表面活性剂的分类
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表面活性剂的分类根据分子组成特点和极性基团的解离性质,将表面活性剂分为离子表面活性剂和非离子表面活性剂。
根据离子表面活性剂所带电荷,又可分为阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和两性离子表面活性剂。
一些表现出较强的表面活性同时具有一定的起泡、乳化、增溶等应用性能的水溶性高分子,称为高分子表面活性剂,如海藻酸钠、羧甲基纤维素钠、甲基纤维素、聚乙烯醇、聚维酮等,但与低分子表面活性剂相比,高分子表面活性剂降低表面张力的能力较小,增溶力、渗透力弱,乳化力较强,常用做保护胶体。
一、离子表面活性剂(一)阴离子表面活性剂阴离子表面活性剂起表面活性作用的部分是阴离子。
1.高级脂肪酸盐系肥皂类,通式为(RCOO-)nMn+。
脂肪酸烃链R 一般在C11~C17之间,以硬脂酸、油酸、月桂酸等较常见。
根据M的不同,又可分碱金属皂(一价皂)、碱土金属皂(二价皂)和有机胺皂(三乙醇胺皂)等。
它们均具有良好的乳化性能和分散油的能力,但易被酸破坏,碱金属皂还可被钙、镁盐等破坏,电解质可使之盐析。
一般只用于外用制剂。
2.硫酸化物主要是硫酸化油和高级脂肪醇硫酸酯类,通式为R·O·SO3-M+,其中脂肪烃链R在C12~C18范围。
硫酸化油的代表是硫酸化蓖麻油,俗称土耳其红油,为黄色或桔黄色粘稠液,有微臭,约含48.5%的总脂肪油,可与水混合,为无刺激性的去污剂和润湿剂,可代替肥皂洗涤皮肤,也可用于挥发油或水不溶性杀菌剂的增溶。
高级脂肪醇硫酸酯类中常用的是十二烷基硫酸钠(SDS,又称月桂醇硫酸钠、SLS)、十六烷基硫酸钠(鲸蜡醇硫酸钠)、十八烷基硫酸钠(硬脂醇硫酸钠)等。
它们的乳化性也很强,并较肥皂类稳定,较耐酸和钙、镁盐,但可与一些高分子阳离子药物发生作用而产生沉淀,对粘膜有一定的刺激性,主要用做外用软膏的乳化剂,有时也用于片剂等固体制剂的润湿剂或增溶剂。
3.磺酸化物系指脂肪族磺酸化物和烷基芳基磺酸化物等。
通式分别为R·SO3-M+和RC6H5·SO3-M+。
表面活性剂复习题答案1. 表面活性剂的定义是什么?答案:表面活性剂是一类具有两亲性质的化合物,即分子结构中同时含有亲水基团和疏水基团,能够在水溶液中显著降低液体的表面张力。
2. 表面活性剂的分类有哪些?答案:表面活性剂可以分为离子型和非离子型两大类。
离子型表面活性剂根据电荷性质又分为阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和两性离子表面活性剂。
3. 表面活性剂的表面活性原理是什么?答案:表面活性剂的表面活性原理基于其分子结构中的两亲性质,亲水基团朝向水相,疏水基团朝向空气或油相,从而在界面上形成定向排列,降低液体的表面张力。
4. 表面活性剂在洗涤过程中的作用是什么?答案:在洗涤过程中,表面活性剂通过降低水的表面张力,使水更容易渗透到污垢中,同时其两亲性质使其能够吸附在污垢和纤维之间,通过分散、乳化和增溶作用,帮助去除污垢。
5. 表面活性剂在乳化过程中的作用机制是什么?答案:表面活性剂在乳化过程中的作用机制是降低两种不相溶液体之间的界面张力,使得两种液体能够形成稳定的乳状液。
表面活性剂分子在两种液体界面上形成膜,防止液滴聚集和分离。
6. 表面活性剂的生物降解性如何影响环境?答案:表面活性剂的生物降解性是指其在自然环境中被微生物分解的能力。
生物降解性好的表面活性剂对环境影响较小,而难以降解的表面活性剂可能在环境中积累,对生态系统造成负面影响。
7. 表面活性剂在化妆品中的应用有哪些?答案:表面活性剂在化妆品中主要用作乳化剂、稳定剂、清洁剂和调理剂。
它们有助于形成稳定的乳液,保持产品的稳定性,以及提供清洁和调理肌肤的效果。
8. 表面活性剂的毒性和安全性如何?答案:表面活性剂的毒性和安全性取决于其化学结构和浓度。
一些表面活性剂可能对皮肤和眼睛有刺激性,而其他一些则被认为是低毒性或无毒性的。
因此,在选择和使用表面活性剂时,需要考虑其安全性和对人体及环境的影响。
表面活性剂的研究及应用表面活性剂是一类分子结构特殊的化学物质,其具有显著的表面活性和界面效应,能够吸附到液体和固体的界面上,降低表面能,改善分散性和溶解性,从而在工业和生活中有着广泛的应用。
一、表面活性剂的分类表面活性剂根据其分子结构可以分为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂和两性表面活性剂等四大类。
其中,阴离子表面活性剂应用最为广泛,如十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDS)等。
二、表面活性剂的应用1. 洗涤剂和清洁剂表面活性剂可以改善液体的湿润性和渗透性,降低流体的表面张力,从而使洗涤剂和清洁剂能够更好地渗透到污垢的细胞中,起到清洗的效果。
