表面活性剂分类及应用

表面活性剂分类及应用

1 前言(/

表面活性剂的种类很多,按其产量排序分别为:阴离子占56%,非离子占36%,两性离子占5%,阳离子占3%。

2 阴离子表面活性剂

2.1 阴离子表面活性剂磺酸盐

此类活性剂常见的有直链烷基苯磺酸钠和α-烯基磺酸钠。直链烷基苯磺酸钠别名LAS或ABS,为白色或淡黄色粉状或片状固体,可溶于水,虽然在较低温度下水溶性较差,常温下在水中的溶解度是3以下,但在复配表面活性剂体系中溶解性很好。它对碱、稀酸和硬水都比较稳定,分解温度240℃。10%溶液刺激指数5.0,微生物降解率80%~90%,LD50为1300~2500 mg/kg。

α-烯基磺酸钠别名AOS。活性物含量38%~40%时,外观为黄色透明液体,极易溶于水。它在广泛的pH值范围内都有较好的稳定性;30℃ 3天,pH2、pH4、pH10,水解率均为0。它对皮肤的刺激性小,微生物降解率为100%,LD50为1300~2400 mg/kg。

其中,LAS一般不用于洗发香波,也很少用于淋浴液,常用于衣用液体洗涤剂和洗洁精(餐具液洗剂)。其在洗洁精中LAS可占表面活性剂总量的一半左右,在衣用液体洗涤剂中LAS所占比例的实际调节范围很宽。LAS的水溶性主要是体现在较高温度之下(如60℃)和与某些表面活性剂复配的条件下。应用于洗洁精比较典型的复配体系是三元体系“LAS-AES-FFA”。应用于衣用液体洗涤剂的复配体系有“LAS-皂基-η·SAA”。值得注意的是,LAS直接与非离子表面活性剂烷基醇酰胺复配不一定能取得好的效果,“LAS-FFA”体系不稳定且粘度小和外观为白乳状。

LAS是产量最大(290 kt/a),价格最便宜的合成表面活性剂品种。LAS在产量居前5位的合成表面活性剂中价格最低,在常见阴离子表面活性剂中与皂基(脂肪酯皂)相当。LAS突出的优点是稳定性好、去污力好、价格低廉,突出的缺点是刺激性大。

AOS在磺酸盐品种中,性能最好,具有一般磺酸盐的优点或其优点更为突出,而不具有一般磺酸盐的缺陷。AOS是洗发香波和淋浴液中常见使用的主表面活性剂之一。在其它液体洗涤剂中的应用也会随产品国产化的实现(价格下降)而逐步增多。AOS突出的优点是稳定性好,水溶性好,配伍性好,刺激性小,微生物降解也非常理想;突出的缺点是价格在阴离子表面活性剂中是较贵的。

2.2 阴离子表面活性剂硫酸盐)

此类活性剂常见的有脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和十二烷基硫酸钠。脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠别名AES,醇醚硫酸钠。它易溶于水,活性物含量70%时外观为淡黄色粘稠液体(半透明),

稳定性次于一般磺酸盐。在pH4以下很快水解,但在碱性环境下水解稳定性好。在30℃ 3天,pH2、pH4、pH10条件下,水解率分别是100%和50%及0。刺激性小,10%溶液刺激指数

2.3。生物降解率为90%以上。LD50为1800 mg/kg。

十二烷基硫酸钠别名AS、K12、椰油醇硫酸钠,月桂醇硫酸钠、发泡剂。它溶于水,25℃水中溶解度15左右,但水溶程度次于AES。对碱和硬水不敏感,但在酸性条件下稳定性次于一般磺酸盐,接近于AES,长期加热不宜超过95℃,刺激性在表面活性剂中层中等水平,10%溶液刺激指数3.3,高于AES,低于LAS。LD50为1300 mg/kg。

