表面活性剂的研究进展论文

系别：化学与生命科学系班级：09化工本（2）班学号：2009111446姓名：李雪萍表面活性剂研究进展现在社会，表面活性剂的应用日益广泛，本文对现行的几种表面活性剂及其应用进行了初步的探索。1.脂肽生物表面活性剂自从Fleming发现微生物产生青霉素以来，微生物成为生物活性物质的一个重要来源，为天然合成化学品提供了丰富资源。生物表面活性剂是微生物在一定条件下培养时，在其代谢过程申分泌出来的具有一定表面活性的代谢产物，如糖脂、多糖蛋白脂、脂肪、磷脂利脂肪酸中性类脂衍生物。它们与一般表面活性剂分子在结构上类似，即在分子中不仅有脂肪烃链构成的非极性憎水基，同时也含有极性的亲水基。生物表面活性剂的早期研究见于1946年，1965年之后，微生物对烃类乳化机制的研究引起人们的关注。微生物产生的表面活性剂是微生物提高石油采收率的重要机制之一。用微生物生产表面活性剂成为生物技术领域中的一个新课题。1968年，Arima等首次发现枯草芽胞杆菌株(Bacillussubtilis)产生的是脂肽类表面活性剂，呈晶状，商品名为表面活性素(surfactin)，这类表面活性剂主要含:伊枯草菌素(Iturilns)，杆菌霉素(Bacillomycin)，芬荠素(Fengycin)和表面活性(Surfacin)等，其中surfactin的表面活性最强，是迄今报道的效果最好的生物表面活性齐之一。脂肽分子由亲水的肽键和亲油的脂肪烃链两部分组成，由于其特殊的化学组成和两亲型分子结构，脂肤类生物表面活性剂在医药、微生物采油、环境治理等领域有重要的应用前景。目前发现的脂肽类生物表面活性剂有数十种。2.高分子表面活性剂高分子表面活性剂通常指分子量大于1000、具有表面活性的物质。减小两相界面张力的大分子物质皆可称为高分子表面活性剂。高分子表面活性剂具有分散、凝聚、乳化、稳定泡沫、保护胶体、增溶等能力，毒性小，可用作胶凝剂、减阻剂、增粘剂、絮凝剂、分散剂、乳化剂、破乳剂、增溶剂、保湿剂、抗静电剂、纸张增强剂等。与低分于表面活性剂一样，高分子表面活性剂也可分为阴离子型、阴离子型、两个离子型和非离子型四大类。阴离子型古有解离后产生阴离子的基团如焌酸基—COOH、磺酸基-8H等;阳离子型占有解离后产生阳离子的基团如季铵盐、吡啶盐等。两性离子型同时占有以上两类基团;非离子型不含可解离基团。1961年Strauss合成了名为聚皂高分子表面活性剂。随后，氧化乙烯氧化丙烯嵌段共聚物作为非离子型表面活性剂(产品名Pluronies)实现了工业化生产。与常用的低分子表面活性剂相比，高分子表面活性剂降低表面张力的能力差，成本偏高，始终未育占据表面活性剂领域的优势。近十余年来由于能源工业(强化采油、燃油乳化、油/某乳化)、涂料工业(无皂聚合、高浓度胶乳)、膜科学(仿生膜、LB膜)的需要，高分子表面活性剂研究有了新的进展，得到了性能良好的氧化乙烯硅氧烷共聚物、乙烯亚胺共聚物、乙烯基醚共聚物、烷基酚甲醛缩合物氧化乙烯共聚物等品种。我们采用自由基聚合法得到的丙烯酚胺表面活性大单体离子型单体共聚物，有高粘度和高表面活性，突破了分子量高则表面活性差的传统。3.糖基类表面活性剂糖类物质本身己经具备多烃基的亲水性结构，如果再连接上长的疏水链就可以产生具有表面活性的物质。