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表面活性劑是1950年代由安塔拉產品公司（Antara Products）創(chuàng)造的“表面活性劑”的昵稱，是一種既包含親水又包含憎水部分的分子。這種獨特的結構是為什么表面活性劑在各種工業(yè)和商業(yè)應用（包括農用化學品、家庭和個人護理、工業(yè)和公共機構（I＆I）、石油和天然氣以及油漆/涂料）中起主要作用的原因。
表面活性劑的種類
那么，表面活性劑如何工作？一些表面活性劑的親水性部分具有電荷，根據(jù)電荷的身份（或缺乏電荷），表面活性劑可歸為以下四個主要類別一：
1.非離子（無電荷）
2.陰離子（負電荷）
3.陽離子（正電荷）
4.兩性的（包含正電荷和負電荷）
為特定應用選擇的表面活性劑類型在很大程度上取決于固有的溶液性質和預期的最終用途。這些化合物中的許多化合物為特定市場的配方提供了優(yōu)異的性能，包括低泡清潔劑、快速潤濕性能、水溶性化合物以及水不溶性化合物的乳化作用。
為最終用途選擇正確的表面活性劑是一項艱巨的任務，但是一旦您充分了解了四種表面活性劑之間的區(qū)別以及每種表面活性劑的工作原理，選擇正確分子的任務就變得容易得多。因此，讓我們深入研究四類表面活性劑，并討論使每種類型獨特地不同的原因。
什么是非離子表面活性劑？
非離子表面活性劑是工業(yè)上最常用的表面活性劑之一，所以讓我們問一個簡單的問題：“什么是非離子表面活性劑”？
非離子表面活性劑是一種在其親水性頭基上不帶電荷的表面活性劑，因此性質較溫和。由于與非離子表面活性劑相關的溫和性，它們通常在整個家庭和個人護理市場以及農業(yè)化學工業(yè)中使用。
此外，電荷的缺乏促進了非離子表面活性劑容易乳化油脂的能力，使其成為從污垢表面清除油脂的重要參與者。盡管此類表面活性劑通常與家庭或工業(yè)環(huán)境中的清潔產品相關聯(lián)，但它們也廣泛用于其他領域。非離子表面活性劑通常用于家庭、美容和個人護理表面活性劑市場，其產品包括洗發(fā)劑（有助于乳化）、香水（作為增溶劑）、化妝品（幫助在化妝品中分散顏料）并協(xié)助用于護膚產品的油的乳化。
非離子表面活性劑不受家庭和個人護理市場的限制，例如，非離子表面活性劑可用于幫助農業(yè)表面活性劑行業(yè)的農民，因為這些化合物用于農藥和佐劑制劑中可增加其農藥通過葉子的表面散布、潤濕、黏附和滲透。石油工業(yè)中石油和天然氣的精煉和加工也利用非離子表面活性劑。例如，非離子表面活性劑被用作石油和天然氣中與石油產品接觸的表面的腐蝕抑制劑，以及回流助劑，以幫助改善碳氫化合物的流動。由于其表面化學性質，非離子表面活性劑還廣泛用于涂料應用，例如乳膠漆的乳化劑和丙烯酸涂料的流平劑。
非離子表面活性劑清單
非離子表面活性劑的一些常見例子是乙氧基化和烷氧基化脂肪酸、乙氧基化胺、乙氧基化醇、烷基和壬基酚乙氧基化物、乙氧基化脫水山梨醇酯和蓖麻油乙氧基化物。
選擇正確的表面活性劑時，重要的是要了解如何調整缺水部分的特性以及缺水部分與憎水部分的比例，以提供更好的水溶性、潤濕性和去污力、乳化等。要了解這種現(xiàn)象，首先必須了解親水/親脂平衡（HLB）理論，這是非離子表面活性劑的獨特特征。
非離子表面活性劑的HLB的范圍為1-20，可以計算得出，并用于確定化合物在給定的油和水溶液中有效工作的傾向。較低的HLB值（<10）通常用于富油溶液，而具有較高的hlb值（>10）的表面活性劑通常在水包油乳液中最有效。
正如離子表面活性劑疏水部分的身份可以根據(jù)最終應用的需要而變化一樣，非離子表面活性劑的聚氧乙烯組分的長度（即親水部分）也為這類化合物提供了廣泛的分類的溶解度和去污力。環(huán)氧乙烷的用量增加通常會增加其水溶性，并增加化合物的親水/親脂平衡（HLB）。
什么是兩性表面活性劑？
兩性表面活性劑是兩性離子，這意味著它們的極性頭基團同時帶有正電荷和負電荷，因此使總凈電荷為零。一般而言，兩性表面活性劑具有低毒性，低眼睛和皮膚刺激性，對硬水的耐受性，并具有優(yōu)異的起泡性和與其他表面活性劑的相容性。
