表面活性剂新型应用

表面活性剂新型应用

摘要

表面活性剂已经广泛应用于日常生活、工农业及高新技术领域。表面活性剂是当今世界最重要的工业助剂，其应用已渗透到几乎所有的工业领域，被誉为“工业味精”。在许多行业中表面活性剂起到画龙点精的作用；作为最重要的助剂常能极大地改进生产工艺和产品的性能。随着科技的不断发展，表面活性剂也在不断的更新，表面活性剂源自肥皂，发展到今天已经发展成为了一门单独的学科进行其研究。它的应用已得到了相应的推广，应用领域不断的再扩大，在工业化的现代社会生产中，表面活性剂不断的体现了自身的应用价值，下面主要介绍了它在现代农业技术领域、生物工程和医药技术领域、新能源与高效节能技术领域等新领域的应用。

关键字：表面活性剂；农业；新能源；悬浮剂；分散剂

1表面活性剂

1.1表面活性剂的概念

既然说到表面活性剂的应用，那么首先要知道表面活性剂的定义，我们通常是这样定义：凡是在低浓度下吸附于体系的两相界面上，改变界面性质并显著降低界面能并通过改变界面状态，从而产生润湿与反润湿，乳化与破乳，起泡与消泡以及在较高浓度下产生增容的物质称为表面活性剂。

表面活性剂是一类具有一定功能特性的化合物，是一类专用化学品。它通常不作为最终制品或商品直接与使用者或消费者见面，而是作为最终制品或某种商品的一个重要组分加入以应用。由表面活性剂可以配制多种最终制品或商品，如洗涤剂、润湿剂、渗透剂、乳化剂、破乳剂、消泡剂、分散剂等。这些制品或商品是按一定的配方调制的产品，其必要组分是表面活性剂，出表面活性剂外，还有助剂、促进剂，其配方的目的是提高表面活性剂的功能。

1.2结构特点

表面活性剂之所以能在界面上吸附，改变界面性质，降低界面张力，主要是由分子结构所决定的。表面活性剂分子具有不对称性，它包含对水由亲和性的极性基团和对油有亲和性的非极性的基团——烃链。这样在一个分子中既有亲油基，又有亲水基，即构成了表面活性剂分子的两亲性。比较常见的亲油基：——CH2链，——CF链，聚氧丙烯链；比较常见的亲水基：——COOH，——SO3M，聚氧乙烯链。

1.3分类

从化学结构上考虑，表面活性剂分子结构具有亲水基和亲油基两种结构，由

于亲油基和亲水基种类繁多、各式各样以及它们连接方式多种多样，因此表面活性剂可按用途、性质和化学结构进行分类。表面活性剂性质的差异，除了与亲油基的种类大小、形状有关外，主要由亲水基团决定，因而表面活性剂的分类，一般以亲水基团的结构为依据，即按化学结构分类。由于生产上实际应用的要求非常广泛多样，所有还衍生出更多、更复杂的混合表面活性剂。

2表面活性剂在现代农业技术领域中的应用

我国是一个农业大国，农业的发展不但是国民经济的主要组成部分，同时对“三农”问题的解决至关重要。随着现代工业的发展，为农业现代化提供了技术支持，如低毒高效农药，各种复合肥料和专用肥料以及现代化耕作机械，同时也使部分土地和水域受到了比较严重的污染，修复被污染的土壤和水系，使近年来表面活性剂在农业技术领域研究的热点。

2.1表面活性剂在农药加工中的应用

对于大多数农药而言，只有加工成适当剂型的制剂才是可以直接使用的。农药中的表面活性剂是将无法直接使用的农药制成可以使用的农药制剂所不可缺少的组分之一。它作为一种农药助剂在农药上，不但可提高农药的使用效果，还可以减少农药的用量，减轻了农药对环境的影响，并为农药生产带来了巨大的效益。表面活性剂在一个成功的农药剂型开发中所起到的作用，主要表现在它对原药的润湿、分散、乳化、增容等方面。

