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表面活性剂

(重定向自乳化劑

表面活性剂(又稱界面活性劑)是能使目标溶液表面张力显著下降的物质,可降低两种液体或液体-固体间的表面张力。最典型的例子是肥皂,具分解、滲入的效果,應用廣泛。

表面活性剂一般为具有亲水疏水基团的有机两性分子,通常是两亲有机化合物,含有疏水基团(“尾”)和亲水基团(“头”)。因此,它们在有机溶剂和水中均可溶。“

表面活性剂按照种类,可以分为:

  1. 阳离子表面活性剂
  2. 阴离子表面活性剂
  3. 两性离子表面活性剂
  4. 非离子表面活性剂

它在溶液中的浓度超过某一临界值后,会自发缔合形成胶束(micelle)。胶束开始明显形成时的「浓度」,称为临界胶束浓度(CMC),是表面活性剂的重要参数。

目录

语源编辑

“表面活性剂”一词的英文surfactant/surfactantssurface active agents(表面+活性+剂)组成的合成词[1],于1950年由安德拉的产品首先使用。

性质编辑

 
胶束——表面活性剂分子的亲脂尾端聚于胶束内部,避免与极性的水分子接触;分子的极性亲水头端则露于外部,与极性的水分子发生作用,并对胶束内部的憎水基团产生保护作用。形成胶束的化合物一般为两亲分子,因此一般胶束除可溶于水等极性溶剂以外,还能以反胶束的形式溶于非极性溶剂中。

表面活性剂通过在气液两相界面吸附降低水的表面张力,或通过吸附在液體界面间来降低油水界面张力。许多表面活性剂也能在本体溶液中,聚集成为聚集体

囊泡胶束都是此类聚集体。表面活性剂开始形成胶束的浓度叫做临界胶束浓度或CMC。当胶束在水中形成,胶束的尾形成能够包裹油滴的核,而它们的(离子/极性)头能够形成一个外壳,保持与水接触。表面活性剂在油中聚集,聚集体指的是反胶束。在反胶束中,头在核,尾保持与油的充分接触。表面活性剂通常分为四大类:阴离子,阳离子,非离子和两性离子(双电子)。

表面活性剂系统的热动力学很重要,不论是理论上还是实践上。因为表面活性剂系统代表的是介于有序和无序物质状态之间的系统。表面活性剂溶液可能含有有序相(胶束)和无序相(自由表面活性剂分子和/或离子)。

如常用的洗涤剂能够提高水在土壤中的渗透能力,但是效果仅仅持续数日(许多标准洗衣粉含有一定量的化学品,比如,由于它们会破坏植物,不适于土壤)。商业土壤润湿剂会持续起效果一段时间,最终还是会被微生物降解。然而,有一些会对水生物的生物循环产生影响,因此必须小心防止这些产品流入地表径流,过量产品不应该洗消。

其他例子:

1. 肥皂

日常生活中常见的肥皂就是典型的表面活性剂。肥皂可以用来洗净衣服、皮肤表面的油渍,而单用水却不容易洗掉,因为油是不溶于水的。那么,肥皂为什么能够洗净油渍呢?这得归功于表面活性剂的“两面派”特性。肥皂的成分是脂肪酸金属盐,它一头易溶于水,我们称之为“亲水基团”;另一头则难溶于水而易溶于油,我们称之为“憎水基团”或“亲油基团”。正因为这样特殊的结构,肥皂能够一头扎进水中,另一头扎进油中。这样,水拉着肥皂分子,肥皂分子再拉着油,就把油渍从衣服上拉下来啦!

表面活性剂分子中同时具有亲水基团和亲油基团,这种特性也叫做“双亲”(amphiphilic)。由于表面活性剂的这种特性,在适当浓度时,它们在水中能形成胶束(micelle):亲水的头部被水吸引朝外,亲油的尾部被水排斥从而朝里。在洗衣服的过程中,油渍就是被亲油基团拉到胶束的内部,而整个胶束又被水带走。如果是在油性环境中,它们又可以形成反胶束(inverse micelle),即头在内尾在外。这些胶束在化妆品中有着举足轻重的作用。

2.化妆品

常见的化妆品一般都是膏状或乳霜状的,其中既含有油也含有水,而且分散得非常均匀。水油不相容,那如何能使它们在护肤品中和平共处呢?表面活性剂在这时就发挥了重要的作用——乳化作用(Emulsification)。在水性环境中,表面活性剂形成胶束,把油的小颗粒包裹在胶束的中心,相当于在油颗粒外面套上了一件亲水的外衣,使它们能够自在又均匀地分散在水中,形成稳定的乳液(emulsion)。而当乳液被涂到皮肤上时,这些胶束就会破裂,从而释放出油颗粒(通常即是化妆品的有效成分)被皮肤吸收。

应用编辑

表面活性剂可以有许多用途:

  • 金属行业的前处理
  • 粘合剂乳化
  • 纺织行业
  • 皮革行业
  • 清洁
  • 浸润
  • 脱墨水
  • 发泡
  • 量子点上包覆材料(coating)

也是许多日常用品的原料:

参考文献编辑

  1. ^ Rosen, M.J., Surfactants and Interfacial Phenomena. 3rd ed. 2004, Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, Inc.

外部链接编辑

参见编辑