此外,表面活性剂还可以增加洗涤剂的泡沫稳定性,提高清洁剂的油水分离能力。
2. 化妆品表面活性剂可以起到乳化、分散、稳定和渗透等作用,常用于化妆品中的乳液、洗面奶、沐浴露、头发护理等产品中,可以达到调节肌肤水油平衡、保湿、滋润和清洁的效果。
3. 润滑剂表面活性剂还可以具有优异的润滑降阻效果,常用于工业润滑剂、地下水防渗剂、涂料等领域中,具有很好的性能表现。
4. 药物和生物材料的制备表面活性剂可以在制备药物和生物材料的过程中起到辅助作用,如防止药物凝聚、促进药物渗透、控制肿瘤的生长等。
三、表面活性剂的研究进展表面活性剂的研究不仅在基础领域上涉及到分子结构的设计和性能的探究,也在工业领域上进行了很多应用研究。
随着人们对表面活性剂的认识的不断深入,研究也逐渐深入到了分子水平,并在此基础上开展了表面活性剂的设计和性能优化研究,增加了表面活性剂的应用领域,如纳米颗粒制备、油田开发、海洋大气化学、环境污染防治等。
四、表面活性剂的应用前景表面活性剂的应用领域越来越广泛,其未来的发展前景也非常广阔。
未来,随着人们对表面活性剂的研究深入,表面活性剂的性能和应用领域也将得到不断拓展,同时也需要加强对表面活性剂的毒性和环境影响等问题的深入研究。
总之,表面活性剂是一类应用十分广泛的化学物质,其在工业和生活中都有着重要的作用。
表面活性剂的分类姓名:黄朋学号: 2012G0303006 1、高分子表面活性剂:离子分类亲水基高分子表面活性剂天然系半合成系合成系阴离子型羧酸基海藻酸钠果胶酸钠腐植酸钠咕吨树胶羧甲基纤维素羟甲基淀粉丙烯酸接枝淀粉水解丙烯腈接枝淀粉丙烯酸共聚物马来酸共聚物水解聚丙烯酰胺磺酸基木质素磺酸盐铁铬木质素磺酸盐缩合萘磺酸盐聚苯乙烯磺酸盐硫酸酯基缩合烷基苯醚硫酸酯阳离子型胺基壳聚糖阳离子淀粉氨基烷基丙烯酸酯共聚物聚乙烯苯甲基三甲铵盐季铵盐两性型胺基、羧基等水溶性蛋白质类非离子型多元醇及其他淀粉淀粉改性产物甲基纤维素乙基纤维素羧乙基纤维素聚乙烯醇聚乙烯基醚EO加成物聚乙烯吡咯烷酮2、离子分类:阴离子型表面活性剂离子型表面活性剂阳离子型表面活性剂表面活性剂非离子型表面活性剂两性表面活性剂特殊表面活性剂阴离子型表面活性剂:羧酸盐型、磺酸盐型、硫酸酯盐型、磷酸酯盐型等阳离子表面活性剂:脂肪胺盐、烷基咪唑啉盐、烷基吡啶盐、β—羟基胺等两性表面活性剂:从广义上讲,分子结构中含有两种及两种以上极性基团的表面活性剂,均可称为两性活性剂。
可将其分为:非离子-阴离子型;非离子-阳离子型;阴离子-阳离子型;非离子-阳离子-非离子型。
这类表面活性剂具有许多独特的性质。
例如,对皮肤的低刺激性,具有较好的抗盐性,且兼备阴离子型和阳离子型两类表面活性剂的点,既可用作洗涤剂、乳化剂,也可用作杀菌剂、防霉剂和抗静电剂。
因而,两性离子表面活性剂是近年来发展较快的一类。
非离子型表面活性剂:这类表面活性剂溶于水后不发生解离,其极性基部分大多为氧乙烯基、多元醇和酰胺基。
类型:酯型;醚型;胺型;酰胺型;混合型(Tween)酯醚型等。
特殊表面活性剂:以碳氟链为疏水基的表面活性剂,简称为氟表面活性剂,如全氟辛酸。
这类活性剂具有极高的表面活性,不仅可以使水的表面张力降至20 mN.m-1以下,而且能降低油的表面张力。
其化学性质极其稳定,具有抗氧化、抗强酸和强碱及抗高温等特性。
表面活性剂的分类方法表面活性剂的分类方法有以下几种:1、按表面活性别在水溶液中能否解离及解离后所带电荷类型分为非离子型、阴离子型、阳离子型和两性离子性;2、按表面活性剂在水和油中的溶解性可分为水溶性和油溶性表面活性剂;3、按分子量分类,可将分子量大于104者称为高分子表面活性剂,分子量在103~104者称为中分子量表面活性剂及分子量在102~l03者称为低分子量表面活性剂。
在这些分类方法中常用的是按表面活性剂在水溶液中能否解离及解离后所带电荷类型来分类。
1、阴离子表面活性剂阴离子型表面活性既是具有阴离子亲水性基团的表面活性剂。
它们在整个表面活性剂生产中占有相当大的比重,据统计,世界表面活性剂总产量的40%属于这一类2、阳离子表面活性剂阳离子表面活性剂正好与阴离子表面活性剂结构相反。
如图所示,其亲水基一端是阳离子,故常称之为“逆性肥皂”或“阳性皂”。
阳离子表面活性剂水溶液,大多呈酸性。
而阴离子表面活性剂水溶液,一般为中性或碱性,与前者正好相反。
这是因为在中和时,各自的酸碱强度不同而造成的。
3、两性表面活性剂广义地说,所谓两性表面活性剂,是指同时具有两种离子性质的表面活性剂。
然而,通常所说的两性表面活性剂,是指由阴离子和阳离子所组成的表面活性剂。
换言之,单就两性表面活性剂结构来讲,在憎水基一端既有阳离子(+)也有阴离子(-),是两者结合在一起的表面活性剂甜菜碱型表面活性剂两性表面活性剂主要由氨基酸型和甜菜碱型两类其中的甜菜碱型表面活性剂,加水能呈透明溶液,泡沫多去污力好。
可看成是两性表面活性剂的代表。
