表面活性剂的结构与分类

5.1.4　表面活性剂的结构与分类

无论何种表面活性剂，其分子结构均由亲油基、亲水基两部分构成，形成了一种不对称的、极性的结构，表面活性剂分子因而也常被称作“双亲分子”。

表面活性剂非水溶性（憎水基团、疏水基团）的部分一般是长链的碳氢化合物，也有有机氟、有机硅、有机锡、有机磷等。疏水基团的变化主要是链长短及支链结构变化，其他变化不多。相对疏水基团而言，亲水基团结构变化较多，有羧酸盐、高级醇硫酸酯盐、有机胺衍生物等。

由于表面活性剂具有不同的亲水亲油结构，故表面活性剂大致分为：阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂及其他型。

1.阴离子表面活性剂

在水中电离后，其亲水性基团为阴离子基团。代表性的阴离子表面活性剂有羧酸盐、高级醇硫酸酯盐、烷基苯磺酸盐等。

（1）羧酸盐类表面活性剂

羧酸盐类表面活性剂俗称肥皂，是用油脂与碱溶液加热皂化而制得，其水溶性、硬度、碱性等与亲油性基团的结构直接相关。而同样的脂肪酸，由于成盐时的金属离子的不同，其硬度、pH值、碱性也有所不同：其中钠皂硬度最高，钾皂次之，铵皂比较柔软；钠皂、钾皂水溶液的pH值较高，其饱和溶液pH值约为10，而铵皂的pH值约为8。肥皂能吸附在气体、液体和固体的一切表面上，而且具有良好的渗透、润湿、起泡、乳化、分散和去污性能。总的来说，该类表面活性剂的去污能力、洗涤能力较强，价格低廉，但是抗硬水性能差，酸性条件下易失效。

（2）高级醇硫酸酯盐

该类表面活性剂性能优于肥皂，其洗涤能力、发泡能力较好，抗硬水性能良好，其溶液呈中性或者弱碱性，并具有良好的生物降解性能。其代表性产品为K₁₂，其结构简式为C₁₂H₂₅OSO₃Na（俗称月桂醇硫酸钠），常温下为白色粉末，水溶性较好，常用来配制液体洗涤剂，是良好的发泡剂、洗涤剂。而在此基础上引入聚氧乙烯醚结构，可以得到烷基聚氧乙烯醚硫酸酯盐，代表性产品为AES，其结构简式为C₁₂H₂₅（OCH₂CH₂）_nOSO₃Na（俗称月桂醇聚氧乙烯醚硫酸钠），常温下为黏稠状无色透明液体，去油污能力强，水溶性较好，常用作餐具洗涤剂和透明液体香波的原料。

（3）烷基磺酸盐

总的来说，阴离子表面活性剂性能较温和，洗涤能力、去污能力和发泡能力良好，刺激性较小。

2.阳离子表面活性剂

在水中电离后，其亲水性基团为阳离子基团，常见的均为有机胺衍生物。目前我们生活中常见的阳离子表面活性剂有“1227”、“1631”等。

（1）季铵盐

（2）咪唑啉盐

该类表面活性剂具有较好的杀菌性、抗静电性，同时对人体毛发具有较好的滋润性、调理性，能在一定程度上修复头发的分叉，增强头发的亮泽度，也是常见的织物柔软剂。

（3）吡啶卤化物

该类表面活性剂杀菌能力强，对伤寒杆菌和黄金葡萄球菌有杀灭能力，常用作洗涤消毒剂，比如用于食品加工、餐厅、游泳池等。代表性产品为十二烷基吡啶氯化铵。

阳离子表面活性剂的洗涤性能较差，刺激性和毒性较大，杀菌性能强，主要用作杀菌剂、柔软剂、破乳剂和抗静电剂。

3.两性离子型表面活性剂

两性离子型表面活性剂同时具有正离子官能团和负离子官能团。当其溶解于水溶液中，在酸性条件下，呈现出阳离子表面活性剂的性能；在碱性条件下，呈现出阴离子表面活性剂的性能；但在等电点时（正好酸碱性都不强，使其两种离子团都不能游离），呈现非离子状态，此时的表面活性较差。

该类表面活性剂主要有三种：甜菜碱型两性表面活性剂、氨基酸型两性表面活性剂和咪唑啉型两性表面活性剂。其代表性产品为甜菜碱，是一种从天然作物甜菜中分离提炼出来的天然产物，其无毒性，刺激性小，是较好的柔软剂、调理剂和抗静电剂。

蛋黄中的卵磷脂是一种纯天然的两性离子型表面活性剂，是食品工业使用的唯一的离子型表面活性剂，也是制作蛋黄酱不可缺少的。其水溶性差，对油有良好的乳化效果。

两性离子型表面活性剂与其他表面活性剂的相容性较好，且可在任何酸碱度条件下使用，有良好的耐硬水性，发泡力强，无毒性且刺激性小。此类活性剂常用作婴儿洗涤用品，如婴儿用洗发香波。

4.非离子型表面活性剂

非离子型表面活性剂本身不含离子型官能团，在水溶液中也无法电离，以分子状态存在于溶液中。由于其不含离子型官能团和不电离的状态，故不受溶液本身的酸碱度和电解质的影响，其化学稳定性及与其他表面活性剂的相容性都较好。其性能主要受内部的亲水基团和亲油基团的性能制约。

（1）聚氧乙烯醚类

它是非离子型表面活性剂中用量最大、用途最广的一类。其代表性产品是“TX”系列和“OP”系列产品，它们的化学稳定性好，润湿性能、洗涤能力都较好。

（2）烷基酰醇胺

（3）失水山梨醇脂肪酸酯

此类活性剂化学稳定性好，无毒，刺激性小。代表性产品为Span系列和Tween系列产品，其中Span系列的亲水性较差，Tween的亲水性较好。它们都是较好的乳化剂，由于无毒和刺激性低，故常用于食品、医药和化妆品工业。

（4）氧化胺

在中性和碱性溶液中，氧化胺呈现非离子型特性；在酸性溶液中表现为弱阳离子表面活性剂。氧化胺发泡细密，刺激性小、毒性小，有较强的抗静电和调理作用，常用作洗发、沐浴和高档餐具洗涤用的液体洗涤剂中。

（5）烷基糖苷

此类活性剂俗称APG，多为固体，颜色多为白色或黄色，有优良的水溶性，不易成胶体，稳定性好，对温度较稳定，对皮肤刺激性小，对人体温和无毒，具有广泛的相容性。它是一种具有广泛前景的绿色表面活性剂，由于对人体温和，刺激性低，故可用于化妆品、洗涤等行业，是良好的吸湿剂、保湿剂、润湿剂和护发剂。

该类表面活性剂整体性能温和，毒性、刺激性较低，化学稳定性好，与其他表面活性剂的相容性较好，有良好的乳化、渗透、增溶、润湿等性能。