2.1.1表面活性剂在乳油中的作用

乳油是农药按规定的比例溶解在有机溶剂中，再加入一定量的农药专用乳化剂而制成的均相透明油状体。

表面活性剂在乳油中的作用是在乳油应用之前将在非介质中存在的原药乳化进入水中，乳油以水稀释，产生水包油型乳状液。表面活性剂在乳油中的另一方面的作用是防止乳状液分层沉积或絮凝，从而保持所形成的乳状液呈稳定状态。在乳油加工过程中，表面活性剂是农药乳油的主要辅助成分，农药乳油中的乳化剂至少应有乳化、润湿和增溶三种作用，乳化作用主要是是原药和溶剂能以极微细的液滴均匀的分散在水中，形成相对稳定的乳状液，增溶作用主要是改善和提高原药在溶剂中的溶解度，增加乳油的水和度，使配成的乳油更加稳定，制成的药液均匀一致，润湿作用主要是使药液喷洒到靶标上能完全润湿、展着，不会流失，以充分发挥药剂的防止效果。

2.1.2表面活性剂在可湿性粉剂中的作用

可湿性粉剂是还有原药、载体和填料、表面活性剂、辅助剂并粉碎得很细的农药制剂。此种制剂在用水稀释成田间使用浓度时，能形成一种稳定的看、可供喷雾的悬浮液。可湿性粉剂具有很多重要的性质：流动性、可湿性、分散性、悬浮性、低发泡性以及物理和化学的储存稳定性。可湿性粉剂农药的润湿性好坏决

定于选择合适的润湿剂剂浓度。

在生产时，一般是将农药和载体混合后再加入表面活性剂，若原药是液体，先将其吸收载体的内部毛孔中，接着加入表面活性剂。假如原药是固体，液体表面活性剂就会包在一起的原药表面，假如表面活性剂是固体当稀释到田间使用浓度时，它们可以迅速地溶解在水中，而且通过化学作用吸附在载体原药的表面上。

2.1.3表面活性剂在悬浮剂中的作用

悬浮剂是农药和载体及分散剂混合，利用湿法进行超微粉碎的黏稠可流动的悬浮体。是由不溶或微溶于水的固体原药借助某些助剂，通过超微粉碎比较均匀地分散于水中，形成一种颗粒细小的高悬浮、能流动的稳定的液固态体系。悬浮剂通常是有效成分、分散剂、增稠剂、抗沉积剂、消泡剂、防冻剂和水等组成。

在悬浮剂加工过程中，表面活性剂作为基本组分起着重要的作用，它吸附在原药预混合物粒子的表面，将有效成分的粒子表面润湿，排出粒子间的空气。在制造和应用悬浮剂过程中，总是应避免泡沫形成。因为它可以降低有效成分的均匀性和在田间的效果。

表面活性剂也起到助研磨剂作用。在研磨过程中，表面活性剂有助于再润湿和分散重新形成的粒子，再润湿不良导致生产糊状物，阻塞研磨室孔，通常所应用的润湿剂和分散剂的浊点大于600C。若油点较低，在浊点时可能发生表面活性剂从粒子上解吸。

2.2表面活性剂在化肥生产中的应用

随着化肥工业的发展，施肥水平的提高和环境保护意识的增强，对化肥生产和产品也提出了要求，应用表面活性剂提高和改善化肥生产水平是近年来引人注目的一个研究和开发的新领域。

2.2.1表面活性剂的抗黏结和防结块作用

化肥结块问题是化肥工业长期以来致力于解决的问题，特别是碳酸氢铵、硫酸铵、硝酸铵、磷酸铵、尿素和复合肥等都是易发生结块现象，化肥结块严重影响了肥效，并给储存运输和使用带来了不少困难。化学肥料在储存、运输过程中容易发生结块，其主要原因有两种。

（1）由于物理原因（如湿度、温度、压力和储存时间等外部因素或颗粒粒度、粘度分布、吸湿性和晶习等内部因素），肥料颗粒表面发生溶解，水分经蒸发后重结晶，然后颗粒之间发生桥接作用而结块。尿素、硝铵、硫铵、氯化钾和复合肥料斗容易由于此原因而结块。

