表面活性剂的应用

第六章表面活性剂的应用化工工艺教研室蒋新元2011年5月表面活性剂的应用表面活性剂在工业洗涤剂中的应用表面活性剂在金属加工工业中的应用表面活性剂在粉体加工中的应用表面活性剂在石油工业中的应用表面活性剂在农业中的应用表面活性剂在纺织与印染工业中的应用表面活性剂在食品工业中的应用表面活性剂在浮选工业中的应用表面活性剂在建筑工业中的应用等等6.1在洗涤剂中的应用6.1.1碱性水基金属油污清洗剂金属经各种机械加工后，常会在表面残留一些较复杂的油污，会影响后续加工，传统除油方法为高温碱法化学去油法(腐蚀性强)、有机溶剂去油法(污染重)、电化学去油法。借助表面活性剂(借助润湿、渗透、乳化、分散、增溶等)的弱碱性水基金属油污清洗剂具有清洗率高、腐蚀性小、清洗温度低、无毒无污染等优点。各种复配表面活性剂的HLB值在9.0-13.0的范围，以脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚等非离子表面活性剂为主，与十二烷基磷酸酯钾盐、十四醇聚氧乙烯醚、琥珀酸单酯磺酸盐等阴离子活性剂复配而成。6.1.2金属材料酸洗用清洗剂酸洗(硝酸、盐酸和硫酸)是金属材料在加工或表面处理前除去表面氧化层和污垢的有效而必不可少的工序。但易造成腐蚀和酸雾。在酸洗液中加入合适的表面活性剂，可以延缓酸洗液对基体的腐蚀，通过在酸洗中形成乳状液或悬浮液，在酸洗液的表面生成泡沫，从而抑制酸雾的产生。常用表面活性剂有：烷基苯磺酸盐、石油磺酸盐、脂肪醇磷酸酯盐、脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、烷基苷等。在酸性溶液中，只能使用非离子表面活性剂，在碱性溶液中可以使用阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂及它们的复配物。6.1.3手洗餐具洗涤剂餐具洗涤剂属于轻垢型液体洗涤剂，其主要活性物为各种(2-3种)表面活性剂，含量大于或等于15%。餐洗剂用的表面活性剂应满足以下要求：①优良的润湿力、乳化性和去油污性，②良好的发泡性或低泡性、抑泡性，③对皮肤温和、低刺激，④易于调节粘度，⑤生物降解性好。常用表面活性剂有：直链烷基苯磺酸盐(LAS)、-烯烃磺酸盐(AOS)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐(AES)、脂肪醇硫酸盐(FAS)、脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)、烷醇酰胺、烷基多苷(APG)等。除表面活性剂外的添加剂：增稠剂：氯化钠、硫酸钠、柠檬酸钠、羟基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮等。增溶剂：尿素、甲苯磺酸钠、乙醇、低级脂肪醇；稳定剂：乙醇、丙二醇、乙二醇、酚基聚氧乙烯醚等；螯合剂：EDTA钠盐、氮川三乙酸钠、磷酸盐等。金属加工工业中使用的表面活性剂品种多，用途广。金属的车、铣、铇、钻、磨、抛光、轧、铸造、脱模等工序都要用到表面活性剂，金属的防锈、防腐、润滑、电镀及金属的酸洗、清洗、磷化处理及电子元件的处理等工艺过程也需应用表面活性剂。6.2在金属加工中的应用6.2.1腐蚀抑制剂(防锈剂)包括缓蚀剂(无机缓蚀剂、有机缓剂)和防锈添加剂。无机缓蚀剂有铬酸盐、硝酸钠及硅酸钠、磷酸钠等，可阻止金属离子进入溶液或在金属表面形成表面膜；有机缓蚀剂主要指表面活性剂：单胺、二胺、酰胺、季铵盐、咪唑啉衍生物、磷酸酯、多元醇等，同样在金属表面上形成吸附薄膜。防锈添加剂：能暂时防止因大气腐蚀而引起的生锈，大都是油溶性表面活性剂，如脂肪酸金属皂或铝、锌金属盐，烷基萘磺酸盐，烷基苯磺酸盐，及二油酸牛脂二胺盐、Span-80等。6.2.2润滑油添加剂润滑油主要用于降低磨擦系数、防锈等，都要借助表面活性剂，以HLB值较低、碳链较长的油溶性表面活性剂为主。润滑油使用的活性剂成分有分散剂、防蚀剂、油性剂、增稠剂、乳化剂、清洁剂等。清洁剂用来防止或抑制机油中发动机中因受高温氧化、分解而生成的淤渣、炭黑导致的油路堵塞，常用二烷基苯磺酸盐、二烷基酚磺酸盐、水杨酸盐等；分散剂如加有丁二酸酯的丁二酰亚胺、苄胺、琥珀酰亚胺等，具有良好的分散低温淤渣的效果。