【基础知识】表面活性剂的分类
原创 I&I 中国洗涤用品工业协会I&I分会
2024年08月27日 14:25 北京
表面活性剂(surface active agent; surfactant) 是一类重要的精细化学品，早期主要应用于洗涤、纺织等行业，现在其应用范围几乎覆盖了精细化工的所有领域。目前人们对表面活性剂的定义尚无统一的描述，但普遍认为从其名称上看应包括三方面的含义，即“表 (界)面”(surface)、“活性”(acitive) 和“添加剂”(agent)。具体地讲，表面活性剂应当是这样一类物质，在加入量很少时即能明显降低溶剂(通常为水)的表面(或界面)张力，改变物系的界面状态，能够产生润湿、乳化、起泡、增溶及分散等一系列作用， 从而达到实际应用的要求。
表面活性剂的分类
表面活性剂的品种很多，可以从不同角度进行分类，例如按照离子类型分类、按照亲水基结构和疏水基的种类分类、按照表面活性剂结构的特殊性分类等，此外还有其他分类方法。
1 按离子类型分类
这是表面活性剂研究与应用过程中最常用的分类方法。大多数表面活性剂是水溶性的,根据它们在水溶液中的状态和离子类型可以将其分为非离子型表面活性剂和离子型表面活性剂。
非离子型表面活性剂在水中不能离解产生任何形式的离子，如脂肪醇聚氧乙烯醚，其结构式为:
RO(CH2CH2O)n H
例如：十二烷基苯磺酸钠在水中可以电离出磺酸根，属于阴离子表面活性剂，
十二烷基苯磺酸钠
苄基三甲基氯化铵电离产生季铵阳离子，属于阳离子表面活性剂。
苄基三甲基氯化铵
两性表面活性剂分子中同时存在酸性和碱性基团，如十二烷基甜菜碱。这类表面活性剂在水中的离子性质通常与溶液的pH值有关。
十二烷基甜菜碱
2 按亲水基的结构分类
表面活性剂的分类一般是以其亲水基团的结构为依据，即按表面活性剂溶于水时的离子类型来分类。
表面活性剂溶于水时，凡能解离成离子的叫做离子型表面活性剂，凡不能解离成离子的叫做非离子型表面活性剂。离子型表面活性剂按其在水中生成的表面活性剂离子种类，又可分为阴离子型、阳离子型和两性离子型表面活性剂。此外还有近年来发展较快的、既有离子型亲水基又有非离子型亲水基的混合型表面活性剂。因此表面活性剂共有5大类。每大类按其亲水基结构的差别又分为若干小类。
下面举例说明表面活性剂的这5种主要类型。
①阴离子型 极性基带负电，主要有羧酸盐（RCOOM)、磺酸盐（RSO3M), 硫酸酯盐（ROSO3M，一般直接称为硫酸盐)、磷酸酯盐（ROPO3M，一般直接称 为磷酸盐）等。其中R为烷基，M主要为碱金属和铵（胺）离子。
②阳离子型极性基带正电，主要有季铵盐（RNR 13A，三个R1可以相同，也可以不同)、烷基吡啶盐（RC5H5NA),.胺盐（RNH3A）等。其中A主要为卤素和酸根离子。
③两性型分子中带有两个亲水基团，一个带正电, 一个带负电。其中的正电性基团主要是氨基和季铵基，负电性基团则主要是羧基和磺酸基。如烷基甜菜碱RN+(CH3)2CH2COO- .
④非离子型极性基不带电，如聚氧乙烯类化合物[RO(CH2CH2O)nH]、 多元醇类化合物（如蔗糖、山梨糖醇、甘油、乙二醇等的衍生物）,亚砜类化合物(RSOR1）、氧化胺〔如RN(CH3)2O]等。
⑤混合型此类表面活性剂分子中带有两种亲水基团，一个带电，一个不带电。如醇醚硫酸盐R(OCH2CH2)nOSO3 M.
图1：表面活性剂按亲水基的分类
图1 表面活性剂的分类
主要亲水基团的名称、结构及相关表面活性剂的实例如表1-1所示。
在上述各种亲水基团中，羧酸盐、磺酸盐、硫酸酯盐和磷酸酯盐溶于水形成负离子，从离子类型上讲属于阴离子型亲水基团; 胺盐、季铵盐和鎓盐为阳离子型亲水基团; 而羟基和聚氧乙烯基不发生离解，属于非离子型亲水基团。
3 按疏水基种类分类
疏水基是表面活性剂的另一个重要组成部分，通常由羟基构成，其结构不同主要表现在碳氢链结构的差异上。重要的疏水基类型有以下几种:
4 按表面活性剂的特殊性分类
新型表面活性剂显示出十分优异的应用性能，它们的结构与传统表面活性剂不同，这些特殊类型的表面活性剂主要有以下几类。
(1）碳氟表面活性剂是指疏水基碳氢链中的氢原子部分或全部被氟原子取代的表面活性剂。该类活性剂表面活性很高，既具有疏水性，又具有疏油性，碳原子数一般不超过10。例如全氟代辛酸钠:
(2）含硅表面活性剂其活性介于碳氟表面活性剂和传统碳氢表面活性剂之间，通常以硅烷基和硅氧烷基为疏水基，例如
(3）高分子表面活性剂|相对分子质量高于1000的表面活性剂被称为高分子表面活性剂，根据来源可以分为天然、合成和半合成三类，根据离子类型可以分为阴离子、阳离子、两性和非离子型四类。高分子表面活性剂起泡性小，洗涤效果差，但分散性、增溶性、絮凝性好，多用作乳化剂或分散剂等。例如聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯等是其主要品种。
(4）生物表面活性剂是细菌、酵母和真菌等微生物代谢过程中产生的具有表面活性的化合物，其疏水基多为羟基，亲水基可以是羧基、磷酸酯基及多羟基等。
(5）冠醚型表面活性剂冠醚是以氧乙烯基为结构单元构成的大环状化合物，能够与金属离子络合，在某些方面的性质与非离子表面活性剂类似，例如:
烷基-12-冠-4
5 其他分类方法
除上述分类方法外，按照表面活性剂的溶解性能可将其分为水溶性和油溶性表面活性剂﹔按照相对分子质量可分为低分子和高分子表面活性剂﹔按照应用功能可分为乳化剂、洗涤剂、润湿剂、发泡剂、消泡剂、分散剂、絮凝剂、渗透剂及增溶剂等。