甜菜碱型两性表面活性剂与氨基酸型两性表面活性剂最大的差别是前者无论是在酸性、中性或碱性都易溶于水。
即使在等电点也无沉淀,且在任何pH值时均可使用。
4、非离子型表面活性剂非离子型表面活性剂在水溶液中不电离,其亲水基主要是由具有一定数量的含氧基团成。
正是这一特点决定了非离子型表面活性剂在某些方面比离子型表面活性剂优越。
举例说明表面活性剂的分类
表面活性剂分类:
一、磷系表面活性剂
1、二聚磷酸盐:它们主要用于医药、防腐剂、清洁剂、农药和化妆品等,具有很好的清洁效果,也常用来制备洗衣机洗涤剂和去污剂等。
2、氧基磷酸盐:主要用于肥皂、清洁剂、洗衣粉、香水、肥皂、洗发水和洗护用品等,具有很好的表面活性性和发泡性,广泛用于清洁、
配制和去污等领域。
二、硫系表面活性剂
1、硫酸盐:主要用于清洗剂、增稠剂、乳液剂、纺织染料和石油产品,它们具有良好的清洁作用,抗氧化和防腐蚀能力。
2、萘系表面活性剂:主要用于洗衣剂、洁净剂、抗菌剂、香水、增稠剂、聚氧乙烯胶等,具有良好的分散性能和稳定性,可抑制水中的有
机物和脂肪。
三、烃类表面活性剂
1、乙醇胺类:主要用于洗涤剂、乳液剂、抗菌剂、去污剂和抗泡沫剂,可制备家用清洁剂,具有很强的清洁和表面活性能力,对有机污染物
具有良好的抗微生物作用。
2、芳香烃类表面活性剂:主要用于抗菌剂、清洁剂、乳剂、肥皂和各种表面处理剂,可增加清洁剂的活性,也可使清洁剂更易溶解,减少
表面张力,提供更加平滑的表面处理。
四、氨基系表面活性剂
1、硼系表面活性剂:主要用于清洁剂、抗菌剂、增稠剂、乳剂和美容用品,具有优异的活性和发泡特性,有效抑制污垢的悬浮能力,减少表面的张力,使清洁更加顺畅。
2、异氰酸酯系表面活性剂:主要用于清洁剂、抗菌剂、去污剂、皂剂和肥皂,具有良好的表面活性能力和发泡性能,也可用于乳化剂、抗泡剂和洗发水等等。
A、非离子表面活性剂一、醚类非离子助剂1、烷基酚聚氧乙烯醚类1)壬基酚聚氧乙烯醚2)辛基酚聚氧乙烯醚乳化剂OP系列、磷辛10号(仲辛基酚聚氧乙烯醚)3)双、三丁基酚聚氧乙烯醚(C4H9)-O-(EO)nH4)烷基酚聚氧乙烯醚聚氧丙烯醚乳化剂11号(旅顺化工厂)5)苯乙基酚聚氧丙烯聚氧乙烯醚乳化剂12号(旅顺化工厂)2、苄基酚聚氧乙烯醚1)二、三苄基酚聚氧乙烯醚乳化剂BP、梧乳BP,浊点65-70℃2)二苄基联苯酚聚氧乙烯醚农乳300号3)苄基二甲基酚聚氧乙烯醚农乳400号4)二苄基异丙苯基酚(又称二苄基复酚)聚氧乙烯醚乳化剂BC浊点69-71℃5)二苄基联苯酚聚氧丙烯聚氧乙烯醚宁乳31号浊点76-84℃3、苯乙基酚聚氧乙烯醚1)苯乙基酚聚氧乙烯醚农乳600号与500号复配环氧乙烷数20-27浊点83-92对有机磷乳化性最好,有两种类型:a、三苯乙基酚聚氧乙烯醚,常用有三种规格b、双苯乙基酚聚氧乙烯醚2)苯乙基异丙苯基酚聚氧乙烯醚农乳600-2号3)二苯乙基复酚聚氧乙烯醚乳化剂BS,与500号复配对有机磷农药乳化性很好4)二苯乙基联苯酚聚氧乙烯醚5)苯乙基萘酚聚氧乙烯醚4、脂肪醇聚氧乙烯醚及其类似产品1)月桂醇聚氧乙烯醚,目前以椰子油醇(主要成分为C12醇)为主要原料生产,渗透剂JFC浊点40-50℃渗透剂EA2)异辛基聚氧乙烯醚IgepalCA3)十八烷醇基聚氧乙烯醚平平加系列农乳200号4)异十三醇聚氧乙烯醚赫斯特GenapolX系列日本触媒化学Softanol系列5)脂肪醇聚氧乙烯醚5、苯乙基酚聚氧乙烯醚聚氧丙烯醚及其类似产品1)苯乙基酚聚氧乙烯醚EPE型农乳1601宁乳33号用于复配1656L/1656H,PEP型农乳1602宁乳34号用于复配宁乳0211/02122)苯乙基苯丙基酚聚氧乙烯醚农乳1601-Ⅱ浊点79-80℃、1602-Ⅱ浊点73.5-80℃3)苯乙基联苯酚聚氧乙烯醚6、脂肪胺聚氧乙烯醚1)脂肪胺(又称烷基胺)聚氧乙烯醚2)脂肪酰胺聚氧乙烯醚3)烷基胺氧化物4)季胺烷氧化物及其类似产品二、酯类非离子助剂1、脂肪酸环氧乙烷加成物1)油酸聚氧乙烯酯2)硬脂酸聚氧乙烯酯3)松香酸聚氧乙烯酯2、蓖麻油环氧乙烷加成物及其衍生物国内乳化剂By国外称BL,宁乳110、120、130、140乳化剂EL、PC3、多元醇脂肪酸酯及其环氧乙烷加成物失水山梨醇脂肪酸酯:斯潘系列20、40、60、80、85亲油性较强。
表面活性剂在生物医学领域的应用一、引言表面活性剂,通常简称为表活剂,是一类具有良好表面活性和增、减溶能力的化学物质。
它们处理界面活性上的问题,改善油与水、气与水等不相溶的物质之间的相互作用,提高图案分离效果、物质分散效果,常用于清洁、去污、稳定乳状体等方面。
近年来,随着生物医学领域的不断发展,表面活性剂的应用也越来越广泛。
本文将系统阐述表面活性剂在生物医学领域的应用。
二、表面活性剂的分类根据其中极团性质的不同,表面活性剂可以分为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂和两性表面活性剂。