AES在洗发香波、淋浴液、餐具液体洗涤剂(洗洁精),衣用液体洗涤剂中都可应用。在应用时如果pH值质量指标允许,应尽可能把pH值调高些,如中性或偏碱性。当必须在pH值较低的条件下(洗发香波中)使用AES时,一般是使用其乙醇胺盐。AES的水溶性比AS更好;在常温下本身就可配成任何比例的透明水溶液。AES不仅比LAS在液体洗涤剂中的应用更为广泛,同时配伍性更好;能够与许多表面活性剂二元复配或多元复配成透明水溶液。AES在合成表面活性剂中,产量居第三,价格低于AS,2002年70%AES价格为8500元/t。AES突出的优点是刺激性小,水溶性好,配伍性好,在防皮肤干裂粗糙方面表现好;缺点是在酸性介质中的稳定性稍差——必须控制pH远大于4,去污力次于LAS、AS。

AS在液体洗涤剂中应用,要注意pH介质条件——酸度不太高;在洗发香波中应用必须是使用其乙醇胺盐或铵盐;在淋浴液中往往是使用其乙醇胺盐或铵盐。使用其乙醇胺盐不仅可增加耐酸稳定性,还有益于降低刺激性。10%的三乙醇胺盐刺激指数3.0。AS在餐具液体洗涤剂中的应用频次少,亦很少作主表面活性剂即配方用量少,主要原因是对降低产品成本不利,其次是这类产品对发泡性几乎无要求。AS在合成表面活性剂中,产量居第5位,价格较高,2002年,粉状价格为15000元/t。AS除发泡性好和去污力强外,其它方面的使用性能都不如AES。如耐酸稳定性略差一点,刺激性也相对是较大——只是小于LAS,在常见阴离子表面活性剂中价格也是最高。

2.3 阴离子表面活性剂脂肪酸皂

不同脂肪酸盐有不同性质。作为表面活性剂的脂肪酸盐,虽然溶于水,但溶解性和表面活性极易受pH值、钙镁等金尿离子、温度因素的影响。在酸性条件下极易水解而失去表面活性,同时水溶性下降。在硬水中与钙镁离子形成不溶性盐使部分脂肪酸盐失去表面活性。在较低气温下,脂肪酸盐的水溶性下降并极易成为固体胶。

按脂肪酸的碳链分类,应用于液体洗涤剂以月桂酸皂最好。按成盐不同分类,应用于液体洗涤剂以胺盐、钾、铵盐较好。作为主表面活性剂,硬脂酸钠不能在液体洗涤剂中应用。在液体洗涤剂中,脂肪酸盐主要用于衣用液体洗涤剂和淋浴液中,其产品的pH值指标一般是上调至8以上——衣用液洗剂更高。在液体洗涤剂中,不同于固体皂,脂肪酸盐与其它表

面活性剂复合使用显得更为重要。与之匹配的表面活性剂一般是起钙皂分散作用,其次还能改善表面活性剂的水溶性。常见的钙皂分散性较好的表面活性剂有FFA、AE、AES、SAS、AS、LAS、OA等。脂肪酸皂突出的优点是价格低廉;在防皮肤干裂粗糙方面表现好——在常见阴离子表面活性剂中与AES同样好,是常见阴离子表面活性剂大宗产品中唯一的“半天然”产品品种。缺点是不能在酸性介质中使用(作主表活剂),在一般阴离子表面活性剂中去污力稍差,耐硬水性能最差。

3 非离子表面活性剂

非离子表面活性剂的主要品种有烷基醇酰胺(FFA)、脂肪醇聚氧乙烯醚(AE)、烷基酚聚氧乙烯醚(APE或OP)。非离子表面活性剂具有良好的增溶、洗涤、抗静电、刺激性小、钙皂分散等性能;实际的可应用pH范围比一般离子型表面活性剂更宽广;除去污力和起泡性外,其它性能往往优于一般阴离子表面活性剂。实验表明:在离子型表面活性剂中添加少量非离子表面活性剂,即可使该体系的表面活性提高——相同活性物含量之间比较。