以糖类制成的表面活性剂，原料来自天然可再生资源，环境相容性好，有很好的皮肤兼容性和极佳的生物可降解性，这使得它们在去污剂、清洁剂和化妆品行业中的应用日益广泛，而且在制药、生物化学和生物医学方面有着潜在的应用前途。近年来，一些糖基表面活性剂开始大量应用，如烷基多背及其衍生物、烷醇基葡糖酚胺、蔗糖醋等。如何开发更多的糖类资源应用于表面活性剂工业和肝制类型更丰富性能更好的表面活性剂产品成为科学家们研究的热点，最近不断有一些新型糖基表面活性剂被合成出来。表面活性剂是在加入很少量时既能大大降低溶剂的表面(界面)张力的一大类有机化合物。按照传统的分类方法，表面活性剂可分为阴离子型、阳离子型、非离子型和两性型四大类。在表征表面活性的众多参数中，临界胶束浓度(CMC)是表面活性剂的一个重要参数，它可以作为表面活性剂的表面活性的量度。CMC值越小表明在较低浓度下，表面活性剂就能发挥很大的效能。日前开发糖基表面活性剂三个主要万向，也就是开发更多种类的糖类原料、研究新型的成技术和开发特种表面活性剂，以CMC值作为表面性质的主要参数介绍了糖基表面活性剂。(1)开发新型的糖类原料最初制备糖基表面活性剂多以葡萄糖为起始原料，再由脂肪酸链通过乙烯基础酯基或氨基连接而成。现在人们开发出了用一些新的糖类原料制成的糖基表面活性剂，不仅广大了糖基表面活性剂原料的使用范围，充分利用了更多的糖类资源，而且产品也获得了很好的表面活性性质。1.1戊糖基两性表面活性剂以戊糖及其衍生物为原料可以合成出具有良好表面活性的表面活性剂，如S一烷基硫戊糖内酯就引起了人们的极大兴趣。它是一种两性表面活性剂。两性表面活性剂是指具有表面活性的分子残基中同时包含有彼此不可被电离的正、负电荷中心(或偶极中心)的表面活性剂。它们具有优良的表面性质和良好的生态毒理学性质。糖基两性分子衍生物一般都符合Su.ZR公式，即一个糖类单元Su通过一个原子或一个原子基团z=0，S，OCO连接到R烷基链上(R=CnH2n+l;n=6.18)J。S一烷基硫戊糖内酯符合公式Su-SR，正电荷中心负载在S原子上。以戊糖(包括D一核糖，D一阿拉伯糖，D一木糖)为原料，合成表面活性NS.烷基硫戊糖内酪，和对应的符合一般公式SU-SR(R=CH2n+l;n=6，8，10,12)的醛醇衍生物。研究发现，S.烷基硫戊糖内酯的临界胶束浓度(CMC)是主要是依赖下列参数:烷基链长度，自由茎基的数目，环形或非环形戊糖的结构，醛醇的构型。D一核糖衍生物经基部处在糖环形结构上同一边，烃基内部的成键会阻碍烃基和溶剂的反应，所以没有临界胶束浓度。一般来说，其他环形的衍生物都有表面活性，而且随着烷基链长度增加，临界胶束浓度的数值也会增大。1.2壳聚糖基表面活性剂甲壳素是由N-乙酰-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖以p-1，4糖苷键形式连接而成的多糖，广泛存在于甲壳纲动物的甲壳，真菌和植物的细胞壁中。壳聚糖是甲壳素的N-脱乙酚基的产物，由于壳聚糖存在自由氨基，其溶解性和化学反应性大大改善，表见出比甲壳素更广泛的应用前景。壳聚糖具有-NH2和-H两个不同的功能基团，它们都可以进行特殊的衍生化。以壳聚糖为原料合成出的2-酰胺基-2-脱氧-6-0-磺基-D吡喃葡萄糖苷是一种阴离子型表面活性剂，它是a和b两种异构体的混合物，。