2　表面活性与吸附定理

2.1　表面活性

通常情况下，把能使溶液表面张力下降的物质称为表面活性物质。在诸多的表面活性物质中，在浓度很低的情况下，能显著降低液体表面张力或两相间界面张力的物质称为表面活性剂（surface active agents）。

2.1.1　结构特征

表面活性剂的分子结构由两部分组成：分子结构中含有一个对溶剂吸引力强的亲液基团和一个对溶剂几乎不具吸引力的疏液基团。一般所用的溶剂为水，将易溶于水，具有亲水性质的极性基团称为亲水基；将不溶于水而易溶于油，具有亲油性质的非极性基团称为疏水基或亲油基。同时具有亲水和疏水基团的分子称为两亲分子（或称为双亲分子），因此，表面活性剂分子都是两亲化合物。疏水基通常是由长链烃基构成的非极性基团，可以是直链，或带支链的脂肪烃基（烷基、烯基）、芳香烃基或脂肪烃一芳香烃基，有时是卤代或氯化烃基。而亲水基的种类繁多，差别较大。常见的亲水基有：—COO Na、—SO3Na、—OSO3Na、—OPO（O Na）2、—OH、—NH2、—CN、—SH、—NHCONH2、—CH2OCH2—等极性基团。例如，人们日常生活中用的表面活性剂肥皂即是高级脂肪酸的钠盐，其分子式为C17H35COONa，分子中—C17H35为疏水基的长链烃基（用一长线表示），—COONa为亲水基（用圆圈表示），表面活性剂通常可以表示为“——O”。

2.1.2　分类

表面活性剂的分类方法很多，可按用途和化学结构进行分类，而最常用、最简便的分类方法是按其在水溶液中的离子特性来分类。当表面活性剂溶于水时，能够电离成离子的，称为离子型表面活性剂；而不能电离成离子，只能以分子状态存在的，称为非离子表面活性剂。离子型表面活性剂还可按所生成具有表面活性作用的离子种类，分为阴离子表面活性剂、阳离子型表面活性剂和两性离子型表面活性剂三种。

2.1.2.1　阴离子表面活性剂

阴离子表面活性剂（anionic surfactants，anionic surface active agents）是表面活性剂中应用最早、最久、种类最多、用途最广的表面活性剂，至今仍然是产量最高的一类表面活性剂。

阴离子表面活性剂的结构特点，就是当它溶解于水中时，与憎水基相连的起表面活性作用的亲水基团是阴离子。例如，肥皂是高级脂肪酸的钠盐，结构简式为CH3—（CH2）16—COONa，当其溶于水中时发生电离：

亲水端的—COO-带负电荷。

属于这一类的表面活性剂有以下几种：羧酸盐（RCOO-Na+），如肥皂等；硫酸酯盐（），如酰胺类和酯类的硫酸盐、烷基硫酸盐（脂肪醇硫酸酯）等；磺酸盐（），如烷基磺酸盐、烷基芳基磺酸盐、琥珀酸酯磺基衍生物等；膦酸酯盐（）。

国内常见的商品有肥皂、太古油（土耳其红油）、拉开粉、渗透剂M、渗透剂OT、扩散剂NNO、胰加漂T、209洗涤剂、雷米邦A、净洗剂LS、601洗涤剂、合成洗涤剂、烷基苯磺酸钠、脂肪醇硫酸钠等。其中十二烷基苯磺酸钠是合成洗涤剂最主要的品种之一。

阴离子表面活性剂的作用，多为乳化作用、润湿及渗透作用、去污及净洗作用。因此，阴离子型表面活性剂在麻的脱胶、绢纺原料的精练、羊毛的洗涤、炭化工程以及经纱上浆工程中都有广泛的应用，不过在使用中应注意以下几点：

①阴离子表面活性剂对碱性染料有中和、沉淀作用，因为碱性染料具有阳离子，所以不能和碱性染料共用；

②对阳离子型表面活性剂有中和、沉淀作用，因此也不能和阳离子型表面活性剂共用；

③对纤维素纤维的亲和力较小，但对蛋白质纤维在酸性介质中有较强的亲和力。

2.1.2.2　阳离子型表面活性剂

阳离子型表面活性剂（cationic surfactants，cationic surface active agents）的应用历史、应用范围及其种类都不及阴离子型表面活性剂，但它所具有的特殊功能也是其他表面活性剂所不能及的，因而阳离子型表面活性剂近年来发展较快。

阳离子型表面活性剂的结构特点，就是当其溶解于水中时，发生电离，与憎水基相连的起表面活性作用的亲水基团是阳离子。阳离子型表面活性剂主要有高级烷基胺盐型和季铵盐型，其中季铵盐型应用较广。