（2）由于化学原因（如晶体表面发生化学反应或晶粒间的夜膜中发生复分解反应），由杂质存在的晶粒表面在接触中产生化学反应，于空气的氧气、二氧化碳发生化学反应或在堆置储存过程中继续发生化学反应。如过磷酸钙和重过磷酸钙，由于原料磷矿特性不同，若与硫酸反应后得到的肥粒度过高，结构密实，

不仅熟化期过长且熟化后的产品易形成坚硬的块状物。

为了解决化肥的结块问题，就药在化肥的生产过程中加入相应的表面活性剂来改善化肥的效益。

3表面活性剂在生物工程和医药技术领域中的应用

目前，全球正处于生物医药技术大规模产业化的开始阶段，预计2020年后将进入快速发展期，并逐步成为世界经济的主导产业之一。我国生物技术药物的研究和开发起步较晚，直到20世纪70年代初才开始将DNA重组技术应用到医学上。但在国家产业政策的大力支持下，这一领域发展迅速，逐步缩短了与先进国家的差距，产品从无到有，我国生物医药在成为新兴支柱产业。

3.1表面活性剂在生物工程中的应用

生物技术是高技术的重要支柱，以经成为研究和发展的热点，但是要将一个生物技术产业化，必须解决一系列工程问题。首先要发展基因工程、细胞工程、蛋白质工程等“上游”过程，而且还要发展“下游”过程，特别是生物产物的分离提取和纯化过程，因为它的费用往往占一种生物产品总成本的60%——90%。

3.1.1发展促进剂

表面活性剂在发酵工业中主要应用于发泡沫控制、发酵生产过程中的消毒洗涤剂以生物下游产品的分离。表面活性剂加入发酵体系可以提高生产效率，且目前国内对于表面活性剂作为发酵促进剂应用方面的研究报道也比较多，主要集中在发酵生产各种氨基酸、酶、胶质、药物生物表面活性剂、新型材料等方面。3.2表面活性剂在医药技术中的应用

表面活性剂通过乳化、润湿等作用，广泛应用于药物提取、药物的合成、分离纯化和剂型该进。

3.2.1表面活性剂在药物提取技术中的作用

药物在微乳液中大部分分配在油水之间的界面膜上，因此可利用非离子型微乳来提取和分离蛋白质，提取效率主要与蛋白质的种类、分子量、等电点、浓度的PH值及加入离子型表面活性剂的种类与数量有关。结果表明：加入阴离子型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠、二琥珀酸脂磺酸钠达一定浓度以上时，牛血清白蛋白的提取效率可骤然提高。提高蛋白质提取效率的两个主要原因是阴离子型表面活性剂要达到能占据水油界面相当的比例、同时其疏水基不能太小。

3.2.2表面活性剂在药物分析中的作用

药物分析包括液体中的药物级药物残留的分析。常用的分析方法有薄层色谱法、气相色谱法、高效液相色谱法、超临界流体色谱法、毛细管电泳技术及紫外线分光度法等。荧光分析法具有高灵敏度、高选择性、信息量丰富、检测限低等特点。某些药物自身能发射强的或者较强的荧光，可用荧光分析法直接进行检测，如李来生等用荧光色谱法研究了抗癌药物放射菌素D与胸腺肽DNA相互作用的

构效关系。然而某些药物自身不能放射荧光或者荧光较弱，这时就需要加入适当、适量的表面活性剂进行增溶、增敏，可选用的表面活性剂如十二烷基硫酸钠、溴化十六烷基三甲胺、溴化十六烷基吡啶、聚乙烯醇等。