由于兩性表面活性劑的這種獨特特性，它們的性能取決于最終配方的pH值-在酸性環(huán)境中，兩性離子具有更多的陽離子特性，而在堿性環(huán)境中，它們的行為更像陰離子表面活性劑。因為兩性表面活性劑的結構是兩性的，所以這類分子與所有其他類型的表面活性劑都是相容的。
兩性表面活性劑清單
甜菜堿和氧化胺是兩種最常用的兩性表面活性劑。甜菜堿分別含有一個陰離子和一個陽離子基團，例如羧酸鹽和季銨化合物。兩性表面活性劑被認為比其陰離子對應物（如烷基醚硫酸鹽）溫和，因此很容易以直接或部分取代硫酸鹽的形式用于洗發(fā)香波中。這是由于甜菜堿具有減少烷基硫酸鹽引起的皮膚和眼睛刺激的能力。
以類似的方式，月桂胺氧化物可以減輕陰離子表面活性劑的刺激作用。這些表面活性劑可以提供高發(fā)泡性和增稠性，并且在大多數(shù)pH范圍內都穩(wěn)定，包括在過氧化物和次氯酸鹽溶液中的穩(wěn)定性。該產品的主要市場領域包括家庭護理、個人護理、石油和天然氣以及農用化學品。
什么是陽離子表面活性劑？
與陰離子表面活性劑不同，陽離子表面活性劑在其親水性頭基上帶有正電荷，這使它們可用于抗靜電產品，如織物柔軟劑和頭發(fā)調理劑。帶正電的極性頭基團沉積在頭發(fā)或紡織品纖維的帶負電的表面上。此外，已知陽離子表面活性劑的積極性質有助于破壞細菌細胞膜，使陽離子表面活性劑可用作抗菌劑，并且通常在硬表面清潔劑和消毒劑中發(fā)現(xiàn)。
對于大多數(shù)涉及陽離子表面活性劑的制劑，酸性溶液是優(yōu)選的，因為這將使陽離子結構上保留正電荷。在開發(fā)新配方時，對于配方設計師而言，重要的是要知道哪些類型的表面活性劑可以相互混合。不幸的是，由于陽離子表面活性劑表現(xiàn)出的正電荷，因此配方設計師最好不要在配方中結合使用陽離子和陰離子表面活性劑，除非他們想要粘性或粘稠的不均勻物質。
什么是陰離子表面活性劑？
陰離子表面活性劑在其親水性頭上帶有負電荷，因此具有極佳的去污性能，因為它們具有與帶正電的顆粒（例如污垢和油）結合，將這些顆粒提起并懸浮在膠束狀結構中的超強能力。進入膠束后，污垢和污漬可通過水溶液清除并排入下水道，使您的家庭和工作場所一目了然。
陰離子表面活性劑清單
陰離子表面活性劑的一些常見實例是烷基醚硫酸鹽、芐基磺酸鹽和磷酸酯。已知陰離子表面活性劑在攪拌下會起泡沫，但是這種泡沫與它們的清潔能力沒有直接關系，因為與非離子表面活性劑相比，陰離子表面活性劑在去除或乳化油方面作用不大。特別地，包含磷酸酯部分的陰離子表面活性劑是通用產品，它們是有效的偶聯(lián)劑，出色的水溶助長劑，并且在堿性條件下穩(wěn)定且可溶。這些表面活性劑被廣泛用作農用化學品中的相容劑以及石油和天然氣工業(yè)中的緩蝕劑。
通常，陰離子表面活性劑最好用于堿性溶液，因為如果被酸質子化，一些陰離子表面活性劑將從溶液中沉淀出來。配制時，最好知道所有陰離子表面活性劑均與非離子表面活性劑相容，從而使化學家可以從大量潛在的輔助表面活性劑中進行混合和匹配。但是，在“粘稠”的情況下（如前所述），最好避免混合陰離子和陽離子。
選擇正確的表面活性劑類型
在定義配方或項目的范圍時，選擇正確的表面活性劑似乎是一項艱巨的任務。如前所述，這些表面活性劑的特性可以非常特殊，從快速潤濕到強烈的去污力，常常使配方設計師在其配方方面似乎很難做出決定。
讓我們以正在建造洗衣粉的化學家為例。在為其產品選擇表面活性劑時，該化學家可能會問自己……
“我該選擇快速潤濕的表面活性劑還是去污力強的表面活性劑添加到我的產品中”？
幸運的是，這些表面活性劑中的許多彼此相容，從而使配方設計師可以將不同類別的表面活性劑結合起來，制成一種更有效的洗衣粉。但是，兼容性不是使用兩種表面活性劑系統(tǒng)的唯一好處，因為當混合使用時，輔助表面活性劑可以提高彼此的性能。這就是許多配方設計師和化學家在構建混合物、共混物或配方時通常會同時選擇主要表面活性劑和次要表面活性劑的原因。
一起使用主要表面活性劑和次要表面活性劑
人們可以將其與表面活性劑等同起來，以構成一支獲得冠軍的足球或籃球隊。作為總經理，組建冠軍球隊時必須滿足幾個重要標準，包括（1）確定各個球員的角色，（2）球員之間的兼容性，（3）整體球隊的化學素質和（4） 費用。如果能夠滿足以上所有條件，那么作為團隊的總經理（即配方背后的化學家），您就已經實現(xiàn)了贏得冠軍（或將產品賣給出價最高的人?。┑哪繕?。了解這些標準如何影響產品的穩(wěn)定性和獲利能力，我們將在與體育相關的情況下進一步細分每個步驟。
