表麵活性劑的典型功能表麵活性劑易於(yu) 吸附和自聚集的基本性質衍生出多種多樣的功能。表麵活性劑的疏水尾鏈能夠插入油汙以降低油/水界麵張力, 在機械攪動等輔助下, 進一步將其增溶, 形成溶脹的膠束或乳液。這正...
表麵活性劑的典型功能
表麵活性劑易於(yu) 吸附和自聚集的基本性質衍生出多種多樣的功能。表麵活性劑的疏水尾鏈能夠插入油汙以降低油/水界麵張力, 在機械攪動等輔助下, 進一步將其增溶, 形成溶脹的膠束或乳液。這正是其去汙的機理。洗滌, 在表麵活性劑許多應用場景中扮演著重要角色。日常生活中, 表麵活性劑廣泛存在於(yu) 各類洗滌用品如洗衣粉、洗潔精、洗發膏中, 是這類產(chan) 品的核心成分。工農(nong) 業(ye) 生產(chan) 中, 從(cong) 車輛清洗到三次采油助劑, 無不利用了表麵活性劑的這一特性。在前沿基礎研究中, 用相同的原理, 可將結構複雜的難溶物溶解於(yu) 水中, 形成均一、穩定的溶液。典型的如稀土配合物、富勒烯等。當不溶於(yu) 水的客體(ti) 尺寸較大時, 表麵活性劑不能輔助其徹底溶解, 而隻能包覆在其表麵, 起到分散、穩定的作用, 典型的如一維的、表麵疏水的碳納米管(圖當我們(men) 從(cong) 能量的角度來審視上述的過程, 可以發現, 這實際上是表麵活性劑降低固/液界麵界麵能的過程。同樣地, 表麵活性劑的兩(liang) 親(qin) 性保證了其在液液界麵上的吸附, 產(chan) 生降低液/液界麵能的效果, 典型的應用就是乳化。水(綠色)和(紅色)互不相溶, 當向混合液中加入表麵活性劑烷基糖苷時, 與(yu) 水的界麵能降低, 這意味著即使水和的液/液界麵的麵積增大體(ti) 係也可以穩定存在, 因此, 可以以小尺寸液滴的形式存在水相之內(nei) , 形成穩定的乳狀液。同理, 當不溶性氣體(ti) 被液體(ti) 分散(包裹)時, 可以形成泡沫體(ti) 係, 表麵活性劑對氣/液界麵界麵能(表麵張力)的降低對於(yu) 增強泡沫穩定性具有積極作用。得益於(yu) 表麵活性劑科學的發展, 目前發泡領域已經由水相擴展到油相, 發泡性能和泡沫穩定性也達到了較高的水平。一項近期的工作展示了十八烷基蔗糖酯在特級初榨橄欖油發泡體(ti) 係中的良好發泡性和高溫穩定性, 相關(guan) 工作在食品科學領域具有重要應用價(jia) 值。
在表麵活性劑溶液內(nei) 部, 表麵活性劑形成膠束後可以作為(wei) 一類優(you) 良的軟模板, 不僅(jin) 形成的結構均一穩定, 而且容易脫除, 在無機半導體(ti) 量子點、矽納米顆粒、分子篩等材料的合成中扮演著重要角色。有趣的是, 表麵活性劑軟模板還可以與(yu) 矽納米顆粒等硬模板協同使用, 例如, 在製備中空、介孔貴金屬材料時, 表麵活性劑可與(yu) 貴金屬鹽共同負載在硬模板表麵, 為(wei) 後續形成的貴金屬顆粒提供介孔模板這種方法形成的介孔金屬納米顆粒具有高的比表麵積, 是一種優(you) 良的電催化劑。表麵活性劑形成的膠束內(nei) 部往往呈非(微)極性狀態, 當少量非極性組分加入表麵活性劑溶液時, 其可以被膠束包裹, 形成熱力學穩定的微乳液體(ti) 係。除了極高的穩定性, 微乳液還具有光學透明的特性, 因此,微乳液在負載油溶性藥物、開發膠體(ti) 光學等領域具有不可替代的作用。在表麵活性劑濃度較高時, 還可形成不同類型的液晶, 稱之為(wei) 溶致液晶。作為(wei) 具有長程有序結構的軟材料, 液晶兼具液體(ti) 的流動性和晶體(ti) 的有序性, 以液晶為(wei) 模板合成的材料往往在結構上具有良好的可控性和可塑性, 因而在光學、生命科學、材料學和化妝品科學等領域均獲得了廣泛關(guan) 注
表麵活性劑在生命體(ti) 係中的應用也正在被廣泛發掘。陰離子表麵活性劑十二烷基鈉(SDS)是分離蛋白用凝膠劑的輔助成分；使用表麵活性劑作為(wei) 藥物載體(ti) 、高聚的酚類表麵活性劑作為(wei) 生物粘合劑、環境響應型表麵活性劑製備智能軟材料、表麵活性蛋白輔助基因工程等研究正在將古老的表麵活性劑與(yu) “生物的世紀”完美融合。近年來, 表麵活性劑在柔性電子器件、燃料電池、高效質子交換膜、節能降汙等領域亦大放異彩[27]。此外, 有些表麵活性劑還具有殺菌、抗靜電等多種功能。表麵活性劑性能的多樣化, 使其應用十分廣泛。除日化、洗滌、化妝品、石油助劑等領域, 表麵活性劑在農(nong) 藥乳劑、礦物浮選、紡織等行業(ye) 的使用也十分普遍, 因而有“工業(ye) 味精”的美譽。
需要指出的是, 有時人們(men) 對於(yu) 表麵活性劑性能的需求是截然相反的。就乳液而言, 有的體(ti) 係需要添加表麵活性劑增強其穩定性, 此時, 表麵活性劑被稱為(wei) 乳化劑；有的體(ti) 係又依賴表麵活性劑進行破乳, 此時, 表麵活性劑又被稱為(wei) 破乳劑；在泡沫體(ti) 係中, 表麵活性劑既可以被用於(yu) 增強發泡性能 (發泡劑)又可以被應用於(yu) 消泡過程(消泡劑)；有的表麵活性劑具有良好的生物相容性, 被應用於(yu) 食品、化妝品等領域, 有的表麵活性劑則具有強烈的殺菌效果, 可以實現應用於(yu) 消殺體(ti) 係。總之, 人們(men) 日常生活和工農(nong) 業(ye) 生產(chan) 的需求是多元的, 在具體(ti) 選擇時, 應具體(ti) 情況具體(ti) 分析。
同時, 表麵活性劑除了在單組分情況下可以發揮重要作用, 不同表麵活性劑分子間可以產(chan) 生協同作用, 產(chan) 生1+1>2的效果。典型的如陰/陽離子表麵活性劑複配體(ti) 係[28]、碳氫/碳氟表麵活性劑複配體(ti) 係、陰/非離子表麵活性劑複配體(ti) 係[30]等。此外, 表麵活性劑也可以與(yu) 生物大分子、天然產(chan) 物、人工合成聚合物、粘土等一起, 發揮更重要的作用。比如, 肺泡表麵活性物質, 就是在脂蛋白協同作用下, 降低肺泡的張力, 發揮生理功能的。