3.3表面活性剂在生命科学中的应用

近半个世纪成长起来的现代生命科学已经成为自然科学发展最为迅速的学科之一，它被誉为21世纪的主导学科。表面活性剂在生命科学中也得到了相应的应用。

4表面活性剂在新能源与高效节能技术领域中的应用

能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础，纵观人类社会发展的历史，人类文明的每一次重大进步都伴随着能源的改进和更替，能源的开发利用极大地推动世界经济和人类社会的发展。过去100多年里，发达国家先后完成了工业化，消耗了地球上大量的自然资源，特别是能源。随着国内经济的快速发展，世界能耗不断增加，能源短缺问题日益严峻，能源问题已经成为制约各国经济发展的主要因素。随着技术的发展和整体工业水平的提高，表面活性剂作为一类可对世界性质产生影响的负载型功能型材料，不仅继续引领日化工业的发展，而且已作为主要功能型助剂进入了新能源与高效节能领域，如燃料电池、水煤浆、乳化燃油、三次采油等。

4.1表面活性剂在燃料电池中的应用

对燃料电池，特别是对质子交换膜燃料电池，性能良好的催化剂至关重要，它决定着大电流密度放电时的性能成本和运行寿命。但因电极上的反应是气、液、固三相反应，所以必须制备出高效的、结构合理的电极，减小气、液相传质阻力，提高三相接触性能，降低电极极化。这最好的铂基催化剂，铂以纳米级颗粒高分散地担载到导电、抗腐蚀的碳载体上。但这种高分散、细颗粒的Pt/C催化剂表面活性剂自由能大，需要掺入一些分散剂以降低其表面自由能，才能使其在水溶剂中均匀地分散。分散剂的种类、浓度对分散效果有着显著的影响。

聚乙烯醇是一种高分子聚合物，有较好的化学稳定性及良好的绝缘性、成膜性，具有多元醇的典型化学性质，能进行酯化、醚化及缩醛化等化学反应，具有表面活性，可降低水的表面张力。表面活性剂咋各种电解液中程度不同的改善起跑效应，电解液表面张力越小，效果就越明显。

4.3表面活性剂在三次采油中的应用

从含油层中采油可分为三个阶段：一次采油，依靠底层的自然能量出油，采收率在30%以下；二次采油，采用注水、注气技术以补充油藏能量出油，采收率可提高到40%——50%；三次采油，利用物理化学和生物等技术来强化开采剩余储量，可使原油采收率提高到80%——85%。三次采油方法可分为四类：一是热力驱，包括蒸汽驱、火烧油层等；二是混相驱，包括二氧化碳混相、烃混相及其

它惰性气体混相驱；三是化学驱，包括聚合物驱、表面活性区、碱水驱和注浓硫酸驱等；四是微生物采油，包括生物聚合物、微生物表面活性剂驱。

4.3.1表面活性剂在三次采油中的作用机理

（1）活性水驱。是在油层中注入表面活性剂水溶液的才有方法，其表面活性剂水溶液的作用为：a降低原油在水中的分散作用；b改变地层表面的润湿性；c增加原油在水中的分散作用；d改变原油的流动性，降低原油熟度和极限剪切应力。

（2）碱水驱。碱水驱是使原油中的环烷烃酸与碱作用形成皂类表面活性剂的方法。这种采油方法成本低，但一般还需加入一些辅助表面活性剂更有效。

（3）增稠水驱。利用增稠剂提高原油采收率，可以部分水解聚丙烯酰胺作为注入水的增黏剂，有时也采用脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐或磺酸盐以及表面活性剂混合做增稠剂。

合适的表面活性剂体系的复配，不仅能产生很好的协同效应而降低体系的界面张力，而且还能够降低主表面活性剂的用量，甚至驱油液表面活性剂的总浓度也可能降低。通过多种表面活性剂的复配，可使各自特点得到发挥，相互取长补短。

5表面活性剂的未来发展

表面活性剂形成一门工业，可追溯到20世纪30年代。近年来，已经发展成为精细化学品工业的一个重要门类。目前，全球世界表面活性剂品种就有6000多种，商品牌号16000种以上，年产量已超过1.2×10?t，且每年以3%——4%的速度增长。

表面活性剂是一种功能性精细化工产品，从趋势来看，国际上表面活性剂的发展倾向于生态安全、无环境污染、生物降解完全、功能性强、化学稳定性及热稳定性良好，而成本低的产品。