非离子表面活性剂

海川百科 · 发表于 2021-2-25 11:36:43

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简介

非离子表面活性剂是分子中含有在水溶液中不离解的醚基为主要亲水基的表面活性剂，其表面活性由中性分子体现出来。非离子表面活性剂具有很高的表面活性，良好的增溶、洗涤、抗静电、钙皂分散等性能，刺激性小，还有优异的润湿和洗涤功能。可应用pH值范围比一般离子型表面活性剂更宽广，也可与其他离子型表面活性剂共同使用，在离子型表面活性剂中添加少量非离子表面活性剂，可使该体系的表面活性提高。非离子表面活性剂按照亲水基的结构可以分为聚氧乙烯型、多元醇型、烷醇酰胺型、聚醚型、氧化胺型等。
非离子表面活性剂是较晚应用于生产中的一类表面活性剂。但自20世纪30年代开始应用以来，发展非常迅速，应用也非常广泛，很多性能超过离子表面活性剂。随着石油工业的发展，原料来源丰富，工艺不断改进，成本日渐降低，其产量占表面活性剂总产量的比重越来越高，逐渐有超过其他表面活性剂的趋势。
应用的非离子表面活性剂的亲水基，一类主要是由聚乙二醇基即聚氧乙烯基构成，另外一类就是以多醇（如甘油、季戊四醇、蔗糖、葡萄糖、山梨醇等）为基础的构成的。
由于非离子表面活性剂在溶液中不是以离子状态存在，所以它的稳定性高，不易受强电解质存在的影响，也不易受酸、碱的影响，与其他类型表面活性剂能混合使用，相容性好，在各种溶剂中均有良好的溶解性，在固体表面上不发生强烈吸附。

分类
聚乙醇型非离子表面活性剂根据疏水基的种类可分为长链脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、聚氧乙烯烷基胺、聚氧乙烯烷基酰胺和聚醚类等。

长链脂肪醇聚氧乙烯醚
长链脂肪醇分子中羟基上的氢是活泼氢原子，环氧乙烷是能取代氢原子的活泼化合物，它们很容易发生反应而加成聚合为醚。
实际上环氧乙烷的加成是逐渐进行的，首先加成1个环氧乙烷分子，继而加成上第2个第3个等。当加成上10~15个后，则显现出最佳的洗涤能力。常用的长链脂肪醇有月桂醇油醇、棕榈醇、硬脂醇、环己醇、萜烯醇等。这类表面活性剂稳定性高，生物降解性和水溶性均较好，具有良好的乳化、润湿、渗透、分散和增溶的能力。常用于衣料用洗涤剂、洗发香波浴用香波中。

烷基酚聚氧乙烯醚
烷基酚与环氧乙烷起加成反应，得到烷基酚聚氧乙烯醚，常用的酚有辛基酚、壬基酚等。如采用壬基酚时，与4分子环氧乙烷加成的产物不能溶于水；与6分子或7分子环氧乙烷加成的产物在室温下即可完全溶于水；与8~12分子环氧乙烷加成的产物具有良好的润湿、渗透和洗涤能力，乳化力也较好，可用作洗涤剂和渗透剂；与15个以上分子环氧乙烷加成的产物无渗透、洗涤的能力，而乳化、分散力较好,可用作乳化分散剂、匀染剂和缓染剂。烷基酚聚氧乙烯醚的化学稳定性高，即使在高温下也不易被强酸、强碱破坏，且其生物降解性差。因此它的需要量呈逐渐减少的趋势，主要用在金属的酸性洗涤剂和碱性洗涤剂中，在家用洗涤剂用品中使用量较少。

脂肪酸聚氧乙烯酯
脂肪酸与环氧乙烷在催化剂存在下进行加成反应生成脂肪酸聚氧乙烯酯，脂肪酸的碳原子数越多，溶解度越小，浊点越高，但含羟基或是不饱和的脂肪酸例外。所加成的环氧乙烷分子数目对酯的影响与脂肪醇聚氧乙烯醚时的情形相似，如碳原子数为12~18的脂肪酸接上12~15分子的环氧乙烷有很好的洗涤力，而低于此数如接上5~6分子的环氧乙烷则具有油溶性乳化力。这种表面活性剂的渗透力、洗涤力较脂肪醇和烷基酚的聚氢乙烯醚类差，主要用作乳化剂、分散剂、纤维油剂和染色助剂等。

