表面活性剂的组成和分类

1.表面活性剂的基本组成

任何一种表面活性剂都是由非极性的亲油（疏水）的碳氢链基团和极性的亲水（疏油）基团所组成的。而且两部分分处两端，形成不对称结构见图3-14。

图3-14表面活性剂分子模型示意

图3-15表面活性剂分子的乳化作用

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表面活性剂分子是一种两亲分子，具有既亲油又亲水的两亲性质。亲油基团是容易在油脂中溶化或被油脂湿润的原子团，和油一样有排斥水的性质。但是，疏水基不一定都是亲油基，亲油基只是疏水基中的一部分。亲水基是由容易溶于水或被水湿润的原子团所组成的。许多表面活性剂的亲水基团都是无机性质的，但也有有机物，例如非离子表面活性剂的亲水基。这种分子就会在水溶液体系中，相对于水介质而采取独特的定向排列，并形成一定的结构，如图3-15所示。它表现出两种重要的基本性质：溶液表面的吸附与在溶液内部形成胶团。

2.表面活性剂的非极性亲油基团

亲油基团是具有易于在油中溶解的性质的原子集合体。亲油基和油一样具有排斥水的性质，因此又称为疏水基。常见的亲油基主要有下面几种：

①C₈-C₂₀直链烷基；

②C₈—C₂₀带支链烷基；

③烷基碳原子数8-16的烷基苯基；

④烷基蔡基，烷基碳原子数＞3，—般为双烷基；

⑤松香衍生物；

⑥高分子量的聚氧丙烯基；

⑦长链全氟或高氟代烷基；

⑧低分子量的全氟聚氧丙烯基；

⑨聚硅氧烷基。

3.表面活性剂的极性亲水基团

它是由易溶解于水的或易被水湿润的原子团所组成的，有的是无机物，有的是有机物；它们都具有无机性质。在工业上常用的表面活性剂的极性亲水基团很多，主要包括以下几类。

①阴离子表面活性剂中的极性亲水基团

羧酸基一COO-；磺酸根一SO₃-；

硫酸根一OSO₃-；磷酸根一OPCV₃²-等。

②阳离子表面活性剂中的极性亲水基团

伯氨基一NH₃・H+；叔氨基一（CH₃）₂・NH+；

仲氨基一CH₃NH・H+；季铵基一（CH₃）₃N+等。

③两性表面活性剂中的极性亲水基团

氨基竣基—N+H（CH₂）₂COO-；

内氨基竣基一N+（CH₃）₂CH₂COO-等。

④非离子型表面活性剂中的极性亲水基团

聚乙二醇型中的醚基一O—和径基一OH；

多元醇型中的羟基一OH等。

由亲水基和亲油基组成多种多样的表面活性剂。表面活性剂的亲水性、水溶性除了受亲水基的种类的影响以外，还受各种条件的影响。

对亲水基的亲水性影响最大的是温度。离子型表面活性剂的水溶性随温度升高而升高。例如，作为肥皂之一的棕旃酸钠，在冷水中几乎不溶解，在温热的水中溶解度也很小，到70°C左右溶解度明显增加。

钠皂的水溶性与温度的关系见图3-16。由图可见在一定温度以上，钠皂的溶解度迅速增大，该温度称为所对应的离子型表面活性剂的克拉夫特点（KrafftPoint）。克拉夫特点是离子型表面活性剂的溶解度明显上升的温度（是一个窄的温度范围），也是水中离子型表面活性剂的浓度达到临界胶束浓度的温度，在此温度，其溶解度等于临界胶束浓度。磺酸盐型和硫酸酯型的阴离子表面活性剂、胺盐型阳离子表面活性剂等离子型的表面活性剂，大多能看到克拉夫特点的现象。

与离子型表面活性剂相反，温度越高，聚乙二醇型非离子表面活性剂反而越难溶于水。例如，室温下壬酚10mol环氧乙烷加成物溶解于水呈透明状，加热到大约65°C，壬酚10mol环氧乙烷加成物溶解度下降，随温度再升高，变成不溶于水，呈细小的“油滴”析出，溶液变混浊；稍加冷却，溶液又变清澈透明，因为壬酚10mol环氧乙烷加成物又可溶于水。聚乙二醇型等非离子表面活性剂一般都具有这种特性，在某一温度以上很快变成不溶解于水，该温度称为表面活性剂的浊点。

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图3-16钠皂的水溶性与温度的关系

4.表面活性剂的分类

表面活性剂种类很多，性能千差万别。其性能取决于亲油基的大小和结构，以及亲水基团的种类和性能。

亲水基团对表面活性剂性质的影响远比亲油基团的影响大。因此，一般是按照亲水基的电离状况及其离子的带电性质对表面活性剂进行分类。表面活性剂分为离子型和非离子型，前者在水溶液中以电离；后者在水溶液中不电离。

离子型表面活性剂（又包括阴离子型、阳离子型及两性离子型表面活性剂）和非离子型表面活性剂等。有些新型的表面活性剂，则是按照其所含亲油基的特殊性能分类的。

按表面活性剂的组成和结构其主要分类法如图3-17所示。

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图3-17表面活性剂的分类

除图3-17中所不的各种表面活性剂以外，还有一些特殊的表面活性剂：如含氟表面活性剂，含硅表面活性剂，冠醯类大环化合物表面活性剂等。