研究发现，所合成的表面活性剂中主要是Gt异构体。增加碳链的长度会降低表面活动剂的CMC值，这种CMC值与碳链R长度之间的关系与其他的阴离子表面活性剂是相同的，但是当糖基部分含有硫酸盐时亲水性会降低。(2)酶法合成表面活性剂目前合成糖醋类表面活性剂时，多使用化学方法。化学方法选择性不强，往往得到异构体和低聚物混合物。联合采用基团保护技术可有选择的生产某种产品，用此法可合成农药中的润湿剂，但是这种操作过程相当繁琐。酶法立体选择性复杂的化学保护和解除保护步骤，简化生产过程。作为一种新型的生产，目前酶方法研究多处于实验室阶段，还没上升到工业水平，但是很有应用前景。2.1酶法合成果糖醋现在售的糖醋类表面活性剂多为蔗糖醋产品，这些产品通常是单酯，二酯或是更高级酯的混合物，合成时都是使用有毒性溶剂在激烈的反应条件下实现。使用酶方法合成，反应速度快，生成产物选择性强，同时避免了有机溶剂残留，克服了化学方法的缺点。通过酶方法使用果糖与不同碳链长度的脂肪酸通过直接醋化反应可得到果糖脂表面活性剂，并与几种蔗糖雕酯产品的表面性质进行比较后发现，酶方产品产量和生产能力。酶硒化的反应机理一般可理解为首先使用合适的翠酶酚化，酶转化为酰化酶。在缺水的条件下，形成的所谓酞化酶波带有烃基基团的物质进攻，因此酶重新生成，羚基基团被酚化就是通过1号茎基的酪化作用得到，果糖二酯是通过1号和6号位置上的烃基的酯化作用得到，研究发现果糖醋表现出了良好的表面性质。具有短链脂肪酸的果糖酯连脂肪酸的相比表现出更小的表面张力，水一空气界面张力值与蔗糖酪相链长度和单酯/二醋的比率，果糖醋可能会得到比蔗糖酯更好的表面性合2.2酶法合成成糖醛酸内酯合成糖醛酸内酯表面活性剂时，向糖醛酸内酯上引入烷基链时，使用酶法可以生酷化并快速引入烷基链。以D-葡萄糖醛酸-1，4-内酯，D-葡萄糖醛酯-1，5内酯和L一半乳糖醛酸-1，4内酯为原料可以通过酶方法合成表面活性剂，缩短了反应时间，降低了生产成本。但是使用酶方法也存在一个问题就是可能会引起糖醛酸内酯的聚合。研究发现糖醛酸内酯与一种从猪胰腺的原始浸出物中筛分出的酶和假丝酵母脂肪酶反应可以避免这种聚合反应。与化学方法相比，酶方法酰化的位置表面活性性质。最最初内置的结构无关，酰化的位置都在糖醛酸内酯伯醇基上的烃基。酰化产物的生产只与酰化试剂的酰化能力有关。采用酶方法直接对糖醛酸内酯选择性的酰化良好的表面性质。从当今科学技术飞速发展，被称之为工业味精的表面活性剂的地位日趋重要。而从国际上表面活性剂品种发展趋势来看，倾向于生态安全。无环境污染:完全生物、化学稳定性及热稳定性好、成本低的产品，糖基表而活性剂正是符合这种趋势的产品。糖基绿色表面活性剂有着广阔的市场前景，因为;首先，生产表面活性剂的主原料淀分和油脂资源非常充足，生产成本低;其次，新的生产技术的开发与应用，如酶方法就极大的提高了反应的专一性，提高了产量;最后，糖基表面活性剂与其它表面活性剂复配，不但可以改进自身的性能，而且可以开发出新的应用领域或产品，极大地拓宽了糖基表面活性剂的应用领域。总之，糖基表面活性剂是未来表面活性剂工作开发的重点，随着研究的深入，必将在日用品和食品等领域中发挥更重要的作用。目前，不同种类的表面活性剂在工业上的应用区域有所不同，但随着研究的进一步发展表面活性剂工业将向着更高效，更环保的方向发展。