增稠剂用来使油凝胶化，如硬脂酸锂皂、钙皂、铝皂等。6.2.3金属切削液添加剂金属切削、磨削加工时会产生热量，需在加工时注入润湿冷却液增加润滑性降低切削力，并带走热量，从而延长刀具使用寿命，提高工件光洁度，金属切削液应有良好的润湿、冷却、防锈及耐硬水等综合性能，且稳定、无毒无公害等。乳化型水溶性切削液的成分有矿物油、乳化剂如脂肪酸皂、石油磺酸盐或非离子表面活性剂中的烷基酚聚氧乙烯醚、三乙醇胺等，稳定剂、极压添加剂及防锈剂(二乙醇胺、油酸三乙醇胺等)，应用时用水稀释20-50倍。电镀工艺中，通常要在镀前对镀件表面的油污和锈蚀进行除油除锈处理，在电镀过程中，还要往电镀液中加入电镀添加剂，包括络合剂、整平剂、除杂剂、光亮剂和表面活性剂等。在电镀工业中常用的表面活性剂有：琥珀酸二辛酯磺酸钠系列、脂肪醇硫酸酯盐系列、支链脂肪醇硫酸酯盐系列、烷基芳基磺酸盐系列、烷基萘磺酸盐系列、烷基芳基酚醚硫酸酯盐系列、脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)、壬基酚聚氧乙烯醚(OP)等。6.2.4电镀添加剂(1)在电镀预处理中的应用电镀前，均需对镀件进行除油、酸洗和抛光预理，常用除油有机溶剂为煤油、汽油、苯类和氯代烃等，在这些有机溶剂中添加少量油溶性表面活性剂，如OP、AEO、Span-80等，均会收到较好的去油污效果。(2)在电镀工艺中的应用表面活性剂在电镀液中可用作润湿剂，能够较好地降低电极与镀液界面间的界面张力，使镀液易于在电极表面铺展，从而达到均匀电镀的目的。如烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚等。6.3在粉体加工中的应用粉体是大量固体细小粒子的集合体，粒子的大小与粒度分布是粉体的重要性质，通常以比表面积来衡量。粉体在许多行业如涂料、塑胶、陶瓷、造纸、水处理、日用化工、化妆品等行业有非常广泛的应用，而超细粉体则有更广泛的领域，如化工、轻工、能源、冶金、建材、生物、制药、电子、航空航天、光学、通讯等领域。超细粉体的的粒径：从微米级(5微米以下)、亚微米级(100微米以上)的范围。超细粉体的传统加工方面主要是对粗粒物料用机械力使其破碎，但无论是干法还是湿法，都存在一个已细化物料的再团聚问题。在粉体制备过程中，加入表面活性剂作为助磨剂，助磨作用主要在于表面活性剂分子吸附于颗粒表面上，对颗粒起到软化和解聚作用，从而阻止颗粒的团聚，还可以提高粉体的流动性，使球磨后的粉料粒度分布均匀，粒度分布范围变窄。目前应用较多的是阴离子和非离子表面活性剂，如十二烷基磺酸钠(SDS)、聚乙二醇(PEG)等。如ZrO2微粉制备、硫酸钡超细微粉的制备、二氧化钛粉的制备、透明氧化铁颜料的制备。6.4在能源工业中的应用6.4.1在三次采油中的应用一次采油：在石油开采中，地层深处的石油首先通过自喷或泵抽的方法被开采出来；二次采油：在一次采油后的油井中注入水，可以进一步从地层中驱出大量原油；三次采油：经过一、二次采油后，原油平均采收率为30-35%。大量的原油未能得到开采，主要的原因之一是由于粘滞力和毛细管力的存在使得残余原油以不连续的油块和油珠被存留在岩石孔隙中，将地层中的原油再进一步开采出来叫做三次采油，三次采油包括许多方法：聚合物驱油、单一的或复合的化学药剂驱油、热法采油、微生物法采油等。三元复合驱油(碱/表面活性剂/聚合物)是上世纪80年代发展起来的三次化学采油新技术，理想的复合驱油用表面活性剂一般应具有以下特点：制成的复合油体系与原油形成超低界面张力(10-2数量级)，有尽可能高的稳定性，耐碱；在地层条件下吸附滞留量要小(1mg/g油砂)；复合体系的驱油效率要在水驱的基础上提高15%以上；采出的原油乳化液要易破乳；无毒可低毒，保存期长。三次驱油常用表面活性剂：石油磺酸盐、改性木质素磺酸盐(木质素磺酸盐和石油磺酸盐复配具有很好的增效作用)、烷基苯磺酸盐、天然羧酸盐(由天然油脂下脚料制得)、合成脂肪酸盐(石蜡为原料)、烷醇酰胺表面活性剂。