表面活性剂和消泡剂Word格式.docx
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所用的烷基酚有：
壬基酚、辛基酚、辛基甲酚等。
由这些原料可以制得由弱（浊点在室温左右）到强（浊点大于100℃）亲水性加成物。
环氧乙烷加成分子数，可有几个到几十个不等,如商品名为“平平加O”的聚氧乙烯型表面活性剂，常用作纺织染整过程的匀染剂和乳化剂，是由C12～C16的高级脂肪醇加成15～22个环氧乙烷分子而成的。
聚氧乙烯型表面活性剂大多溶于水，主要用作洗涤剂、匀染剂、乳化剂、消泡剂等。
因性能优良，用途广泛,原料丰富（来自石油），成本低,重要性日益增大。
如聚醚型高分子表面活性剂，所用的原料主要是环氧丙烷和环氧乙烷。
聚醚的亲油基是聚氧丙烯，分子量在1000～2500；
亲水基是聚氧乙烯基。
聚醚作为消泡剂、破乳剂和乳化剂，广泛应用于制药、采油及食品等工业。
多元醇型
由含有多个羟基的多元醇、烷基醇胺或糖类与高级脂肪酸生成的酯类或酰胺类化合物：
其中凡亲油基和亲水基是由酯键相连接的，容易发生水解反应；
如将酯键代以酰胺,则不易水解,较稳定。
工业上常用的含多羟基的化合物有：
甘油、季戊四醇、山梨醇、乙醇胺、异丙醇胺、蔗糖等。
高级脂肪酸（C12～C18的酸）如月桂酸、椰子油脂肪酸、十四酸、棕榈酸、油酸、硬脂酸等。
例如商品名为斯盘的多元醇型表面活性剂，就是由山梨醇与脂肪酸，经酯化生成的各种失水山梨醇酯。
斯盘的水溶性很小，如在其分子中的羟基上再加环氧乙烷，则水溶性明显提高。
斯盘的环氧乙烷加成物商品名为吐温。
多元醇型表面活性剂主要用作食品、化妆品的乳化剂、稳泡剂、纤维油剂和柔软剂。
表面活性剂（surfactant），被誉为“工业味精”，是指具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列，并能使表面张力显著下降的物质。
它是一大类有机化合物，他们的性质极具特色，应用极为灵活、广泛，有很大的实用价值和理论意义。
英国著名界面化学家Ckint说：
“冰淇淋是我们最爱的食物；
有了洗涤剂我们的生活才如此美好。
若没有表面活性剂，这两样东西都不会有。
这真是太可悲了。
”
表面活性剂-概述
表面活性剂一词来自英语surfactant。
它实际上是短语surfaceactiveagent的缩合词。
它还有一个名字叫做tenside。
凡加入少量而能显著降低液体表面张力的物质，统称为表面活性剂。
它们的表面活性是对某特定的液体而言的，在通常情况下则指水。
表面活性剂一端是非极性的碳氢链（烃基），与水的亲和力极小，常称疏水基；
另一端则是极性基团（如—OH、—COOH、—NH2、—SO3H等），与水有很大的亲和力，故称亲水基，总称“双亲分子”（亲油亲水分子）。
为了达到稳定,表面活性剂溶于水时，可以采取两种方式：
1、在液面形成单分子膜。
将亲水基留在水中而将疏水基伸向空气，以减小排斥。
而疏水基与水分子间的斥力相当于使表面的水分子受到一个向外的推力，抵消表面水分子原来受到的向内的拉力，亦即使水的表面张力降低。
这就是表面活性剂的发泡、乳化和湿润作用的基本原理。
在油-水系统中，表面活性剂分子会被吸附在油-水两相的界面上，而将极性基团插入水中，非极性部分则进入油中，在界面定向排列。
这在油-水相之间产生拉力，使油-水的界面张力降低。
这一性质对表面活性剂的广泛应用有重要的影响。
2、形成“胶束”。
胶束可为球形，也可是层状结构，都尽可能地将疏水基藏于胶束内部而将亲水基外露。
如以球形表示极性基，以柱形表示疏水的非极性基，则单分子膜和胶束。
如溶液中有不溶于水的油类（不溶于水的有机液体的泛称），则可进入球形胶束中心和层状胶束的夹层内而溶解。
这称为表面活性剂的增溶作用。
表面活性剂可起洗涤、乳化、发泡、湿润、浸透和分散等多种作用，且表面活性剂用量少（一般为百分之几到千分之几），操作方便、无毒无腐蚀，是较理想的化学用品因此在生产上和科学研究中都有重要的应用。