聚氧乙烯烷基胺
烷基胺与环氧乙烷起加成反应可生成2种反应产物，与上述3种非离子表面活性剂相似，当聚氧乙烯烷基胺分子中环氧乙烷的加成数少时，则不溶于水而溶于油，但由于它具有有机胺的结构，故可溶于酸性水溶液中。所以聚氧乙烯烷基胺同时具有非离子和阳离子表面活性剂的一些特性，如耐酸不耐碱，具有杀菌性能等。当环氧烷加成数多时，其非离子性增大，在碱性溶液中不析出，即在碱性溶液中也表现出良好的活性。
由于非离子性增大，阳离子性相对减小，而表现出与阴离子表面活性剂的相容性，故可与其复配使用。由于这种表面活性剂兼有非离子和阳离子的性质，故常用作染色助剂，也常用于人造丝生产以增强再生纤维丝的强度，还可保持喷丝孔的清洁，防止污垢沉积。

聚氧乙烯烷基醇酰胺
烷基醇酰胺与环氧乙烷起加成反应生成聚氧乙烯烷基醇酰胺。这种非离子表面活性剂具有较强的起泡和稳泡作用，故常用作泡沫促进剂和泡沫稳定剂，其中有的具有良好的洗涤力、增溶力和增稠作用。这类表面活性剂较早的产品是月桂酰二乙醇胺，它是由月桂酸和二乙醇胺在氮气流保护下加热进行合成反应制得的，月桂酰二乙醇胺不溶于水，当再与1分子二乙醇胺结合形成复合物时，才具有良好的水溶性和洗涤力，可用作洗涤剂中的稳泡剂，也可用作乳化剂和除锈剂及干洗皂等。这种表面活性剂的稳定性和耐水解性优于脂肪酸聚氧乙烯酯。

聚醚类
聚醚类产品主要是以丙二醇为起始剂，与各种不同相对分子质量的聚氧丙烯一聚氧乙烯共聚而成的一系列产品的总称，聚醚的相对分子质量可达数千以上，显著高于普通的表面活性剂的相对分子质量，因此也可将其归属于高分子表面活性剂中。聚醚具有独特的性能，一般不吸湿，溶解性在冷水中比在热水中好，浓溶液呈胶状，也可溶于芳香烃和含氯有机溶剂中。聚醚的毒性和起泡力均较低，相对分子质量为2000~3000的聚醚有良好的去污力；相对分子质量更高的分散力较好。此外，聚醚还具有强乳化力，故可用于低泡洗涤剂、乳化剂、消泡剂以及织物匀染剂、抗静电剂、金属切削冷却液润滑剂和黏结剂中。在一些特殊领域有更广泛的应用。

参照指标
非离子表面活性剂是一种在水中不离解成离子状态的两亲结构化合物。其亲水基主要是由聚乙二醇基即聚氧乙烯基构成，另外就是以多元醇(如甘油、季戊四醇、蔗糖、葡萄糖、山梨醇等)为基础的结构。此外还有以单乙醇胺、二乙醇胺为基础的结构。
聚乙二醇型非离子表面活性剂是用具有活泼氢原子的疏水性原料，在酸或碱催化剂参与下与环氧乙烷起加成反应制得的，聚乙二醇型非离子表面活性剂水溶液加热至一定温度，水溶液会变成白色浑浊状。这种现象是由于温度升高使聚乙二醇链与水分子之间形成的氢键被切断，致使表面活性剂分子不能在水中溶解，这是聚乙二醇型非离子表面活性剂所特有的性质。使聚乙二醇型非离子表面活性剂溶解性发生突变的温度为浊点。浊点随环氧乙烷加成物质的量的增多而升高，可作为这类表面活性剂的亲水性指标。