阴离子表面活性剂的代表物质是十二烷基硫酸钠(SDS),阳离子表面活性剂的代表物质是十六烷基三甲基溴化铵(CTAB),非离子表面活性剂的代表物质是十二醇聚氧乙烯醚(Brij35),而两性表面活性剂代表物质则是十六烷基-N-羟乙基-N,N-二甲基-3-羧甲氧基亚胺(CPC)。
在生物医学领域中,却主要应用阴离子、阳离子和非离子表面活性剂。
三、表面活性剂在生物医学领域中的应用(一)生物化学分离分子生物学中经典的纯化技术常采用分子筛、离心、电泳等方法。
表面活性剂充分利用了其可降低疏水性的特点,使水疏水化学性质的差异化变小而起到了分子分离的作用。
利用表面活性剂的这一特性,可以从混合溶液中高效地提取蛋白质、脱去病原体等。
如SDS-PAGE就是典型的利用表面活性剂进行电泳分离的实验方法。
(二)药物传输表面活性剂在药物传输中有重要的应用。
药物水溶性差,使其难以通过生物屏障,在药物传输和治疗上是个大问题。
表面活性剂的存在可以增加药物的水溶性,改善药物的稳定性、对生物更好的相容性,从而实现药物的有效输送。
目前,已有多种表面活性剂应用于药物制剂和配方,包括微乳剂、胶束、脂质体和纳米粒子等。
例如,一些纳米药物的包裹体系使用的也是表面活性剂作为载体和稳定剂,如胆固醇寡聚体在接受表面活性剂之后可以形成完美的脂质体结构。
(三)胶体分散由于表面活性剂在水溶液中的表面能不低,所以它们常用于胶体分散领域中。
表面活性剂的分类及特点一表面活性剂的特征(1)乳化作用(2)分散作用(3)润湿作用(4)增稠作用(5)消泡作用二表面活性剂分类1阴离子表面活性剂1左中括号磺酸盐类左中括号1)ABS(十二烷基苯磺酸钠):分类:分为硬性(含有支链)和软性(含有直连)的两种,硬性的ABS清洗能力较好生物降解性较差,软性的ABS清洗能力较差而生物降解性较好用途:主要是家用,金属加工业,用作脱脂剂,混凝土行业,用作增稠剂注意事项:ABS耐水耐酸碱,做增稠剂使用时,使用要加热2)烷基磺酸盐:生物降解性能较好,主要适用于家用3)a-烯烃磺酸钠(烯基和羟基的混合物):生物降解性较好,主要用于家用和厨房4)脂肪酸乙酰磺酸盐(不常用):抗硬水能力较强,手感较好,对皮肤比较温和5)仲醇聚氧乙烯醚琥珀磺酸盐一般用氨水和三乙醇胺来中和6)N-N-油酰基磺酸盐7)脂肪酰胺磺酸盐8)BX-丁基萘磺酸钠(拉开粉)9)石油磺酸盐:主要用于防锈油中02左中括号磷酸酯盐左中括号1)醇的取代类:作用:具有增容性和分散性,可以用氢氧化钠和氢氧化钾,胺类来中和,特性:对皮肤比较温和,生物降解性较差,渗透能力较好。
2)硫酸盐:a、脂肪醇硫酸盐(AS)b、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐(AES):AES和AEC复配通常起到很好的效果c 、脂肪醇聚氧乙烯硫酸盐K12(十二烷基硫酸钠)d、酰基-甘油-硫酸脂盐03左中括号羧酸盐左中括号1)肥皂C17H35COONa 有抑泡和消泡作用2)醇醚羧酸钠(AEC):安全环保,生物降解性好,可用作增容剂和分散剂3)月桂酰基氨酸钠用于香波民用4)油酰氨基酸钠(雷米帮)用于丝绸,锦袍,对皮肤刺激性小5)月桂醇聚氧乙烯醚邻萘二甲酸单脂钠盐耐硬水低泡增容性好2阳离子表面活性剂1)胺盐型2)季铵盐型3)杂环型4)啰盐型3非离子表面活性剂1)特性:较易溶于水;易清洗;易复配(阴阳两性和非离子表活都可以复配,一般阴阳离子表活复配比例在4-50:1时可以增加阳离子的性能2)HLB值具有亲水,亲油的性能。
一、表面活性剂1、阴离子表面活性剂阴离子表面活性剂是表面活性剂的一类。
在水中解离后,生成憎水性阴离子。
如脂肪醇硫酸钠在水分子的包围下,即解离为ROSO2-O-和Na+两部分,带负电荷的ROSO2-O-,具有表面活性。
阴离子表面活性剂分为羧酸盐、硫酸酯盐、磺酸盐和磷酸酯盐四大类,具有较好的去污、发泡、分散、乳化、润湿等特性。
广泛用作洗涤剂、起泡剂、润湿剂、乳化剂和分散剂。
2、非离子表面活性剂非离子表面活性剂有良好的耐硬水能力,有低起泡性的特点,因此适合作特殊洗涤剂。
由于它具有分散、乳化、泡沫、润湿、增溶多种性能非离子表面活性剂按亲水基团分类,有聚氧乙烯型和多元醇型两类。
3、阳离子表面活性剂阳离子表面活性剂具有良好的杀菌、杀藻、防霉能力,而且抗菌谱广、用量少、刺激性低、霉性低、无异味、污染少,因此应用广泛。
阳离子表面活性剂带有正电荷,与阴离子表面活性剂所带的电荷相反,两者配合使用一般会形成沉淀,丧失表面活性。
它能和非离子表面活性剂配合使用。
用作织物柔软剂、油漆油墨印刷助剂、抗静电剂、杀菌剂、沥青乳化剂、护发素、焗油膏。
因为一般基质的表面带有负离子,当带正电的阳离子表面活性剂与基质接触时就会与其表面的污物结合,而不去溶解污物所以一般不做洗涤剂。
阳离子和两性离子表面活性剂以及其它胺类衍生物的消费仅为合成表面活性剂总量的10%左右,但其价值约占25%。