烷基醇酰胺是一类性能优越和用途广泛及使用频率很高的非离子表面活性剂,在各种液体洗涤剂中常见使用。烷基醇酰胺在液体洗涤剂中常见使用的规格是“2∶1酰胺”和

“1.5∶1酰胺”,“1∶1酰胺”也可使用。这三种规格在水溶性和增稠性方面的表现各不相同。一般来说,“1.5∶1酰胺”较为适中,较多应用于洗洁精。通常情况下“1∶1酰胺”与其它水溶性表面活性剂复合使用才易于溶解。烷基醇酰胺更适合于碱性洗涤剂,也可以在一般偏酸性的洗涤剂中应用。烷基醇酰胺是非离子表面活性剂中价格最便宜的一个品种,2002年价格7800元/t。烷基醇酰胺在液体洗涤剂中的应用频次多于脂肪醇聚氧乙烯醇。在洗发香波中所应用的非离子表面活性剂往往是烷基醇酰胺。其原因可能是:FFA的综合功能优于或多于AE;FFA产品的价格低于AE;FFA的溶解性优于AE;FFA的发泡性优于AE。 4 两性离子表面活性剂

两性表面活性剂指兼有阴离子和阳离子性亲水基的表面活性剂,因此这种表面活性剂在酸性溶液中呈阳离子性,在碱性溶液中呈阴离子性,而在中性溶液中有类似非离子的性质。两性表面活性剂易溶于水,溶于较浓的酸、碱溶液,甚至在无机盐的浓溶液中也能溶解,耐硬水性好,对皮肤刺激性小,织物柔软性好,抗静电性好,有良好的杀菌作用,与各种表面活性剂的相容性好。

这类产品在较宽的pH范围内都可应用,但从不同酸碱介质条件下所对应的离子状态来看,在酸性和中性条件下所表现的性能应该比碱性条件下更好。一般来说,两性离子表面活性剂的价格高于非离子表面活性剂。重要的两性表面活性剂品种有十二烷基二甲基甜菜碱、羧酸盐型咪唑啉等。

与阴离子表面活性剂比较,非离子表面活性剂的性能更全面,缺陷少——反去污力和起

泡性差一些;与非离子表面活性剂比较,两性表面活性剂的某些性能更优,其余性能也不落后。两性表面活性剂比一般非离子表面活性剂有更好的发泡能力——AE的发泡能力差;更好的杀菌能力——相对非离子和阴离子;更好的调理性。因此,在液体洗涤剂中,两性表面活性剂主要是应用于洗发香波,其次是淋浴液等皮肤清洁剂。

5 阳离子表面活性剂

常见阳离子表面活性剂品种有十六烷基二甲基氯化铵(1631),十八烷基三甲基氯化铵(1831),阳离子瓜尔胶(C-14S),阳离子泛醇、阳离子硅油、十二烷基二甲基氧化胺(OB-2)等等。阳离子表面活性剂不同于其它表面活性剂,去污力和起泡性差,往往有一定的刺激性毒性(低)。

阳离子表面活性剂在液体洗涤剂中是作为辅助表面活性剂——配方用量很少的调理剂组分;一般是用于较高档次产品,主要用于洗发香波。阳离子表面活性剂不直接与阴离子表面活性剂配伍,阳离子与阴离子配伍有出现好结果的可能性,但出现沉淀(结晶)的风险性较大。 应用于洗发香波的阳离子表面活性剂品种多,使用频次也较为分散——不是集中使用某一个或两个品种,并且经常配制成调理剂商品。阳离子表面活性剂在表面活性剂中的产量份额少,价格也往往比其它类别表面活性剂贵。与各种类型表面活性剂相比,阳离子表面活性剂的调整作用最突出,杀菌作用最强;尽管有去污力差,起泡性差,配伍性差、刺激性大,价格昂贵等缺点,但作为调整剂组分在高档次液体洗涤剂洗发香波中不是其它类型表面活性剂所能替代的。值得注意的是,阳离子表面活性剂也只能作为调理剂组分或杀菌剂来使用。


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