在浓度相同时，表面活性剂中非极性成分大，其表面活性强。
即在同系物中,碳原子数多的表面活性较大。
但碳链太长时，则因在水中溶解度太低而无实用价值。
表面活性剂-结构
传统观念上认为，表面活性剂是一类即使在很低浓度时也能显著降低表（界）面张力的物质。
随着对表面活性剂研究的深入，目前一般认为只要在较低浓度下能显著改变表（界）面性质或与此相关、由此派生的性质的物质，都可以划归表面活性剂范畴。
无论何种表面活性剂，其分子结构均由两部分构成。
分子的一端为非极亲油的疏水基，有时也称为亲油基；
分子的另一端为极性亲水的亲水基，有时也称为疏油基或形象地称为亲水头。
两类结构与性能截然相反的分子碎片或基团分处于同一分子的两端并以化学键相连接，形成了一种不对称的、极性的结构，因而赋予了该类特殊分子既亲水、又亲油，便又不是整体亲水或亲油的特性。
表面活性剂的这种特有结构通常称之为“双亲结构”（amphiphilicstructure），表面活性剂分子因而也常被称作“双亲分子”。
根据所需要的性质和具体应用场合不同，有时要求表面活性剂具有不同的亲水亲油结构和相对密度。
通过变换亲水基或亲油基种类、所占份额及在分子结构中的位置，可以达到所需亲水亲油平衡的目的。
经过多年研究和生产，已派生出许多表面活性剂种类，每一种类又包含众多品种，给识别和挑选某个具体品种带来困难。
因此，必须对成千上万种表面活性剂作一科学分类，才有利于进一步研究和生产新品种，并为筛选、应用表面活性剂提供便利。
表面活性剂-发展概况
肥皂是使用最早的表面活性剂之一，公元前7～前6世纪已经开始使用。
肥皂遇到硬水会产生沉淀，且在酸性溶液中不稳定。
红油（又名土耳其红油），是蓖麻油硫酸化产物（阴离子表面活性剂），1875年首次由德国巴登苯胺纯碱公司合成,是第一个合成的表面活性剂,用于纺织和皮革工业。
第一次世界大战时，德国研究成功从萘、丙醇或丁醇用发烟硫酸生产烷基萘磺酸盐，可以用来代替肥皂，因而节省了制皂用的动植物油脂。
烷基萘磺酸盐的冼净能力虽然较差，但具有良好的润湿和渗透能力，且不受硬水或酸性溶液的影响，所以至今仍被广泛采用。
1936年随着石油化工的发展，美国首先研究成功由苯和煤油制成烷基苯磺酸盐。
后来，由于添加各种助剂和改进生产技术，以烷基苯磺酸盐为主要组分的合成洗涤剂，在应用性能和成本方面都比肥皂优越，开始大量在生产和生活中应用。
此后，合成洗涤剂在洗涤用品总量中所占的比重逐年上升，1982年世界合成洗涤剂的产量已达28Mt，已经超过肥皂并继续增长。
以合成洗涤剂为代表的表面活性剂的研究和生产发展迅速，现已成为重要的化工生产部门。
表面活性剂的品种已有几千种。
最早的表面活性剂——肥皂
中国的表面活性剂和合成洗涤剂工业起始于50年代，尽管起步较晚，但发展较快。
1995年洗涤用品总量已达到310万吨，仅次于美国，排名世界第二位。
其中合成洗涤剂的生产量从1980年的40万吨上升到1995年的230万吨，净增4.7倍，并以年平均增长率大于10%的速度增长。
据中国权威部门预测，2000年洗涤用品总量将达到360万吨，其中合成洗涤剂将达到65.5万吨。
其中产量超万吨的表面活性剂品种计有：
直链烷基苯磺酸钠（LAS）、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠（AES）、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵（AESA）、月桂醇硫酸钠（K12或SDS）、壬基酚聚氧乙烯（10）醚（TX-10）、平平加O、二乙醇酰胺（6501）硬脂酸甘油单酯、木质素磺酸盐、重烷基苯磺酸盐、烷基磺酸盐（石油磺酸盐）、扩散剂NNO、扩散剂MF、烷基聚醚（PO-EO共聚物）、脂肪醇聚氧乙烯（3）醚（AEO-3）等。