因其相对价格比较高,在无须阳离子表面活性剂的特殊性能的体系中,一般使用其它表面活性剂。
二、防腐剂我国最新颁布的 《化妆品卫生规范》 中对 56 类防腐剂在化妆品中的限量和使用生产化妆品的种类及条件作了规定。
虽然针对不同的化妆品所使用的防腐剂也是不同的, 而且随着生产技术的不断改进和提高, 防腐剂的种类也越来越多, 但按化学结构, 化妆品中常用防腐剂可分为 4 类: (1)醇类, 主要有苯甲醇和苯氧乙醇, 其中苯氧乙醇最大的优点是对绿脓杆菌效果明显; (2) 甲醛供体和醛类衍生物, 主要包括咪唑烷基脲, 重氮咪唑烷基脲, 1, 3- 二羟甲基 - 5, 5-二甲基乙内酰脲 ( DMDMH) , 氯化 3- 氯烯丙基六亚甲基四铵( 季铵盐 - 15) 以及甲醛类等;( 3) 苯甲酸及其衍生物, 主要包括苯甲酸以及对羟基苯甲酸酯类防腐剂, 其中对羟基苯甲酸酯类是最为常用的防腐剂, 一般都以一种或几种对羟基苯甲酸酯复配使用;( 4) 其他有机化合物, 最常见的有 3- 碘代丙炔氨基甲酸丁酯 ( IPBC) , 2- 溴 - 2- 硝基 - 1, 3- 丙二醇 ( 布罗波尔) 和异噻唑啉酮类 ( 凯松) , 其中 3- 碘代丙炔氨基甲酸丁酯是目前最有效的防霉剂。
物理化学中的表面活性剂表面活性剂是物理化学领域中的一类重要化合物,它们在许多领域中发挥着关键作用。
本文将介绍表面活性剂的定义、分类、性质以及在实际应用中的重要性。
一、表面活性剂的定义和分类表面活性剂是一类具有降低液体表面张力的化合物。
它们通常由两部分组成:亲水基团和疏水基团。
亲水基团能与水分子形成氢键,而疏水基团则对水不具有亲和力。
根据亲水基团的性质,表面活性剂可分为阴离子、阳离子、非离子和两性离子四类。
阴离子表面活性剂是最常见的一类,其亲水基团通常是负离子,如硫酸根、磺酸根等。
阳离子表面活性剂的亲水基团是正离子,如胺基、季铵盐等。
非离子表面活性剂则没有离子基团,通常是由多个氧原子组成的聚氧乙烯链。
两性离子表面活性剂则同时具有正离子和负离子基团。
二、表面活性剂的性质表面活性剂具有许多独特的性质,这使得它们在各种应用中发挥重要作用。
1. 降低表面张力:表面活性剂能够在液体表面形成单分子膜,降低液体的表面张力。
这使得液体能够更容易湿润固体表面,提高液体在固体上的润湿性。
2. 分散和乳化作用:表面活性剂在液体中形成胶束结构,能够有效地分散固体颗粒或液滴。
这使得表面活性剂在洗涤剂、乳化剂等领域有广泛应用。
3. 胶束形成:表面活性剂在适当浓度下能够形成胶束结构。
胶束是由表面活性剂分子组成的微小球形结构,疏水基团朝向内部,亲水基团朝向外部。
胶束的形成使得表面活性剂在溶液中具有良好的分散性和乳化性。
4. 表面吸附:表面活性剂能够在固体表面吸附形成单分子层,这对于改善固体表面性质、调节固体颗粒的分散性和稳定性具有重要作用。
三、表面活性剂的应用表面活性剂在许多领域中都有广泛的应用。
1. 日用化学品:表面活性剂是洗涤剂、肥皂、洗发水等产品的重要成分。
它们能够有效地去除油污和污渍,并提供良好的润湿性。
2. 医药领域:表面活性剂在药物制剂中常用作乳化剂、分散剂和溶剂。
它们能够改善药物的稳定性和生物利用度。
3. 石油工业:表面活性剂在石油开采中被广泛应用。
1.阳离子表面活性剂:伯仲叔胺盐,季铵盐(杀菌剂)最常用咪唑啉(缓蚀剂) 有的用于乳化剂,绝大多数为含氮原子的阳离子,少数为含硫或磷原子的阳离子。
一般基质的表面带有负离子,当带正电的阳离子表面活性剂与基质接触时就会与其表面的污物结合,而不去溶解污物所以一般不做洗涤剂。
2.阴离子表面活性剂分为羧酸盐(皮肤清洁剂)、硫酸酯盐、磺酸盐和磷酸酯盐,。
去污、发泡、分散、乳化、润湿等特性。
广泛用作洗涤剂、起泡剂、润湿剂、乳化剂和分散剂。
①肥皂,水溶液的pH在9.0~9.8②烷基苯磺酸钠(LAS直ABS支),是阴离子表面活性剂中最重要的一种品种,烷基苯磺酸盐不是纯化合物合成洗涤剂的主要活性成分。
ABS支,十二烷基苯磺酸钠是最常见的产品。
烷基磺酸盐(AS和SAS),琥珀酸酯磺酸盐(渗透剂OT), JFC,脂肪酸甲酯磺酸盐(MES)③硫酸酯盐。
它与磺酸盐结构的区别在于硫酸酯盐中的硫原子不与烃基中的碳原子直接相连。
脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯盐(AES) ,是非离子—阴离子型两性混合表面活性剂,一般也将它归在阴离子型硫酸酯盐表面活性剂中。
3. 非离子表面活性剂在水中不发生电离,是以羟基(一OH)或醚键(R—O—R′)为亲水基的两亲结构分子,由于羟基和醚键的亲水性弱,因此分子中必须含有多个这样的基团—才表现出一定的亲水性,这与只有一个亲水基就能发挥亲水性的阴离子和阳离子表面活性剂是大不相同的。
在水中和有机溶剂中都有较好的溶解性,在溶液中稳定性高,不易受强电解质无机盐和酸、碱的影响。
(1)聚氧乙烯型①烷基酚聚氧乙烯醚(APEO) 包括OP系列和TX系列产品。