1.確定各個玩家的角色
這看起來似乎很明顯，但是例如，在組建一支擁有冠軍水準的籃球隊時，可能很容易說，“整個邁克爾·喬丹隊都能奏效！''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''一支“喬丹式”團隊的這種情況在現(xiàn)實中永遠行不通，因為他的技能（雖然令人印象深刻）無法滿足團隊的所有需求。
雖然喬丹（Jordan）得分最多，但誰在助攻或籃板上有所幫助？這就是為什么邁克爾需要斯科蒂·皮蓬（可能還有斯科蒂需要邁克爾的原因）的原因。由于這些相同的原因，單一的表面活性劑不能在混合物或配方中履行表面活性劑所需的所有功能。化學家通常會選擇一種輔助表面活性劑來彌補主要表面活性劑的弱點。
讓我們以洗衣洗滌劑為例，主要的表面活性劑將充當洗滌劑，從而達到配方的主要目的。在這種情況下，主要表面活性劑的一個很好的選擇是陰離子表面活性劑，因為它具有很強的去污性能，可以去除衣服上的污垢。將存在輔助表面活性劑以增強最終產品的性能（在這種情況下，是紡織品的快速潤濕）。
在配方的這一部分中，非離子（HLB?10）將是輔助表面活性劑的不錯選擇，因為它可以使紡織品上的油和污垢顆粒化，從而使主要表面活性劑去除污垢。在衣物洗滌劑的情況下，第二表面活性劑能夠增強第一表面活性劑的功能，因為它可以潤濕臟衣服的表面，將污垢帶入洗滌溶液中，并最終使第一表面活性劑將污垢乳化，使其脫離基材。
通過將第一表面活性劑與第二表面活性劑結合，可以實現(xiàn)通過使用單一表面活性劑無法確定的制劑性能。瞧，喬丹真的需要斯科蒂！
2.玩家兼容性
無論是在體育運動中還是在商務環(huán)境中，團隊成員之間的相互配合都是必不可少的，因為沖突、分歧和沖突會破壞團隊的目標。當每個人與每個人和諧地合作時，一個團隊的工作效率最高。在足球比賽中，如果湯姆·布雷迪和比爾·貝里?？耍˙ill Belichick）看不見的話，他們會擁有六個超級碗戒指（截至2019年8月）嗎？
答案是肯定的，因為他們兩個是同步的，他們的足球決策能力完美地互補。因此，選擇主要表面活性劑和次要表面活性劑之間的相容性可能與產品開發(fā)一樣有意義。以下是有關表面活性劑相容性的一些一般準則。
1.非離子表面活性劑通常與陰離子、陽離子和兩性表面活性劑相容。
2.陰離子表面活性劑與陽離子不兼容（反之亦然）。
3.兩性表面活性劑通常與非離子、陰離子和陽離子表面活性劑相容。
3.團隊化學
“團隊化學”一詞通常用于描述團隊在整個團隊和一項運動的更大范圍內對自己角色的理解和接受程度。玩家可能會完美地扮演自己的角色，并且彼此相處融洽（滿足條件1和2），但是由于某些不可預見的原因，在比賽場地上并不能很好地融合在一起。教練可以通過進行練習并將多年的知識傳授給玩家來幫助解決這種情況。但是，除非總經理正確組建了一支具有獨特團隊精神的球隊，否則整個團隊都將錯過那枚冠軍戒指。
同樣，一級表面活性劑和二級表面活性劑不僅必須彼此相容，而且必須在配方內具有正確的“化學性質”，以提高產品穩(wěn)定性，同時繼續(xù)具有最佳的應用性能。例如，具有乳化石蠟的不可思議能力的伯和仲表面活性劑在乳化萘油時可能沒有用。在這種情況下，化學家就像教練一樣，需要依靠他們的經驗來選擇在產品開發(fā)過程中提供最穩(wěn)定和可行的選擇的表面活性劑。
另外，將表面活性劑共混物和具有其HLB值不等的各種表面活性劑進行混合的技術將有助于確定選擇主要、輔助和有時是再次表面活性劑。俗話說在體育和化學中……實踐是完美的！
4.玩家成本
實現(xiàn)組建冠軍球隊的前三個標準可能需要付出一定的代價。邁克爾·喬丹（Michael Jordan）和湯姆·布雷迪（Tom Brady）的收入并不便宜，但是即使擁有最昂貴的球員，總冠軍隊伍也需要培養(yǎng)、練習和指導。以類似的方式，選擇最昂貴的表面活性劑并不能解決產品在市場上的穩(wěn)定性、有用性或適用性的所有問題。
來源：表面活性劑網(wǎng)
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