表面活性劑的組成和分類

1.表面活性劑的基本組成

任何一種表面活性劑都是由非極性的親油（疏水）的碳氫鏈基團和極性的親水（疏油）基團所組成的。而且兩部分分處兩端，形成不對稱結構見圖3-14。

圖3-14表面活性劑分子模型示意

圖3-15表面活性劑分子的乳化作用

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表面活性劑分子是一種兩親分子，具有既親油又親水的兩親性質。親油基團是容易在油脂中溶化或被油脂濕潤的原子團，和油一樣有排斥水的性質。但是，疏水基不一定都是親油基，親油基只是疏水基中的一部分。親水基是由容易溶于水或被水濕潤的原子團所組成的。許多表面活性劑的親水基團都是無機性質的，但也有有機物，例如非離子表面活性劑的親水基。這種分子就會在水溶液體系中，相對于水介質而采取獨特的定向排列，并形成一定的結構，如圖3-15所示。它表現出兩種重要的基本性質：溶液表面的吸附與在溶液內部形成膠團。

2.表面活性劑的非極性親油基團

親油基團是具有易于在油中溶解的性質的原子集合體。親油基和油一樣具有排斥水的性質，因此又稱為疏水基。常見的親油基主要有下面幾種：

①C?-C??直鏈烷基；

②C?—C??帶支鏈烷基；

③烷基碳原子數8-16的烷基苯基；

④烷基蔡基，烷基碳原子數＞3，—般為雙烷基；

⑤松香衍生物；

⑥高分子量的聚氧丙烯基；

⑦長鏈全氟或高氟代烷基；

⑧低分子量的全氟聚氧丙烯基；

⑨聚硅氧烷基。

3.表面活性劑的極性親水基團

它是由易溶解于水的或易被水濕潤的原子團所組成的，有的是無機物，有的是有機物；它們都具有無機性質。在工業上常用的表面活性劑的極性親水基團很多，主要包括以下幾類。

①陰離子表面活性劑中的極性親水基團

羧酸基一COO-；磺酸根一SO?-；

硫酸根一OSO?-；磷酸根一OPCV?2-等。

②陽離子表面活性劑中的極性親水基團

伯氨基一NH??H+；叔氨基一（CH?）??NH+；

仲氨基一CH?NH?H+；季銨基一（CH?）?N+等。

③兩性表面活性劑中的極性親水基團

氨基竣基—N+H（CH?）?COO-；

內氨基竣基一N+（CH?）?CH?COO-等。

④非離子型表面活性劑中的極性親水基團

聚乙二醇型中的醚基一O—和徑基一OH；

多元醇型中的羥基一OH等。

由親水基和親油基組成多種多樣的表面活性劑。表面活性劑的親水性、水溶性除了受親水基的種類的影響以外，還受各種條件的影響。

對親水基的親水性影響最大的是溫度。離子型表面活性劑的水溶性隨溫度升高而升高。例如，作為肥皂之一的棕旃酸鈉，在冷水中幾乎不溶解，在溫熱的水中溶解度也很小，到70°C左右溶解度明顯增加。

鈉皂的水溶性與溫度的關系見圖3-16。由圖可見在一定溫度以上，鈉皂的溶解度迅速增大，該溫度稱為所對應的離子型表面活性劑的克拉夫特點（KrafftPoint）。克拉夫特點是離子型表面活性劑的溶解度明顯上升的溫度（是一個窄的溫度范圍），也是水中離子型表面活性劑的濃度達到臨界膠束濃度的溫度，在此溫度，其溶解度等于臨界膠束濃度。磺酸鹽型和硫酸酯型的陰離子表面活性劑、胺鹽型陽離子表面活性劑等離子型的表面活性劑，大多能看到克拉夫特點的現象。

與離子型表面活性劑相反，溫度越高，聚乙二醇型非離子表面活性劑反而越難溶于水。例如，室溫下壬酚10mol環氧乙烷加成物溶解于水呈透明狀，加熱到大約65°C，壬酚10mol環氧乙烷加成物溶解度下降，隨溫度再升高，變成不溶于水，呈細小的“油滴”析出，溶液變混濁；稍加冷卻，溶液又變清澈透明，因為壬酚10mol環氧乙烷加成物又可溶于水。聚乙二醇型等非離子表面活性劑一般都具有這種特性，在某一溫度以上很快變成不溶解于水，該溫度稱為表面活性劑的濁點。

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圖3-16鈉皂的水溶性與溫度的關系

4.表面活性劑的分類

表面活性劑種類很多，性能千差萬別。其性能取決于親油基的大小和結構，以及親水基團的種類和性能。

親水基團對表面活性劑性質的影響遠比親油基團的影響大。因此，一般是按照親水基的電離狀況及其離子的帶電性質對表面活性劑進行分類。表面活性劑分為離子型和非離子型，前者在水溶液中以電離；后者在水溶液中不電離。

離子型表面活性劑（又包括陰離子型、陽離子型及兩性離子型表面活性劑）和非離子型表面活性劑等。有些新型的表面活性劑，則是按照其所含親油基的特殊性能分類的。

按表面活性劑的組成和結構其主要分類法如圖3-17所示。

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圖3-17表面活性劑的分類

除圖3-17中所不的各種表面活性劑以外，還有一些特殊的表面活性劑：如含氟表面活性劑，含硅表面活性劑，冠醯類大環化合物表面活性劑等。