新型表面活性剂的研究进展

王 曼，强新新，王 平，刘美娜，梅晓丹



新型表面活性剂的研究进展

王 曼，强新新，王 平*，刘美娜，梅晓丹

（大连百奥泰科技有限公司，辽宁 大连 116025）

本文从结构和性能等方面介绍了几种新型表面活性剂，论述其应用领域以及在工业上的应用现状，并针对目前新型表面活性剂存在的问题，对其发展趋势进行展望。

新型表面活性剂；应用；展望

表面活性剂是一类重要的精细化学品，具有润湿或抗粘、乳化或破乳、起泡或消泡以及增溶、分散、洗涤、防腐、抗静电等作用，因此在工业和生活的各领域都有着广泛的应用。

近年来，传统类型的表面活性剂存在表面活性不高，增溶、协同作用差，及不易形成胶束等缺点，不能满足目前工业应用上更高的需求[1]，因而一些具有特殊结构和功能的新型表面活性剂被相继开发出来。本文将从结构特点及性能介绍几种新型表面活性剂，并对其应用领域和发展趋势两方面展开论述。

1 新型表面活性剂的研究热点

根据结构和功能特点的不同，新型表面活性剂主要分为以下七种类型。

1.1 Gemini型表面活性剂

Gemini型表面活性剂是指由两个亲水基团和两个亲油基团在其亲水头基处或靠近亲水头基处由一连接基团通过化学键连接而成的新型表面活性剂，如图1。

Gemini型表面活性剂其独特的结构可以有效地阻止离子头基同名电荷的排斥作用，使极性基排列更加紧密，并不改变离子头基的亲水特性，从而大幅度降低表面能，是一种表面性能优越的新型表面活性剂[2]。与传统的表面活性剂相比，其具有较高的表面活性，较低的临界胶束浓度，更好的润湿能力、起泡能力和独特的流变性能[3,4]，这些特性已引起人们的关注。张光华等[5]通过甲基丙烯酸二甲氨基乙酯，环氧氯丙烷，十二烷基叔胺，十四烷基叔胺和十六烷基叔胺合成了3种反应型阳离子Gemini表面活性剂，并验证了合成的这3种表面活性剂具有较高的表面活性和较好的乳化性能。

图1 Gemini表面活性剂的结构示意图

1.2 Bola型表面活性剂

Bola型表面活性剂由一个疏水基连接两个亲水部分构成的两亲化合物，其结构如图2。1951年，Fuoss将具有这种特殊结构两亲化合物称为bolaform electrolyte，从此，Bola成为该类表面活性剂的简称。

Bola型表面活性剂在降低水表面张力的能力方面较差，同时在溶液表面的面积是同等条件下相应的经典表面活性剂所占面积的两倍或更大，这可能是由于Bola分子具有两个亲水基，表面吸附分子在界面采取倒U型构象造成的。Bola型表面活性剂cmc较高，Krafft点较低，常温下具有较好的溶解性。

图2 Bola型表面活性剂的结构示意图

1.3 生物表面活性剂

生物表面活性剂是微生物或植物在生长过程中，分泌出具有两亲结构的化合物。其可以吸附于界面、改变界面的性质。按照其亲水基的类别，分为以下几种：糖脂系生物表面活剂，酰基缩氨酸系生物表面活性剂，磷脂系生物表面活性剂和其他生物表面活性剂。

生物表面活性剂的特性是：微生物的代谢产物；较低的临界胶束浓度；低毒甚至无毒；生物相容性好；具有较高的起泡性[6,7]。利用生物表面活性剂进行原油污染修复，提高石油回收率以及应用到食品、医药和生物工程等方面都成为研究的热点[8]。

1.4 反应型表面活性剂

反应型表面活性剂是指包含亲水基、亲油基和反应基团的化合物，它能与所吸附的基体发生化学反应，从而成为基体的一部分。反应型表面活性剂能参与化学反应，而且反应后也不损失其表面活性[9]。

反应型表面活性剂已经被广泛的应用于乳液、溶液、分散、无皂聚合以及功能性高分子材料的制备等各方面，不但可以显著提高产品的性能，而且还可以研制出新型产品[10]。

1.5 螯合型表面活性剂

螯合型表面活性剂是一类具有螯合金属离子功能的表面活性剂，由一个长链烷基或酰基和几个相邻的离子亲水基构成，如N-酰基ED3A。螯合型表面活性剂同时兼具了表面活性和螯合性的特性，并且生物易降解，具有良好的环境兼容性[11]。

1.6 可解离型表面活性剂

可解离型表面活性剂是可以在完成其应用功能之后，通过酸、碱、盐、热或光的作用，被分解成不具有表面活性的物质或转变成具有表面活性的新化合物的一类表面活性剂。

目前，已经被人们所熟知的该类表面活性剂的特点主要有：易于被分解和生物降解；分解后易于去除；可能产生具有新功能的解离产物。

1.7 冠醚类表面活性剂

冠醚类表面活性剂是一类具有特殊结构的大环多醚化合物，以冠醚作为亲水基团，以冠醚环上连接的长链烷基、苯基等作为憎水基团。

冠醚的亲水基不带有羟基，亲水性下降，随着烷基链长度的增加，CMC降低，表面活性也降低，润湿和起泡性能增加。冠醚类表面活性剂具有与金属离子络合的作用，形成可溶于有机溶剂相的络合物，可以用作生物膜、离子选择电极、相转移催化剂等[12,13]。

