表面活性劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)和應(yīng)用分析

韓寶同

（寧夏理工學(xué)院，寧夏石嘴山 75300）

由于表面活性劑具有特殊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在一定的條件下，它可以形成乳化以及發(fā)泡等性能，并被廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域[1]。然而，在其中依然存在一些問題，需要進(jìn)行深入的分析，并將這些問題進(jìn)行有效解決，以增加其使用性能。

1 表面活性劑的內(nèi)涵及其主要特點(diǎn)

分子表面上會存在很多疏水或親水基，就結(jié)構(gòu)而言，它們和水比較接近，或其基團(tuán)中的一些物質(zhì)的化學(xué)鍵與水的HO鍵接近，在水中大多數(shù)都能溶解，但如果在結(jié)構(gòu)上完全不同于水，在化學(xué)鍵方面也有較大差異的話，則不溶于水[2]。表面活性劑，可以有效改變?nèi)芤后w系的界面情況，讓本來不混溶的物質(zhì)可以實(shí)現(xiàn)相溶，或使對兩種融合物質(zhì)的化學(xué)試劑進(jìn)行分離，其分子結(jié)構(gòu)既親水又疏水，因而它可以與不同的物質(zhì)實(shí)現(xiàn)相溶，進(jìn)而讓清除或聚合的功能得以實(shí)現(xiàn)。對表面活性劑來說，它具有的界面張力就是其主要特點(diǎn)。當(dāng)一定條件下某種溶液中加入某種物質(zhì)時，活性劑就會減少其表面張力。通常而言，它的表面活性較強(qiáng)通常稱這種物質(zhì)是表面活性劑。表面活性劑中有兩個基團(tuán)，也就是親水基團(tuán)和疏水基團(tuán)，二者完全不同，所以當(dāng)它與溶液接觸時，親水基就會與水相溶，疏水基則會遠(yuǎn)離水，與油進(jìn)行相溶，這樣它的表面活性就體現(xiàn)為兩親分子結(jié)構(gòu)。因?yàn)楸砻婊钚詣┚哂休^強(qiáng)的表面活性能力，因此它在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域以及日常生活中被廣泛使用，來充分發(fā)揮其乳化、增溶、分散以及發(fā)泡等多種功效。

2 表面活性劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)分析

之所以會存在表面張力，是因?yàn)閮上嘟缑娴姆肿右Σ⒉黄胶猓砻鎸臃肿泳蜁艽擞绊?。日常生活中?jīng)常可以看到“油水分離”的現(xiàn)象，其原因就在于，水分子與油分子在接觸時，它們的表面張力會比較大，因而它們不能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性的相互溶解，然而如果是雙親分子結(jié)構(gòu)，就不會存在這種現(xiàn)象。雙親分子是指分子中同時包含親水與親油基，如果要將這兩個分子進(jìn)行連接，可以通過化學(xué)鍵方式完成。其親水基團(tuán)在水中易溶解，其親油基團(tuán)在油中易溶解，利用鏈接起水相和油相界面的方式，可以讓其表面張力減少，進(jìn)而讓二者增強(qiáng)其溶解度，把該類型的雙親分子，稱作是表面活性劑。表面活性劑如果沒有太高的濃度，則其分子往往會匯集在兩相界面，隨著濃度的不斷提升，其分子就會很快進(jìn)入溶液內(nèi)部。表面活性劑如果濃度較高，就會自動形成單個的膠束，這樣其中的親水基就會與溶劑中的水分子進(jìn)行溶解，其中的親油基就會和溶劑中的親油基進(jìn)行溶解，這些膠束有著不同的結(jié)構(gòu)形式，比如球狀和層狀以及棒狀等形式。如果疏水烴鏈很長，由其形成的膠束，其體積也會較大，相比于短烴鏈，它有著更好的增溶能力。相比于飽和烴鏈，在不飽和烴鏈中，其電子云之間存在較大的斥力，因此后者的活性要優(yōu)于前者。表面活性劑之所以能充分發(fā)揮其性能，就在于它具有許多膠束結(jié)構(gòu)。

