表面活性剂的结构功能及应用一、前言: 表面活性剂事一类有机化合物,他们的结构特点使得这类化合物具有应用范围广、使用灵活、用量极少、性能优越的特点,因而被誉为“工业味精”,在显著改善界面物理化学性质、改进生产工艺、降低消耗和提高产品质量等方面都表现出其性能的优势。而事实上,进来研究表明,表面活性剂并不单单扮演着“工业味精”的功能。表面活性剂所形成的分子有序聚集体在各种过程如湿润、增溶、乳化、分散等中发挥着重要的作用,尤其是进入现代科技时代,表明活性剂在纳米材料的合成及性能优化、 DNA 及药物等医学领域、分子探针技术甚至生命科学、能有科学、信息科学等方面发挥着重要的作用,成为物理、化学、生物三大基础科学和许多技术部门共同关心的领域。作为一门新的学科分支,表面活性剂的原理、应用及其特殊功能早已成为各个领域学者的共同需要。二、表面活性剂的定义: 从原则上讲,凡是能降低表面张力的物质都具有表面活性,然而表面活剂则是指能显著降低溶剂(一般为水)表面张力和液一液界面张力,并具有一定结构具有亲水亲油特性和特殊吸附性能的物质。表面活性剂之所以能显著降低表面张力和液一液界面张力,原因在于其具有两亲结构特征,但并不是所有具有两亲结构的分子都是表面活性剂。甲酸、乙酸、丙酸、丁酸都具有两亲结构,但并不是表面活性剂,而只是具有表面活性而已。只有疏水基足够大的两亲分子才显示表面活性剂的特性。对于正构烷基来说,碳链长度须在 8个碳原子以上。如果疏水基过大,则溶解度太小,应用受到限制。自从人们发现基于两亲分子不溶膜的 LB技术可作为分子组装的重要手段以来,两亲分子不溶物也由此受到重视。多数表面活性剂的疏水基呈长链状,人们常形象地把疏水基叫做“尾巴”,亲水叫做“头”。整个表面活性剂分子常以图 。三、表面活性剂的分类: 从结构看,所有的表面活性剂都是由极性的亲水基和非极性的亲油基两部分组成。亲水基与水分子作用,使表面活性剂分子引入水;而亲油基与水分子相排斥,与非极性或弱极性溶剂分子作用,使表面活性剂分子引入油(溶剂)。表面活性剂分子的亲油基一般是由烃基构成的,而亲水基则由各种极性基团组成,种类繁多,因此,表面活性剂在性质上的差异,除与烃基的大小和形状有关外,主要与亲水基团的类型有关。亲水基团在种类和结构上的改变远比亲油基团的改变对表面活性剂性质的影响要大,所以,表面活性剂一般以亲水基团的结构为依据来分类。按亲水基是否带有电荷将表面活性剂分为离子型和非离子型两大类。离子型表面活性剂的分子在水中能电离,形成带正电荷、带负电荷或者同时带正电荷和负电荷的离子。带正电荷的称为阳离子表面活性剂;带负电荷的称为阴离子表面活性剂;同时有正电荷和负电荷的则称为两性表面活性剂。非离子型表面活性剂分子在水中不电离,呈电中性。表面活性剂的相对分子质量一般为几百至几千,而几千至几万以上的则称为高分子表面活性剂。表面活性剂有的是从天然物质中提取制得的,有的是通过化学合成制备的,前者称为天然表面活性剂(以区别于后者)。此外,还有在疏水基上氢被氟取代的碳氟类表面活性剂,聚硅氧烷类的硅氧烷类表面活性剂,含钛的特种金属表面活性剂,以及冠醚类表面活性剂。此外还有 Gemini 型和 Bola 型等新型表面活性剂,这些表面活性剂均有其独特的性能,故统称为特种表面活性剂。表面活性剂通常有如下四种分类方式。①按