浊点测定
浊点是指当非离子表面活性剂在水溶液受热至溶液从透明变为浑浊时的温度，反映了该类表面活性剂分子中亲水性与亲油性之间的平衡比例关系。浊点是推测表面活性剂的主要指标之一，通过浊点的测定可以初步确定其较为合适的使用温度。
GB/T559-2010针对非离子表面活性剂的不同类型，规定了5种（A、B、C、D及E）测定非离子表面活性剂浊点的方法。方法A、B和C适用于脂肪醇、脂肪胺、脂肪酸、脂肪酸酯和烷基酚等亲油性化合物与环氧乙烷缩合而制得的非离子表面活性剂浊点的测定。方法D和E适用于环氧乙烷一环氧丙烷嵌段聚合而成的非离子表面活性剂浊点的测定。由脂肪酸或脂肪酸酯类亲油性化合物与环氧乙烷-环氧丙烷嵌段聚合而成的非离子表面活性剂，方法E通常是不适用的，但只有在测定被证实具有重现性时方能采用。
各种方法的选用，依照以下方法。
方法A：若试样水溶液在10~90℃间变浑浊，则在蒸馏水中进行测定。
方法B：若试样水溶液在低于10℃时变浑浊或试样不能充分溶解于水，则在25%二乙二醇丁醚水溶液中进行测定。该方法不适用于某些含环氧乙烷低的试样，以及不溶于25%二乙二醇丁醚溶液的试样。
方法C：若试样水溶液在高于90℃时变浑浊，则需在密封安瓿瓶内进行测定。密封安瓿瓶可使操作在压力下进行，达到比在大气压下溶液的沸点还要高的温度。也可用氯化钠水溶液代替蒸馏水，按照方法A测定试样的浊点，但测定结果与安瓿瓶法测得的结果不呈简单的相关性。
方法D：若试样酸性水溶液在10~90℃间变浑浊，则在浓度为1.0moL的HCl标准溶液中进行测定。
方法E：若试样酸性水溶液在高于90℃时变浑浊，则在每升含50g正丁醇及0.04g钙离子的水溶液中进行测定。

优缺点
非离子表面活性剂的优点是：具有优异的润湿和洗涤功能，去污力强，还同时具有良好的乳化、渗透性能及起泡、稳泡、抗静电、杀菌等作用；稳定性高，在水溶液中不电离，并且不受强电解质、强酸、强碱的影响，也不受硬水中钙、镁离子的影响；与其他类型表面活性剂的相容性好，与阴离子和阳离子表面活性剂都可兼容；无毒、无刺激、生物降解性好，是新一代“绿色产品”。
非离子表面活性剂的缺点是：其通常都是低熔点的蜡状物或膏体，所以很难把它们复配成粉状。例如，当温度升高或增加电解质浓度时，聚氧乙烯醚链的溶剂化效应会下降，有时会不溶，产生沉淀。

使用原则
1、颗粒状聚丙烯酰胺絮凝剂不能直接投加到污水中。使用前必须先将它溶解于水，用其水溶液去处理污水。
2、溶解颗粒状聚合物的水应该是干净（如自来水），不能是污水。常温的水即可，一般不需要加温。水温低于5℃时溶解很慢。水温提高溶解速度加快，但40℃以上会使聚合物加快降解，影响使用效果。一般自来水都适合于配制聚合物溶液。强酸、强碱、高含盐的水不适于用来配制。
3、聚合物溶液浓度的选择，建议为0.1%~0.3%，即1升水中加1g~3g聚合物粉剂。

主要用途

非离子表面活性剂大多为液态和浆状态，它在水中的溶解度随温度升高而降低。非离子表面活性剂具有良好的洗涤、分散、乳化、起泡、润湿、增溶、抗静电、匀染、防腐蚀、杀菌和保护胶体等多种性能，广泛地用于纺织、造纸、食品、塑料、皮革、毛皮、玻璃、石油、化纤、医药、农药、涂料、染料、化肥、胶片、照相、金属加工、选矿、建材、环保、化妆品、消防和农业等各方面。

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