3 表面活性劑的主要類型

表面活性劑的主要類型見表1。

表1 表面活性劑的主要類型分析

4 表面活性劑的化學(xué)應(yīng)用情況分析

4.1 化妝品

現(xiàn)今，人們的物質(zhì)生活水平不斷提升，對于美的追求方式也越來越多。近幾年來，化妝品行業(yè)的發(fā)展速度很快。在化妝品的研發(fā)過程中，表面活性劑也是必不可少的?；瘖y品需要確保可以很好地貼合在人的皮膚上，所以化妝品中的成分，就需要具備良好的油性與水性能力，而表面活性劑恰好具備這些特點(diǎn)[3]。在研發(fā)化妝品的過程中，就需要使用表面活性劑，利用其分子結(jié)構(gòu)，來形成大量的膠束，這樣就能確保其乳化效果的良好。此外，對于許多的化妝品來說，它都是由不同的有機(jī)物質(zhì)所構(gòu)成的，因而其油性較大，所以可以通過表面活性劑的性質(zhì)，來讓表面活性的油性實(shí)現(xiàn)良好的平衡，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)保濕效果。

4.2 洗滌劑

親水基與疏水基存在于表面活性劑中，因此其在洗滌劑中被大量使用。首先，日常生活中離不開洗滌劑，洗滌劑在制作過程中，表面活性劑就是一種不可或缺的物質(zhì)。例如，在制作肥皂時，原料中會包括高級脂肪酸，它和相關(guān)的醇類物質(zhì)接觸，酯化反應(yīng)就會出現(xiàn)，不穩(wěn)定的油脂由此也會產(chǎn)生，通過特定的條件，就會發(fā)生皂化反應(yīng)，而后對其進(jìn)行靜置后，肥皂就會形成。表面活性劑之所以會運(yùn)用在制作肥皂過程中，是由于表面活性劑能利用一定的作用形成膠束，在洗滌時，疏水基就會與雜質(zhì)油脂類實(shí)現(xiàn)相溶，親水基和水相接觸，進(jìn)而能有效分離油脂與水，從而達(dá)到洗滌干凈的功效。

4.3 氣泡性能

由于其特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)，會讓表面活性劑形成一定的氣泡性能。由于表面活性劑具有特殊的結(jié)構(gòu)，因而其吸附能力較強(qiáng)，進(jìn)而可以形成氣泡，可以讓氣體和液體之間增加接觸面，這樣利用表面活性劑所達(dá)到的保護(hù)性能就會較強(qiáng)，進(jìn)而對氣泡的穩(wěn)定能力進(jìn)行有效改善。此外，對于表面活性劑來說，其分子結(jié)構(gòu)同時包含親水與疏水兩種基團(tuán)，能實(shí)現(xiàn)水和油的有效分離，這樣就能對工作效率進(jìn)行改進(jìn)。與此同時，表面活性劑還具有良好的乳化能力，可以加大界面中的表面張力，這樣就能充分發(fā)揮出氣泡的性能。在農(nóng)藥行業(yè)中，會經(jīng)常使用到可濕性粉劑和乳油以及濃乳劑，在它們的原料中，表面活性劑都是不能缺少的，比如可濕性粉劑中的主要物質(zhì)就是有機(jī)化合物，其和水之間不相溶，但是加入表面活性劑后，水就會減少其表面張力，進(jìn)而讓水浸潤藥粒，從而生成水懸液形態(tài)。農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中還會使用到粒劑以及供噴粉用的粉劑，其中也會包含相當(dāng)數(shù)量的表面活性劑。就是通過表面活性劑的作用，能讓藥劑在受藥表面更好地實(shí)現(xiàn)吸附，進(jìn)而在有水分的前提下，加快成分的釋放速度，并讓其面積快速增加，從而實(shí)現(xiàn)良好的治病效果。