OP—10属于壬基酚聚氧乙烯醚中的一种。
TX—10 属于辛基酚聚氧乙烯醚中的一种。
②高碳脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO) 平平加O(2)多元醇型①失水山梨醇酯,单酯的商品代号叫Span(司盘) ,若把司盘类多元醇表面活性剂再用环氧乙烷作用就得到相应的吐温(Tween)②烷基醇酰胺型尼纳尔(Ninol),6501、6502椰子油脂肪酸二乙醇酰胺,6501结构式C11H23CON(CH2CH2OH)24.主要是甜菜碱型、氨基酸型和咪唑啉型。
表面活性剂的分类表面活性剂的分类方法很多,根据疏水基结构进行分类,分直链、支链、芳表面活性剂香链、含氟长链等;根据亲水基进行分类,分为羧酸盐、硫酸盐、季铵盐、PEO衍生物、内酯等;有些研究者根据其分子构成的离子性分成离子型、非离子型等,还有根据其水溶性、化学结构特征、原料来源等各种分类方法。
但是众多分类方法都有其局限性,很难将表面活性剂合适定位,并在概念内涵上不发生重叠。
人们一般都认为按照它的化学结构来分比较合适。
即当表面活性剂溶解于水后,根据是否生成离子及其电性,分为离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂。
按极性基团的解离性质分类1、阴离子表面活性剂:硬脂酸,十二烷基苯磺酸钠2、阳离子表面活性剂:季铵化物3、两性离子表面活性剂:卵磷脂,氨基酸型,甜菜碱型4、非离子表面活性剂:脂肪酸甘油酯,脂肪酸山梨坦(司盘),聚山梨酯(吐温)阴离子表面活性剂表面活性剂的一类。
在水中解离后,生成憎水性阴离子。
如脂肪醇硫酸钠在水分子的包围下,即解离为ROSO2-O-和Na+两部分,带负电荷的ROSO2-O-,具有表面活性。
阴离子表面活性剂分为羧酸盐、硫酸酯盐、磺酸盐和磷酸酯盐四大类,具有较好的去污、发泡、分散、乳化、润湿等特性。
广泛用作洗涤剂、起泡剂、润湿剂、乳化剂和分散剂。
产量占表面活性剂的首位。
不可与阳离子表面活性剂一同使用,在水溶液中生成沉淀而失去效力。
定义将在水中电离后起表面活性作用的部分带负电荷的表面活性剂称为阴离子表面活性剂。
分类从结构上把阴离子表面活性剂分为脂肪酸盐、磺酸盐、硫酸酯盐和磷酸酯盐四大类该类表面活性剂起作用的部分是阳离子,因此称为阳性皂。
其分子结构主要部分是一个五价氮原子,所以也称为季铵化合物。
其特点是水溶性大,在酸性与碱性溶液中较稳定,具有良好的表面活性作用和杀菌作用。
常用品种有苯扎氯铵(洁尔灭)和苯扎溴铵(新洁尔灭)等。
两性离子表面活性剂这类表面活性剂的分子结构中同时具有正、负电荷基团,在不同pH值介质中可表现出阳离子或阴离子表面活性剂的性质。
表面活性剂的分类方法表面活性剂的分类方法有以下几种:1、按表面活性别在水溶液中能否解离及解离后所带电荷类型分为非离子型、阴离子型、阳离子型和两性离子性;2、按表面活性剂在水和油中的溶解性可分为水溶性和油溶性表面活性剂;3、按分子量分类,可将分子量大于104者称为高分子表面活性剂,分子量在103~104者称为中分子量表面活性剂及分子量在102~l03者称为低分子量表面活性剂。
在这些分类方法中常用的是按表面活性剂在水溶液中能否解离及解离后所带电荷类型来分类。
1、阴离子表面活性剂阴离子型表面活性既是具有阴离子亲水性基团的表面活性剂。
它们在整个表面活性剂生产中占有相当大的比重,据统计,世界表面活性剂总产量的40%属于这一类2、阳离子表面活性剂阳离子表面活性剂正好与阴离子表面活性剂结构相反。
如图所示,其亲水基一端是阳离子,故常称之为“逆性肥皂”或“阳性皂”。
阳离子表面活性剂水溶液,大多呈酸性。
而阴离子表面活性剂水溶液,一般为中性或碱性,与前者正好相反。
这是因为在中和时,各自的酸碱强度不同而造成的。
3、两性表面活性剂广义地说,所谓两性表面活性剂,是指同时具有两种离子性质的表面活性剂。
然而,通常所说的两性表面活性剂,是指由阴离子和阳离子所组成的表面活性剂。
换言之,单就两性表面活性剂结构来讲,在憎水基一端既有阳离子(+)也有阴离子(-),是两者结合在一起的表面活性剂甜菜碱型表面活性剂两性表面活性剂主要由氨基酸型和甜菜碱型两类其中的甜菜碱型表面活性剂,加水能呈透明溶液,泡沫多去污力好。
可看成是两性表面活性剂的代表。
甜菜碱型两性表面活性剂与氨基酸型两性表面活性剂最大的差别是前者无论是在酸性、中性或碱性都易溶于水。
即使在等电点也无沉淀,且在任何pH值时均可使用。
4、非离子型表面活性剂非离子型表面活性剂在水溶液中不电离,其亲水基主要是由具有一定数量的含氧基团成。
正是这一特点决定了非离子型表面活性剂在某些方面比离子型表面活性剂优越。
表面活性剂的分类根据分子组成特点和极性基团的解离性质,将表面活性剂分为离子表面活性剂和非离子表面活性剂。
根据离子表面活性剂所带电荷,又可分为阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和两性离子表面活性剂。