还有以下几种：泥浆添加剂：阴离子及非离子型用于泥浆的乳化、消泡、润滑，有平平加、Span-80、乳化剂-OP、烷基苯磺酸钙等，润滑剂有磺酸妥尔油、十二烷基磺酸三乙醇胺；消泡剂有甘油聚醚、硬脂酸铝、硬脂酸铅，发泡剂有LAS；烷基磺酸钠；降粘剂有木质素磺酸盐等。减阻剂：降低泵压，改善流动性，常用烷基芳基硫酸盐、木质素磺酸盐、萘磺酸甲醛缩合物等；粘土稳定剂：季铵盐阳离子活性剂的防膨效果较好；缓蚀剂：咪唑啉油酸盐、松香胺的环氧乙烷缩合物、中性磺酸盐、季铵盐等；原油输送减阻剂，流动改进剂，降粘剂，降凝剂，等等等6.4.2原油破乳剂原油经过开采后，由于乳化剂的存在及运输过程中原油与所含水的剧烈混合，易形成比较稳定的乳状液，但原油必须经过脱水和脱盐后才能进行后续的提炼加工。原油的脱水实际上是一个原油的破乳过程，原油破乳剂是原油脱水必不可少的药剂。最早使用的破乳剂是烧碱、羧酸盐等普通皂类以及氧化煤油和柴油等，但破乳效率一般。非离子表面活性剂用于原油破乳和脱水，效率高，得到广泛应用。非离子表面活性剂是以醇类、酚类和胺类(如十八醇、乙二醇、丙三醇、壬基酚、辛基酚、异丁基酚、多乙烯多胺)，在一定条件下与大量的环氧乙烷和环氧丙烷发生加聚反应而制得的。6.4.3石油处理剂是将溢出及排出的油品严密地进行化学处理以防污染环境的药剂，其中包括集油剂、沉降剂、凝固剂、乳化分散剂等。石油处理剂常为溶剂和活性剂的混合物，活性剂应具有良好乳化性，对水生物毒性低，对溶剂相容性好，生物降解性好等特点。常用表面活性剂有：烷基苯磺酸盐、烷基酚聚氧乙烯醚、烷基聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、失水山梨醇聚氧乙烯脂肪酸酯等。6.4.4燃料油品添加剂包括性能改进添加剂和防护性添加剂两类。性能改进添加剂用于抗爆、提高十六烷值、清净分散、防冰、防积炭、改善流动性和改进燃烧等，如用作清净分散剂的咪唑啉、琥珀酰亚胺、脂肪胺类表面活性剂；防冰剂有2-十七烷基-1-羟乙基咪唑啉、十七烷基二乙醇酰胺等。防护性添加剂用于改善油品的贮存和运输性能，如抗氧化、防胶粘、防腐、金属钝化、抗静电等，抗静电剂如油酸钙、羧酸和聚羧酸铵盐等，助燃剂有溶于油品的脂肪酸皂化物(钙、镁等)等。还有煤-水分散体系(水煤浆)的分散剂：如萘磺酸盐甲基缩合物、木质素磺酸盐等；防止煤运输粉尘、建筑施工等的除尘剂：烷基苯磺酸系、烷基硫酸盐系、木质素磺酸盐等阴离子活性剂。6.5在农业上的应用6.5.1农药、除草乳化剂和增溶剂农药乳剂一般是由农药、乳化剂和溶剂组成，乳化和增溶剂是农药的重要组成，常用农药乳化剂有蓖麻油聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、烷基聚氧乙烯醚等非离子表面活性剂，阴离子表面活性剂一般使用烷基苯磺酸钙，制备的是O/W型，用量为5%-10%；展着剂：在植物或害虫的表面上，往往覆盖一层蜡质或纤维物质，使农药难以渗透进去，须有良好的表面活性剂使农药渗透、扩展和固着在植物或害虫上，常用非离子表面活性剂有：辛基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚和脂肪醇醚等表面活性剂，它们与阿拉伯胶、羧甲基纤维素等固着剂配合，再加入分散性强的萘磺酸盐甲醛缩合物、木质素磺酸盐等配制而成。6.5.2肥料表面活性剂在化肥工业中的应用，主是是作为防止肥料结块的防结块剂和促进作物生长。表面活性剂防结块剂对肥料的选择性较强。如常用阴离子表面活性剂烷基苯磺酸盐、烷基硫酸盐、烷基萘磺酸盐等对硫胺、硝胺有防结块作用，这些阴离子表面活性剂与膨润土、高岭土等作用，可有效防止尿素及复合肥料的结块；阳离子表面活性剂中的烷基胺盐可防止硝胺结块；非离子表面活性剂只有HLB特别低的失水山梨醇脂肪酸酯、脂肪酸甘油酯等才有防结块效果。低浓度表面活性剂有促进作物生长作用，但随着浓度的提高，渐呈现出毒性。6.6在纺织与印染工业中的应用6.6.1棉毛织物的洗净剂、润湿剂等棉纤维原料表面附有蜡、果胶、色素，并混有许多杂质，染色前应洗净，用碱液煮炼时加入少量表面活性剂如拉开粉、润湿剂613、MES(脂肪酸甲酯磺酸盐)、JFC(脂肪醇醚)等，以提高煮炼液对纤维的润湿、渗透、促使煮炼易于进行。棉纱在织造前还需上浆以增强纱线的抱合力和平滑性，减少磨擦。为使浆料及平滑剂迅速渗入纤维内部，要加入非离子表