2 新型表面活性剂的工业应用

2.1 石油开采

利用新型表面活性剂提高原油采收率，一直是石油领域科学家关注的前沿课题。在油气田开采过程中，传统表面活性剂作为驱油剂的效率较低，同时细菌腐蚀也会影响原油产量，而普通杀菌剂的长期使用还会导致细菌产生耐药性，这些都成为影响原油采收率的障碍。新型表面活性剂由于自身独特的分子结构和优良性能，可显著提高驱油效率和杀菌效果，有效的解决了这些难题。

范海明等[14]研究发现Gemini表面活性剂/HPAM/碱三元复合体系可以降低油水界面张力和黏弹性能，能够在水驱基础上提高采收率20%以上。宁春莹等[15]发现铜绿假单胞菌所产表面活性剂在高温、高矿化度以及高碱度的条件下仍具有较高的表面活性和乳化能力，并且物理模拟驱油实验提高采收率8%以上。

2.2 海洋原油处理

海洋上石油污染常被忽视，从而导致石油溢出时常发生，造成海滩，海洋生物和海岸线的损害，因此海洋石油污染是一个紧迫的环境问题[16]。利用生物技术处理石油污染物，是一种经济效益和环境效益俱佳的手段。生物表面活性剂不仅可以促进石油烃的乳化，提高石油烃在水中溶解度及生物可利用性，而且低毒，易于生物降解[17]。目前，被报导的可以利用原油产生生物表面活性剂的细菌有食烷菌、海杆菌、迪茨氏菌等[18]。

Darvishi等[19]从重油污染土壤中分离出阴沟肠杆菌和假单胞菌，通过培养产生的生物表面活性剂对降解石油烃类物质有较好的效果。

2.3 涂料

在涂料行业，表面活性剂作为助剂成为涂料中不可或缺的重要组成部分，其主要的作用有以下几点：1、加工过程中提高研磨效率，避免产生结皮：2、防止颜料凝聚的霉败；3、施工过程中防止挂流；4、提高涂料的附着力；5、增加成膜过程中的光泽，防止浮色发花、缩孔；6、使涂层防霉、防污、防静电等。

周海军等[20]发现炔醇多功能表面活性剂可以有效解决体系的润湿性，控制体系的泡沫，提高涂膜的耐水性能，改善涂料的重涂性。

2.4 皮革生产

表面活性剂已经成为皮革生产过程中必不可少的成分，广泛的应用于各道生产加工工序。皮革生产中使用的新型表面活性剂除了具有经典表活的优异性，更增加了皮革的耐磨、耐干、阻燃等优良性能[21]。

2.5 其他方面

刘萍萍等[22]人发现Bola型表面活性剂对阳离子染料腈纶具有显著的缓染作用，且不影响染料的最终上染百分率。吕文杰[23]等人通过对Gemini表面活性剂和聚电解质相互作用的分子动力学模拟，发现由于二者之间的强烈相互作用，能够使聚电解质链从污泥絮体表面脱落，以及Gemini表面活性剂的存在，阻断水分子与聚电解质链的结合，释放出水，从而提高污泥的脱水程度。

3 新型表面活性剂的发展趋势

3.1 绿色化

表面活性剂的应用已经深入到工农业生产的各个方面，因此，对于新型表面活性剂绿色化的研究十分重要。新型表面活性剂的绿色化主要是反应物、反应过程以及反应产物的绿色化，即在无毒、无害的条件下进行反应，使用无毒无害或可再生的原料，减少废物向环境排放，生产出具有安全、能降解、可再利用的产物。

3.2 优质化

表面活性剂的品种和产量的增加，使市面上的产品鱼龙混杂。这对表面活性剂科研院所和生产商既是机遇也是挑战。各个生产企业要靠科技来不断提高产品的质量，简化合成的路线，降低生产成本，才能更好的为未来服务。

3.3 多样化

终端产品制造商对表面活性剂的要求与日俱增，因此研究者们应选用特殊的表面活性剂或助剂来增强产品的某些功能，或开发具有新功能的表面活性剂，使产品之间形成差异化，从而拓宽表面活性剂的应用领域。

4 结束语

与传统表面活性剂相比，新型表面活性剂具有成胶束能力强，cmc值低，降低表面张力效率高，水溶、增溶性好，与其他表面活性剂的配伍性好，环境相容性好等优点，使其在工业和学术领域的应用开发及理论研究均具有重大的意义。随着科学技术发展的日益完善，绿色化、多样化和优质化的新型表面活性剂将具有更广阔的发展前景。

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Research Progress of New Surfactants

,,,,

（Dalian BITeomics, Inc, Liaoning Dalian 116025, China）

The characteristics of new surfactants and their application in industry were discussed from the aspects of research hotspots and application fields. Existing problems in application of new surfactants were analyzed; the development trend of new surfactants was prospected.

new surfactant; application; prospect

TQ423.9

A

1004-0935（2017）03-0256-04

2016-12-21

王曼，女，硕士，山东省菏泽市人，2016年毕业于天津科技大学化学工程专业，研究方向：从事油田用剂研究开发工作。

王平（1978-），女，中级，博士，研究方向：主要从事油气田开发及提高采收率方法。邮箱：wangping@biteomics.com。