一些表现出较强的表面活性同时具有一定的起泡、乳化、增溶等应用性能的水溶性高分子,称为高分子表面活性剂,如海藻酸钠、羧甲基纤维素钠、甲基纤维素、聚乙烯醇、聚维酮等,但与低分子表面活性剂相比,高分子表面活性剂降低表面张力的能力较小,增溶力、渗透力弱,乳化力较强,常用做保护胶体。
一、离子表面活性剂(一)阴离子表面活性剂阴离子表面活性剂起表面活性作用的部分是阴离子。
1.高级脂肪酸盐系肥皂类,通式为(RCOO-)nMn+。
脂肪酸烃链R一般在C11~C17之间,以硬脂酸、油酸、月桂酸等较常见。
根据M的不同,又可分碱金属皂(一价皂)、碱土金属皂(二价皂)和有机胺皂(三乙醇胺皂)等。
它们均具有良好的乳化性能和分散油的能力,但易被酸破坏,碱金属皂还可被钙、镁盐等破坏,电解质可使之盐析。
一般只用于外用制剂。
2.硫酸化物主要是硫酸化油和高级脂肪醇硫酸酯类,通式为R·O·SO3-M+,其中脂肪烃链R在C12~C18范围。
硫酸化油的代表是硫酸化蓖麻油,俗称土耳其红油,为黄色或桔黄色粘稠液,有微臭,约含48.5%的总脂肪油,可与水混合,为无刺激性的去污剂和润湿剂,可代替肥皂洗涤皮肤,也可用于挥发油或水不溶性杀菌剂的增溶。
高级脂肪醇硫酸酯类中常用的是十二烷基硫酸钠(SDS,又称月桂醇硫酸钠、SLS)、十六烷基硫酸钠(鲸蜡醇硫酸钠)、十八烷基硫酸钠(硬脂醇硫酸钠)等。
它们的乳化性也很强,并较肥皂类稳定,较耐酸和钙、镁盐,但可与一些高分子阳离子药物发生作用而产生沉淀,对粘膜有一定的刺激性,主要用做外用软膏的乳化剂,有时也用于片剂等固体制剂的润湿剂或增溶剂。
3.磺酸化物系指脂肪族磺酸化物和烷基芳基磺酸化物等。
通式分别为R·SO3-M+和RC6H5·SO3-M+。
它们的水溶性及耐酸、耐钙、镁盐性比硫酸化物稍差,但即使在酸性水溶液中也不易水解。
常用的品种有二辛基琥珀酸磺酸钠(阿洛索-OT)、二己基琥珀酸磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠等,后者为目前广泛应用的洗涤剂。
另外,甘胆酸钠、牛磺胆酸钠等胆酸盐也属此类,常用做胃肠道脂肪的乳化剂和单硬脂酸甘油酯的增溶剂。
(二)阳离子表面活性剂这类表面活性剂起作用的部分是阳离子,亦称阳性皂。
其分子结构的主要部分是一个五价的氮原子,所以也称为季铵化物,其特点是水溶性大,在酸性与碱性溶液中较稳定,具有良好的表面活性作用和杀菌作用。
常用品种有苯扎氯铵和苯扎溴铵等。
(三)两性离子表面活性剂这类表面活性剂的分子结构中同时具有正、负电荷基团,在不同pH值介质中可表现出阳离子或阴离子表面活性剂的性质。
1.卵磷脂卵磷脂是天然的两性离子表面活性剂。
其主要来源是大豆和蛋黄,根据来源不同,又可称豆磷脂或蛋磷脂。
卵磷脂的组成十分复杂,包括各种甘油磷脂,如脑磷脂、磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、丝氨酸磷脂、肌醇磷脂、磷脂酸等,还有糖脂、中性脂、胆固醇和神经鞘脂等,其基本结构为:在不同来源和不同制备过程的卵磷脂中各组分的比例可发生很大的变化,从而影响其使用性能。
例如,在磷脂酰胆碱含量高时可作为水包油型乳化剂,而在肌醇磷脂含量高时则为油包水型乳化剂。
卵磷脂外观为透明或半透明黄色或黄褐色油脂状物质,对热十分敏感,在60℃以上数天内即变为不透明褐色,在酸性和碱性条件以及酯酶作用下容易水解,不溶于水,溶于氯仿、乙醚、石油醚等有机溶剂,是制备注射用乳剂及脂质微粒制剂的主要辅料。
2.氨基酸型和甜菜碱型这两类表面活性剂为合成化合物,阴离子部分主要是羧酸盐,其阳离子部分为季铵盐或胺盐,由胺盐构成者即为氨基酸型(R·+NH2·CH2CH2·COO-);由季铵盐构成者即为甜菜碱型(R·+N·(CH3)2·CH2·COO-)。
氨基酸型在等电点时亲水性减弱,并可能产生沉淀,而甜菜碱型则无论在酸性、中性及碱性溶液中均易溶,在等电点时也无沉淀。
两性离子表面活性剂在碱性水溶液中呈阴离子表面活性剂的性质,具有很好的起泡、去污作用;在酸性溶液中则呈阳离子表面活性剂的性质,具有很强的杀菌能力。
常用的一类氨基酸型两性离子表面活性剂“Tego”杀菌力很强而毒性小于阳离子表面活性剂。
1%TegoMHG(十二烷基双(氨乙基)-甘氨酸盐酸盐,又称Dodecin HCL)水溶液的喷雾消毒能力强于相同浓度的洗必泰和苯扎溴铵以及70%的乙醇。
第二节表面活性剂的分类一、离子表面活性剂二、非离子表面活性剂这类表面活性剂在水中不解离,分子中构成亲水基团的是甘油、聚乙二醇和山梨醇等多元醇,构成亲油基团的是长链脂肪酸或长链脂肪醇以及烷基或芳基等,它们以酯键或醚键与亲水基团结合,品种很多,广泛用于外用、口服制剂和注射剂,个别品种也用于静脉注射剂。
(一)脂肪酸甘油酯主要有脂肪酸单甘油酯和脂肪酸二甘油酯,如单硬脂酸甘油酯等。