表面活性剂-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迭。
因此，我们采用一种综合分类法，以表面活性剂的离子性划分，同时将一些属于某种离子类型、但具有其显著的化学结构特征，已发展成表面活性剂一个独立分支的品种单独列出。
在基本不破坏分类系统性的前提下，使得分类更明确，并对表面活性剂各个近代发展分支有较为清晰的了解。
按极性基团的解离性质分类如下：
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）
表面活性剂-应用
1.增溶：
C>
CMC（HLB13~18）增溶体系为热力学平衡体系。
CMC越低、缔合数越大，增溶量（MAC）就越高。
温度影响胶束的形成，影响增溶质的溶解，影响表面活性剂的溶解度
2.乳化：
HLB：
3-8W/O型乳化剂：
Tween；
一价皂
8-16O/W型乳化剂：
Span；
二价皂
3.润湿：
（HLB：
7-9）
4.助悬
5.起炮和消泡
6.消毒、杀菌
7.去污剂
两性表面活性剂-正文
其分子溶于水发生电离后，与亲油基相连的亲水基是同时带有阴阳两种电荷的表面活性剂。
亲油基一般是长碳链烃基，亲水基中的阳离子都是由基或季铵基组成的，阴离子可以由羧基、磺酸基或磷酸基组成。
实际应用的品种主要是氨基酸型和甜菜碱型两性表面活性剂，产量是表面活性剂中最小的。
两性表面活性剂通常具有良好的洗涤、分散、乳化、杀菌、柔软纤维和抗静电等性能，可用作织物整理助剂、染色助剂、钙皂分散剂、干洗表面活性剂和金属缓蚀剂等。
但是，这类表面活性剂的价格较贵，实际应用范围较其他类型的表面活性剂小。
氨基酸型
分子中的阴离子为羧基，阳离子为铵盐。
这类表面活性剂随介质pH的变化而显示不同的表面活性，如十二烷基氨基丙酸（C12H25N+H2CH2CH2COO-）在氢氧化钠介质中可转变成十二烷基氨基丙酸钠（C12H25NHCH2CH2COO-Na+）,表现为能溶于水的阴离子表面活性剂。
它在盐酸介质中可以转变成十二烷基氨基丙酸的盐酸盐〔（C12H25N+H2CH2CH2COOH）Cl-〕,表现为能溶于水的阳离子表面活性剂。
若调节介质的pH,使阳电性和阴电性正好平衡,它就转变成内盐（C12H25N+H2CH2CH2COO-），难溶于水而析出沉淀，此时的pH称为等电点。
为了充分发挥氨基酸型两性表面活性剂的作用，必须在偏离等电点pH的水溶液中使用。
制备氨基酸型两性表面活性剂常用的原料为高级脂肪伯胺、丙烯酸甲酯（见丙烯酸酯）、丙烯腈和氯乙酸等。
甜菜碱型
分子中的阴离子为羧基，阳离子为季铵基。
如烷基二甲基甜菜碱〔RN+（CH3）2CH2COO-〕，式中烃基R的碳原子数为12～18。
与氨基酸型相比,甜菜碱型在酸性、中性或碱性介质中均能溶解于水，即使在等电点也不致产生沉淀，因而可以在任何pH的水溶液中使用。
在酸性介质中，当等电点的pH更小时，表现为溶于水的阳离子表面活性剂〔【RN+（CH3）2CH2COOH】Cl-〕;
在中性或碱性介质中,即与等电点pH相同或更大时,它均表现为能溶于水的两性表面活性剂，而不会表现为阴离子表面活性剂。
两性表面活性剂只在酸性介质中与阴离子表面活性剂易成沉淀。
在各种pH的介质中，它可与任何类型的表面活性剂配合使用。
制备甜菜碱型两性表面活性剂常用的原料为烷基二甲基叔胺和氯乙酸钠等。
消泡剂-分类
消泡剂大致可分两类:
一类能消除已产生的气泡,如乙醇等;
另一类则能抑制气泡的形成如乳化硅油等。
我国许可使用的消泡剂有乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚和聚氧丙烯。
消泡剂
1、天然油脂（即豆油、玉米油等）
优点：
来源容易，价格低，使用简单；
缺点：
如贮存不好，易变质，使酸值增高。
2、聚醚类消泡剂
种类挺多，主要有以下几种：
a.GP型消泡剂
