研究合成新化合物阶段。
含硼表面活性剂是用硼和醇类合成的，因在分子中硼原子和氧原子之间形成半极性键，所以也叫做半极性有机硼表面活性剂，锆、锗金属的有机金属表面活性剂目前处于研究开发阶段。
7.4 生物表面活性剂
所有的生物都是由细胞所构成，细胞中70％是水分、蛋白质、核酸、糖类、酯类等，各种物质通过细胞内的精细结构进行着有序的活动。表面活性剂作为控制细胞界面秩序不可缺少的物质起重要的作用。由于生物体内的表面活性剂是在极其复杂的生物物质群中极少量存在，因此大量提取纯品极为困难。近来发现微生物在其菌体外较大量地产生、积蓄微生物表面活性剂，它们已在石油采收、石油环境污染处理中得到了应用。生物表面活性剂具有合成的表面活性剂所没有的结构特征，可望在诸多领域中找到特殊应用。人们正努力开发生物降解性和安全性及生理活性均好的生物表面活性剂。
生物表面活性剂依据其亲水基的类别可分为五种类型：以糖为亲水基的糖脂系生物表面活性剂；以低缩氨酸为亲水基的酰基缩氨酸系生物表面活性剂；以磷酸基为亲水基的磷脂系生物表面活性剂；以羧酸基为亲水基的脂肪酸系生物表面活性剂；结合多糖、蛋白质及酯的高分子生物表面活性剂。