脂肪酸甘油酯的外观根据其纯度可以是褐色、黄色或白色的油状、脂状或蜡状物质,熔点在30~60℃,不溶于水,在水、热、酸、碱及酶等作用下易水解成甘油和脂肪酸。
其表面活性较弱,HLB为3~4,主要用做W/0型辅助乳化剂。
(二)多元醇型1.蔗糖脂肪酸酯蔗糖脂肪酸酯简称蔗糖酯,是蔗糖与脂肪酸反应生成的一大类化合物,属多元醇型非离子表面活性剂,根据与脂肪酸反应生成酯的取代数不同,有单酯、二酯、三酯及多酯。
改变取代脂肪酸及酯化度,可得到不同HLB值(5~13)的产品。
蔗糖脂肪酸酯为白色至黄色粉末,随脂肪酸酯含量增加,可呈蜡状、膏状或油状,在室温下稳定,高温时可分解或发生蔗糖的焦化,在酸、碱和酶的作用下可水解成游离脂肪酸和蔗糖。
蔗糖酯不溶于水,但在水和甘油中加热可形成凝胶,可溶于丙二醇、乙醇及一些有机溶剂,但不溶于油。
主要用做水包油型乳化剂、分散剂。
一些高脂肪酸含量的蔗糖酯也用做阻滞剂。
2.脂肪酸山梨坦脂肪酸山梨坦是失水山梨醇脂肪酸酯,是由山梨糖醇及其单酐和二酐与脂肪酸反应而成的酯类化合物的混合物,商品名为司盘(spans)。
根据反应的脂肪酸的不同,可分为司盘20(月桂山梨坦)、司盘40(棕榈山梨坦)、司盘60(硬脂山梨坦)、司盘65(三硬脂山梨坦)、司盘80(油酸山梨坦)和司盘85(三油酸山梨坦)等多个品种,其结构如下:脂肪酸山梨坦是粘稠状、白色至黄色的油状液体或蜡状固体。
不溶于水,易溶于乙醇,在酸、碱和酶的作用下容易水解,其HLB值从1.8~3.8,是常用的油包水型乳化剂,但在水包油型乳剂中,司盘20和司盘40常与吐温配伍用做混合乳化剂;而司盘60,司盘65等则适合在油包水型乳剂中与吐温配合使用。
3.聚山梨酯(Polysorbate)是聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯,是由失水山梨醇脂肪酸酯与环氧乙烷反应生成的亲水性化合物。
氧乙烯链节数约为20,可加成在山梨醇的多个羟基上,所以也是一种复杂的混合物。
商品名为吐温(Tweens),美国药典品名为Polysorbate,与司盘的命名相对应,根据脂肪酸不同,有聚山梨酯20(吐温20)、聚山梨酯40、聚山梨酯60、聚山梨酯65、聚山梨酯80(吐温80)和聚山梨酯85等多种型号,其结构如下:聚山梨酯是粘稠的黄色液体,对热稳定,但在酸、碱和酶作用下也会水解。
在水和乙醇以及多种有机溶剂中易溶,不溶于油,低浓度时在水中形成胶束,其增溶作用不受溶液pH 值影响。
聚山梨酯是常用的增溶剂、乳化剂、分散剂和润湿剂。
(三)聚氧乙烯型1.聚氧乙烯脂肪酸酯系由聚乙二醇与长链脂肪酸缩合而成的酯,通式为R·COO·CH2(CH2OCH2)nCH2·OH,商品有卖泽(Myrij)。
根据聚乙二醇部分的分子量和脂肪酸品种不同而有不同品种。
这类表面活性剂有较强水溶性,乳化能力强,为水包油型乳化剂,常用的有聚氧乙烯40硬脂酸酯等。
2.聚氧乙烯脂肪醇醚系由聚乙二醇与脂肪醇缩合而成的醚,通式为R·O·(CH2OCH2)nH,商品有苄泽(Brij),如Brij30和Brij35分别为不同分子量的聚乙二醇与月桂醇缩合物;西土马哥(Cetomacrogol)为聚乙二醇与十六醇的缩合物;平平加O(PerogolO)则是15个单位的氧乙烯与油醇的缩合物。
埃莫尔弗(Emolphor)是一类聚氧乙烯蓖麻油化合物,由20个单位以上的氧乙烯与油醇缩合而成,为淡黄色油状液体或白色糊状物,易溶于水和醇及多种有机溶剂,HLB值在12~18范围内,具有较强的亲水性质。
常用做增溶剂及O/W型乳化剂。
如Cremophore EL为聚氧乙烯蓖麻油甘油醚,氧乙烯单位为35~40,HLB=12~14。
(四)聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物本品又称泊洛沙姆(Poloxamer),商品名普郎尼克(Pluronic)。
通式为HO(C2H4O)a-(C3H6O)b-(C2H4O)aH;根据共聚比例的不同,本品有各种不同分子量的产品(表10-1)。
分子量可在1000~14000,HLB值为0.5~30。
随分子量增加,本品从液体变为固体。
随聚氧丙烯比例增加,亲油性增强;相反,随聚氧乙烯比例增加,亲水性增强。
本品作为高分子非离子表面活性剂,具有乳化、润湿、分散、起泡和消泡等多种优良性能,但增溶能力较弱。
Poloxamer 188(PluronicF68)作为一种水包油型乳化剂,是目前用于静脉乳剂的极少数合成乳化剂之一,用本品制备的乳剂能够耐受热压灭菌和低温冰冻而不改变其物理稳定性。
表10-1 泊洛沙姆及对应普郎尼克型号及其分子量PoloxamerPluronic平均分子量ab124L442090~236020188F687680~9510 7928237F876840~8830 6437338F108 12700~10400 14144407F1279840~1460056。