以甘油为起始剂，由环氧丙烷，或环氧乙烷与环氧丙烷的混合物进行加成聚合而制成的GP型的消泡剂亲水性差，在发泡介质中的溶解度小，所以宜使用在稀薄的发酵液中。
它的抑泡能力比消泡能力优越 ，适宜在基础培养基中加入，以抑制整个发酵过程的泡沫产生。
b.GPE型消泡剂即泡敌
在GP型消泡剂的聚丙二醇链节末端再加成环氧乙烷，成为链端是亲水基的聚氧乙烯氧丙烯甘油，也叫。
按照环氧乙烷加成量为10%，20%，……50%分别称为GPE10，GPE20，……GPE50。
GPE型消泡剂亲水性较好，在发泡介质中易铺展，消泡能力强，但溶解度也较大，消泡活性维持时间短，因此用在粘稠发酵液中效果较好。
c.GPES型消泡剂：
有一种新的聚醚类消泡剂，在GPE型消泡剂链端用疏水基硬脂酸酯封头，便形成两端是疏水链，当中间隔有亲水链的嵌段共聚物。
这种结构的分子易于平卧状聚集在气液界面，因而表面活性强，消泡效率高。
3、高碳醇
高碳醇是强疏水弱亲水的线型分子，在水体系里是有效的消泡剂。
七十年代初前苏联学者在阴离子、阳离子、非离子型表面活性剂的水溶液中试验，提出醇的消泡作用，与其在起泡液中的溶解度及扩散程度有关。
C7~C9的醇是最有效的消泡剂。
C12~C22的高碳醇借助适当的乳化剂配制成粒度为4~9μm，含量为20~50%的水乳液，即是水体系的消泡剂。
还有些成酯，如苯乙醇油酸酯、苯乙酸月桂醇酯等在青霉素发酵中具有消泡作用，后者还可作为前体。
4、硅类
最常用的是聚二甲基硅氧烷，也称二甲基硅油。
它表面能低，表面张力也较低，在水及一般油中的溶解度低且活性高。
它的主链为硅氧键，为非极性分子。
与极性溶剂水不亲和，与一般油的亲和性也很小。
它挥发性低并具有化学惰性，比较稳定且毒性小。
纯粹的聚二甲基硅氧烷，不经分散处理难以作为消泡剂。
可能是由于它与水有高的界面张力，铺展系数低，不易分散在发泡介质上。
因此将硅油混入SiO2气溶胶，所构成的复合物，即将疏水处理后的SiO2气溶胶混入二甲基硅油中，经一定温度、一定时间处理，就可制得。
有机硅消泡剂系由硅脂、乳化剂、防水剂、稠化剂等配以适量水经机械乳化而成。
其特点是表面张力小，表面活性高，消泡力强，用量少，成本低。
它与水及多数有机物不相混溶，对大多数气泡介质均能消泡。
它具有较好的热稳定性，可在5℃-150℃宽广的温度范围内使用；
其化学稳定性较好，难与其他物质反应，只要配置适当，可在酸、碱、盐溶液中使用，无损产品质量；
它还具有生理惰性LD250g/Kg鼠，通常用于食品和医药行业。
它对所有气泡体系兼具有抑泡、破泡功能，隶属广谱型消泡剂范畴。
它被广泛用于洗涤剂、造纸、纸浆、制糖、电镀、化肥、助剂、废水处理等生产过程中的消泡。
在石油工业中，它被大量用于天然气的脱硫，加速油气分离；
它还被用于乙二醇的干燥、芳香烃的萃取、沥青的加工、润滑油的脱蜡等装置中控制或抑制气泡。
在纺织工业中，它用于染色、精练、上浆等过程中的消泡；
在化学工业中它被用于合成树脂、胶乳、涂料、油墨等过程中的消泡；
在食品工业中它被用于各种浓缩、发酵、蒸馏过程的消泡。
可将硅脂涂在锅壁上、出口处或涂在金属网上，进行消泡。
将硅脂配成溶液，可用于油相系统消泡。
将硅脂加低粘度硅油配成水乳液，可用于多种水相系统消泡。
在医学上，通常用于患者术前、X光和胃镜检查前清除脏器或胃内器官的胀气。
5、聚醚改性硅
结合了聚醚跟有机硅消泡剂二者的优点，具有无毒无害，对菌种无害，添加量极少，是一种高性价比的产品。
6、新型自乳化消泡剂
含特殊改性的聚硅氧烷。
具有极好的耐热性和耐酸碱性及化学稳定性，可在很宽的温度范围内广泛用于各种恶劣体系的泡沫消去和抑制。
消泡剂-组成
（1）活性成份
作用：
破泡、消泡，减小表面张力：
代表物：
硅油、聚醚类、高级醇等。
（2）乳化剂
使活性成分分散成小颗粒，便于分散在水中，更好的起到消泡、抑泡效果。
壬（辛）基酚聚氧乙烯醚、皂盐、op系列等、吐温系列、斯盘系列等。
（3）载体
有助于载体和起泡体系的结合，易于分散到起泡体系里，把两者结合起来，其本身的表面张力低，有助于抑泡，且可以降低成本。