4.4 增溶性能

利用水溶液的作用，表面活性劑可以出現(xiàn)一定的膠束，它可以讓不易在水中相溶的物質(zhì)，提升其溶解度，利用膠束的作用，原本是渾濁的溶液，會更加透明和澄清，表面活性劑形成該種作用就是增溶性能。表面活性劑如果出現(xiàn)了增溶作用，就是增溶物質(zhì)，被增溶物就是被增溶的物質(zhì)。在表面活性劑中加入被增溶物質(zhì)后，其很快就會出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象，該現(xiàn)象就是乳狀液，再將表面活性劑加入該乳狀液中后，溶液又成為無色透明狀。盡管這是種連續(xù)的變化，然而對于乳化與增溶而言，它們具有不同的本質(zhì)。

4.5 乳化和破乳性能

由于表面活性劑具有良好的乳化性能，其被廣泛運(yùn)用于各個領(lǐng)域中，比如被運(yùn)用于食品生產(chǎn)、金屬制造、農(nóng)藥、醫(yī)學(xué)以及紡織等領(lǐng)域。無論什么類型的表面活性劑，都具有良好的乳化能力，非離子與陰離子這兩種表面活性劑是經(jīng)常使用到的。乳化能力主要是指兩種液體，呈現(xiàn)出不同的溶解能力，而后會形成乳狀化的一種過程。兩種液體如果不能實(shí)現(xiàn)溶解，只利用機(jī)械攪拌方式，無法使乳狀液具有穩(wěn)定性。要想讓乳狀液更加穩(wěn)定，就需要將第三組分加入其中，表面活性劑就是這第三組分。

4.6 表面活性劑型阻垢劑

現(xiàn)今，在我國的油田中，燃煤注汽鍋爐應(yīng)用的比較多，但是時常會出現(xiàn)鍋爐爆管的事故，造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。之所以會出現(xiàn)爆管現(xiàn)象，在于內(nèi)壁存在較多的污垢，內(nèi)壁上附著的污垢越多，時間一長，就會有堵塞出現(xiàn)。此外，結(jié)垢現(xiàn)象的發(fā)生，就會讓設(shè)備和氣體以及水體相互之間的接觸面減少，其熱交換的效率也會受到影響，讓能源與電力其耗損加大，進(jìn)而讓油田開采運(yùn)營成本增加。為了減少該類事故出現(xiàn)，就可以利用阻垢劑，來對無機(jī)鹽進(jìn)行抑制，使其減少結(jié)垢與沉淀，這樣對于設(shè)備來說，其傳熱效果也會增加，爆管現(xiàn)象就會減少。其中就會使用到表面活性劑型阻垢劑，一般常見的阻垢劑是有機(jī)磷系列，它與油田污水中的 Ca以及Mg 等離子，可以進(jìn)行溶解，進(jìn)而生成合離子，這樣就能避免它們出現(xiàn)聚合，合離子中還會存在一些鏈條，這樣碳酸鹽晶體就能很好地附著在其上，同時會將碳酸根取代，利用置換反應(yīng)，就能有效抑制碳酸鹽晶體的生長。

4.7 消毒殺菌性能

在藥劑中，會存在一些揮發(fā)油的脂溶性纖維素以及激素等物質(zhì)，通過表面活性劑的增溶性能，這些難溶性的藥物就能變?yōu)橥该鞯娜芤海錆舛纫矔黾?，在醫(yī)藥行業(yè)中，表面活性劑可以作為殺菌劑與消毒劑來使用，其之所以具有殺菌與消毒性能，就在于它們能與細(xì)菌中的生物膜蛋白質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，細(xì)菌的功能就會喪失，按照使用的濃度，在手術(shù)前，可以用來對皮膚進(jìn)行消毒，對傷口或黏膜的消毒效果也很好，還可以對器械和環(huán)境進(jìn)行有效消毒。

5 結(jié)束語

現(xiàn)今，社會在不斷進(jìn)步，我國化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度也很快，因而表面活性劑被大量使用在多種領(lǐng)域中，滿足人們的發(fā)展需求。要對表面活性劑的特點(diǎn)與應(yīng)用情況進(jìn)行深入分析，以便更好地分析表面活性劑的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，進(jìn)而拓展表面活性劑的多種使用性能。