王萬緒 臺秀梅
表面活性劑是指加入少量即能夠顯著改變?nèi)芤后w系界面狀態(tài)的物質(zhì)。人類認識表面活性劑是從洗滌劑開始的。早在公元前2500年,幼發(fā)拉底河流域的蘇美爾人就已經(jīng)知道用羊油和草木灰制造肥皂;而在羅馬時代的龐貝遺址挖掘中還發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)在仍可使用的肥皂。19世紀中葉以前,肥皂一直是人們使用的唯一的表面活性劑。隨著第二次工業(yè)革命的推進,土耳其紅油(磺化蓖麻油)出現(xiàn)了,這是第一種由植物油制得的洗滌劑,具有良好的水溶性,解決了肥皂不耐硬水、不耐酸的問題。隨著石油工業(yè)的發(fā)展,石油硫酸(綠油)成為了第一種由礦物油制得的洗滌劑。第一次世界大戰(zhàn)期間,德國從煤焦油衍生物中開發(fā)出了短鏈烷基萘磺酸鹽類表面活性劑——拉開粉(Nekal)。20世紀30年代,長鏈烷基苯磺酸鹽開始登陸市場,并作為洗滌劑的主要原料稱霸洗滌劑行業(yè),直到現(xiàn)在。德國在第二次世界大戰(zhàn)后,開始了乙二醇衍生物的研究,開發(fā)出許多性能優(yōu)良的非離子型表面活性劑,大大促進了液體洗滌劑的發(fā)展。20世紀50年代以后,隨著化工技術(shù)的進步,中國表面活性劑品種數(shù)量不斷增加,目前已超過4000種。
擁有輝煌文明的中華民族,最早在周代就已經(jīng)利用草木灰清洗衣物,《禮記》中就有記載“冠帶垢,和灰請漱;衣裳垢,和灰請澣”。魏晉時期,人們發(fā)現(xiàn)皂角和澡豆有去除污漬的作用。皂角樹的果實——皂角,泡在水中可以產(chǎn)生泡沫,具有一定的去污效果,且純天然不傷手。澡豆是將豬胰腺清洗干凈,再將胰腺多余的脂肪研磨成糊狀,將豆粉、香料加入其中,混合均勻,經(jīng)過自然風干而成。這兩種洗滌劑在中國走過了一千多年,見證了中國歷史的興衰。直至民國初期,西方制皂術(shù)傳入,中國才開始改用肥皂,并將其稱為“洋胰子”。20世紀50年代開始,中國開始大力發(fā)展表面活性劑和合成洗滌劑工業(yè)。經(jīng)過科研人員的不懈努力,中國表面活性劑的發(fā)展后來居上,位于世界前列。
表面活性劑中的起泡劑可以在水面形成豐富的泡沫
19世紀中葉,肥皂開始被大量使用
古人用燃燒后的草木灰和羊油混合制造肥皂
具有去污作用的皂角
表面活性劑分子一般由兩部分構(gòu)成,一部分是親水頭基,另一部分是疏水尾鏈。根據(jù)親水頭基的類型,可以將表面活性劑分為離子型表面活性劑和非離子型表面活性劑。離子型表面活性劑的頭基在水中可以解離,根據(jù)其親水基離子的類型,可分為陽離子型、陰離子型和兩性離子型表面活性劑。非離子型表面活性劑在水溶液中不發(fā)生解離,沒有離子生成。
陰離子表面活性劑具有良好的乳化、分散、增溶、起泡、去污能力,是應用最廣的表面活性劑,主要作為洗滌劑使用,目前最常用的是直鏈烷基苯磺酸鈉。陽離子表面活性劑自身帶有正電荷,具有很強的吸附能力,日常接觸到的洗手液、洗衣液、創(chuàng)可貼等產(chǎn)品中都會加入季銨鹽類陽離子表面活性劑,以起到殺菌的作用。兩性離子表面活性劑具有良好的生物降解性、耐硬水和耐電解質(zhì)能力,低毒低刺激,與其他表面活性劑具有很好的復配性能,可以作為高檔洗滌劑、柔軟劑、抗靜電劑、乳化劑和殺菌劑等。非離子型表面活性劑具有很強的潤濕、乳化及去污能力,與其他表面活性劑具有很好的復配性能。來源于天然植物的非離子型表面活性劑,如烷基糖苷(APG),可用于嬰幼兒護膚品和敏感肌膚類護膚產(chǎn)品中。
表面活性劑具有“工業(yè)味精”的美譽,特殊的分子結(jié)構(gòu),使其在各行各業(yè)應用廣泛。隨著表面活性劑研究的進一步深入,人們對其性質(zhì)和功能的認識逐步加深。目前,表面活性劑不僅僅局限于洗滌劑領(lǐng)域,還被廣泛用作分散劑、柔軟劑、催化劑、防水劑、防污劑、潤滑劑、防塵劑、防腐劑、鋪展劑、增稠劑、抗靜電劑、防沉積劑、表面改性劑等功能性試劑,在化妝品、食品、農(nóng)藥、油漆、石油化工、采礦、醫(yī)藥、建筑等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。
表面活性劑分子結(jié)構(gòu)示意圖(供圖/臺秀梅)
洗滌劑去污過程示意圖(供圖/臺秀梅)
來源于天然植物的非離子型表面活性劑——烷基糖苷(供圖/臺秀梅)
擁有悠久歷史的表面活性劑并沒有隨著時代的進步而落伍,相反,它不斷地融入各個新興的領(lǐng)域,在各種產(chǎn)品中起著畫龍點睛的作用。未來,表面活性劑仍將與時俱進,朝著綠色、環(huán)保和功能化的方向發(fā)展,力求在聚焦功能性的同時,確保產(chǎn)品的綠色、生態(tài)安全性,以降低對環(huán)境的影響和人體的傷害。
表面活性劑的主要功能及應用(供圖/臺秀梅)