除水以外的溶剂，如脂肪烃、芳香烃、含氧溶剂等
（4）乳化助剂
使乳化效果更好。
分散剂：
疏水二氧化硅等；
增粘剂：
CMC、聚乙烯醚等。
消泡剂-消泡机理
塑料消泡剂
泡及泡沫常伴随着人们的生活和生产，有时需要利用它，像浮选、灭火、除尘、洗涤、制造泡沫陶瓷和塑料等；
有时需要消除它，如发酵、涂料、造纸、印染、排除体内器官胀气、锅炉用水、废水处理及棱镜（或玻璃）的制造等。
所谓“泡”或“气泡”是指不溶性气体存在于液体或固体中，或存在于以它们的薄膜包围的独立的气泡（bubble）。
许多气泡聚集在一起彼此以薄膜隔开的积聚状态谓之泡沫（foam）。
气泡是一种具有气/液、气/固、气/液/固界面的分散体系，后者常见于选矿及油田体系的气泡。
一般而言，纯水和纯表面活性剂不起泡，这是因为它们的表面和内部是均匀的，很难形成弹性薄膜，即使形成亦不稳定，会瞬间消失。
但在溶液中有表面活性剂的存在，气泡形成后，由于分子间力的作用，其分子中的亲水基和疏水基被气泡壁吸附，形成规则排列，其亲水基朝向水相，疏水基朝向气泡内，从而在气泡界面上形成弹性膜，其稳定性很强，常态下不易破裂。
泡沫的稳定性与表面粘性和弹性、电斥性、表面膜的移动、温度、蒸发等因素有关。
再者，气泡与液体的表面张力反变相关，其张力愈小，则愈易起泡。
在生活和生产中，有时泡沫的出现，给人们带来诸多不便，故必须消泡。
凡能破坏泡沫稳定性的因素，均可用于消泡。
消泡涵盖“抑泡”和“破泡”两重因素。
有机硅消泡剂即赋此功能，它能降低水、溶液、悬浮液等的表面张力，防止形成泡沫，或使原有泡沫减少，通常具有选择性作用。
一般物理消泡法难于瞬间消泡，而化学和界面消泡，则十分快捷、便当、高效。
概而言之，消泡剂是指具有化学和界面化学消泡作用的药剂。
作为消泡剂，有低碳醇、矿物油、有机极性化合物及硅树脂等。
其形态有油型、溶液型、乳液型、泡沫型。
作为消泡剂均具消泡力强、化性稳定、生理惰性、耐热、耐氧、抗蚀、溶气、透气、易扩散、易渗透、难溶于消泡体系且无理化影响、消泡剂用量少、高效等特点。
消泡剂品种繁多，用途广泛。
消泡剂“抑泡”、“破泡”过程是：
当体系加入消泡剂后，其分子杂乱无章地广布于液体表面，抑制形成弹性膜，即终止泡沫的产生。
当体系大量产生泡沫后，加入消泡剂，其分子立即散布于泡沫表面，快速铺展，形成很薄的双膜层，进一步扩散、渗透，层状入侵，从而取代原泡膜薄壁。
由于其表面张力低，便流向产生泡沫的高表面张力的液体，这样低表面张力的消泡剂分子在气液界面间不断扩散、渗透，使其膜壁迅速变薄，泡沫同时又受到周围表面张力大的膜层强力牵引，这样，致使泡沫周围应力失衡，从而导致其“破泡”。
不溶于体系的消泡剂分子，再重新进入另一个泡沫膜的表面，如此重复，所有泡沫，全部覆灭。
消泡剂-消泡剂常识
平常喝啤酒时由于震动啤酒中的二氧化碳转变成气态致使啤酒出现大量泡沫，这是网瓶中敌加一滴油就可以消泡，这其实就是利用了消泡剂的原理。
ORP氧化還原電位
ORP（Oxidation-ReductionPotential）氧化還原電位是水溶液氧化還原能力的測量指標,其單位是mV。
氧化–正數
還原–負數
在氧化還原的化學反應中，還原的一方會釋放電子，氧化的一方會獲得電子。
在供求的情況下產生電壓。
ORP就是量度氧化還原產生的電壓。
LeveLuk的還原水，含有極高抗氧化能力
抗氧化比較圖表還原水vs一般水vs一般營養補充品
還原水
-300mV～-500mV
一般水
+200mV～+400mV
一般營養補充品、抗氧化食品及維生素A/C/E
-100mV
日本高抗氧化食品:
納豆、味噌、醬油
-150mV
*ORP負數值越大抗氧化能力越高，越能使身體保持青春遲緩衰老
*ORP正數值越大氧化能力越高，越令身體氧化速度越快，使身體快老化及衰退
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