例如，烷基三甲基溴化铵，在水溶液中电离：

其亲水端—N+（CH3）3带正电荷。

阳离子型表面活性剂具有乳化、纤维柔软、抗静电和杀菌等作用，可用于织物的特种整理和印刷的润湿液，也可作为织物防霉防蛀整理剂，防缩、防皱、抗菌卫生整理剂和抗静电剂等。例如，对锦纶、涤纶、腈纶等合成纤维有良好消除静电作用的抗静电剂SN（十八烷基二甲基羟乙基铵硝酸盐），即属于季铵盐型阳离子型表面活性剂。在市场上常见的商品有1631表面活性剂、1227表面活性剂、索罗明A、萨帕明A、抗静电剂SN、抗静电剂TM等。

在使用中应注意以下几点：

①对直接染料、酸性染料有沉淀作用，因为这两种染料均具有阴离子，所以不能与这两类染料共用，但可作为固色剂，提高这两类染料的湿处理牢度；

②不能与阴离子表面活性剂共用，否则有沉淀作用，降低两者的表面活性；

③对纤维素纤维有较强的亲和力，在中性和碱性介质中对蛋白质纤维亦有较强的亲和力。

2.1.2.3　两性离子型表面活性剂

两性型表面活性剂（zwitterionic surfactants，amphoteric surface active agents）是指在一个分子结构中同时具有两种离子性质的表面活性剂。这两种离子的组合可能有三种情况：

①阴离了和阳离子组合，如。

②阴离子和非离子组合，如 R—P（CH2—CH2—O）nS。

③阳离子和非离子组合，如。

酒精（CH3—CH2—OH）是一种特殊分子结构的两性型表面活性剂，烃基表现为非极性，而羟基则表现为极性。在分类中把它分为非离子表面活性剂，在胶印印刷中作为润湿液的主剂，具有很好的对印版表面润湿的作用。

实际上，通常所说的两性离子型表面活性剂是指亲水基团是由阴离子和阳离子结合在一起的表面活性剂。通常两性离子型表面活性剂中，阳离子部分是胺盐和季铵盐，阴离子部分是羧酸盐、磺酸盐和硫酸盐，其中以羧酸盐阴离子和季铵盐阳离子构成的应用较广。例如，二甲基十二烷基甜菜碱可用作洗涤剂、缩绒剂、染色助剂、纤维柔软剂和抗静电剂等。

两性离子型表面活性剂与一般的阴离子型、阳离子型和非离子型表面活性剂不同之处就在于，两性离子型表面活性剂中两种离子的强度往往不同，在不同的介质条件下可以表现为阴离了型特性，也可以表现为阳离子型特性。当溶液处于酸性介质条件下，两性离子型表面活性剂中阴离子的数量多，表现为阴离子型表面活性剂。由于两性离子型表面活剂的分子中有两种电性相反的离子性基团，而在不同的介质条件下既可表现为阳离子性，也可表现为阴离子性，因此，两性离子型表面活性剂与蛋白质一样，也具有等电点（isoelectric point）。当溶液处于等电点的介质条件下，两性离子型表面活性剂表现为非离子型表面活性剂。不同结构类型的两性离子型表面活性剂的等电点如表2-1所示。利用两性离子型表面活性剂具有等电点的特性，可对羊毛实施等电洗涤，亦可对绢纺原料进行等电精练，也可对印刷使用的润湿液浓度进行调节，以利于充分发挥其润湿作用。

两性离子型表面活性剂有以下特性：

①能和任何类型的表面活性剂混合使用，在酸性、碱性溶液中均可分散溶解并呈现良好的表面活性；

②两性离子型表面活性剂除具有一般表面活性剂的润湿、乳化、洗涤等作用外，还有良好的杀菌作用，且毒性极小，对皮肤的刺激性轻微，故可用于食具杀菌、洗涤；

③耐硬水，即使在多价金属离子存在的情况下仍具有良好的洗涤性能。

2.1.2.4　非离子型表面活性剂

非离子型表面活性剂（nonionic surfactants，nonionic surface active agents）是使用范围仅次于阴离子型表面活性剂的一大类表面活性剂。非离子型表面活性剂的分子结构与离子型表面活性剂一样，也是由亲水基和疏水基两部分组成。但其亲水基是在水中不电离的羟基和醚键组成。属于这一类的表面活性剂主要有聚氧乙烯型和脂肪酸多元醇型两类。

在市场上常见的有：平平加O、乳化剂OP、乳化剂EL、Tx-10、柔软剂SC、柔软剂1014、渗透剂JFC、尼凡丁AN、净洗剂JU、净洗剂105、净洗剂6501，以及司盘（Span）、吐温（Tween）等。

非离子型表面活性剂的结构特点，就是在水溶液中不起电离作用，因此对各种纤维均无亲和力。所以，用后容易洗涤清洁印版，并且可与阴离子型或阳离子型表面活性剂混用，而不影响其表面活性。

非离子型表面活性剂通常具有乳化作用、渗透作用及洗涤作用。其特点：

①对各种纤维一般无亲和力；

②极易溶解于水，对酸、碱作用较稳定；

③可与各种类型的表面活性剂共用。