特殊表面活性剂与生物表面活性剂
姓名：陈朝阳班级：08应化2 学号：02 学院：化学工程学院
一. 特殊类型的表面活性剂有：
⏹碳氟表面活性剂
⏹含硅表面活性剂
⏹高分子表面活性剂
⏹冠醚型表面活性剂
⏹生物表面活性剂
下面简要介绍一下前四种表面活性剂
碳氟表面活性剂：含氟表面活性剂是指碳氢链中氢原子被氟取代了的表面活性剂。

氢原子可以部分被氟原子取代，也可全部被氟原子取代，后者称为全氟表面活性剂。

这类表面活性剂性能特殊，具有憎水、憎油的双重特性，降低表面张力的能力极为显著，其应用越来越引人注目。

碳氟链中碳氟键（C-F）具有较高的键能（485.67kJ/mol），大于C-H键能（416.31kJ/mol）,C-F键比C-H键稳定，不易断裂。

例如,C8F17OC6H4SO3K的分解温度在335℃以下，使用温度可在300 ℃左右，这是一般表面活性剂所达不到的。

氟碳链间的作用力弱，憎水性强，排斥水的作用更强。

因此，更容易在溶液表面吸附和在水中形成胶团，所以它不仅有很低的表面张力，而且有很低的临界胶束浓度。

碳氟表面活性剂在水中的溶解度在0.1-0.01%（质量分数），即可把水的表面张力由72mN/m降至20mN/m，甚至更低。

合成碳氟化合物的主要方法有三种：
⏹电解氟化法
⏹氟烯烃调聚法
含硅表面活性剂：含硅表面活性剂具有很高的表面活性与稳定性，耐高温，对皮肤无刺激，无毒，十分安全。

有些品种还是很好的抑泡剂。

50年代初，美国Union Carbide (联碳）公司首先合成了含硅聚醚非离子表面活性剂。

德国Bayer A-G Mobey化学公司将它用作聚氨酯泡沫体中的稳泡剂。

此后阴、阳含硅表面活性剂相继问世，它的应用领域也不断扩大。

1）具有优良的降低表面张力的性能。

含硅表面活性剂是除含氟表面活性剂以外，目前发现的表面活性剂中最优良
的品种。

2）具有优良的润湿性能
含硅表面活性剂甚至对于像苯乙烯那种具有低表面张力的固体表面，也能充分地润湿，接触角接近零。

含有2-5个硅原子的聚甲基硅氧烷环氧乙烷加成物，表面张力可达20-21mN/m。

对苯乙烯塑料表面有良好的润湿性。

润湿性好坏与环氧乙烷的加成数有关，过大或过小，都不利于润湿。

3）具有消泡性和稳泡性
含硅表面活性剂尤其是聚硅醚表面活性剂，在不同的温度范围内，同一品种既可以作消泡剂，又可用作稳泡剂，在浊点以上有消泡作用，在浊点以下起稳泡作用。

聚氨基甲酸酯泡沫塑料的发泡剂、稳泡剂就是采用各种型号的聚硅氧烷环氧乙烷加成物。

到目前为止，世界公认其是一种优质稳泡剂。

Si-O 键要比 C-C 键稳定，不易断裂。

因而含硅表面活性剂具有较高的耐热稳定性高分子表面活性剂：
1）表面活性:高分子表面活性剂的表面活性通常较弱，表面张力要经过很长时间才能达到恒定，降低表面、界面张力的能力并不显著。

表面活性剂伴随着相对分子质量的提高急剧下降，常用的高分子表面活性剂如聚乙烯醇的表面张力只有50mN/m；
2)乳化性：高分子表面活性剂的乳化能力较好，多形成稳定的乳液，用量较大时还具有很好的乳化稳定性，并可作为稳泡剂使用。

许多高分子表面活性剂还具有良好的保水作用、增稠作用，成膜性和黏附性也很优秀。

3）分散性和絮凝性：由于高分子表面活性剂在各种表面、界面上有很好的吸附作用，因而分散性、凝聚性和增溶性均较好。

高分子表面活性剂最引人注目的是对分散体系的稳定作用。

除了被称为聚合物表面活性剂或表面活性剂外，当作分散稳定剂时，这些两亲性聚合物还被称为乳化剂、洗涤剂或分散剂；当用于控制胶乳变性时，被称为增稠剂；当用于不相容聚合物的混合时，它们被称为增容剂。

、高分子表面活性剂的主要品种
木质素磺酸钠
⏹聚皂
⏹由对烷基苯酚和甲醛制得的高分子表面活性剂系列
⏹由丙烯腈及丙烯酰胺制得的高分子表面活性剂系列
⏹超高分子量破乳剂
冠醚型表面活性剂：冠醚表面活性剂是以冠醚作为亲水基团，在冠醚环上接有一长链烷基作为憎水基团的一类化合物，是一类新型的表面活性剂。

由于冠醚大环主要由聚氧乙烯构成，所以非离子型表面活性剂的极性很相似。

20世纪60年代，C.J.Pedersen（1987年的诺贝尔化学奖授于了C.J.Pedersen和J.M.Lehn）对冠醚的研究作了开创性的工作。

他通过邻苯二酚合成了一系列的环状聚醚，并根据其结构形状貌视王冠而将其命名为冠醚。

二．生物表面活性剂
生物表面活性剂(BS)是指利用酶或微生物, 通过生物催化和生物合成等技术, 从微生物、植物和动物上得到的集亲水和憎水基结构于一体的具有表面活性剂性质的物质。

生物表面活性剂除了具有和化学表面活性剂相同的性质如降低表面张力、润湿性、分散性等外, 还具有化学结构多样、无毒或低毒、能在极限条件下起作用等优点。

因而生物表面活性剂具有广阔的应用前景, 可应用于石油工业、环境工程、食品工业、化妆品工业及医学领域等方面。

1 生物表面活性剂的分类
生物表面活性剂有多种来源、多种生产方法、多种化学结构和多种用途, 因而可做种种分类以满足不同要求。

按用途可将广义的生物表面活性剂分为生物表面活性剂和生物乳化剂, 前者是一些低分子质量的物质,能显著改变表/界面张力, 后者是一些生物大分子, 不能显著降低表/界面张力, 但对油/水界面表现出很强亲和力, 能吸附在分散的油滴表面, 防止油滴凝聚, 从而使乳状液稳定。

按来源, 生物表面活性剂主要由整胞生物转换法(也称发酵法)和酶促反应法两种途径获得。

现在较多的是按其化学结构的不同而分类, 主要有以下几类:
1)以糖为亲水基团, 脂肪酸或羟基脂肪酸的烷基
部分为亲油基团的糖脂。

如鼠李糖脂、槐糖脂、海藻糖脂、甘露糖脂等。

2)以低缩氨基酸为亲水基团的含氨基酸类脂。

如脂肽、脂蛋白、脂氨基酸等。

3)以磷酸基为亲水基团的磷脂。

如磷脂酰乙
醇胺、磷脂酰丝氨酸、磷脂酰甘油等。

4)以羧酸基为亲水基团的脂肪酸中性脂。

如甘油酯、脂肪酸、脂肪醇、蜡等。

5)结合多糖、蛋白质及脂的聚合物。

如脂杂多糖、脂多糖复合物等。

6)特殊型生物表面活性剂。

如全胞、膜载体等。

2 制备方法
全微生物细胞代谢法: 全微生物细胞代谢法合成生物表面活性剂的过程是一种在细胞内进行代谢活动的多酶联合催化的生物转化过程。

生产方法包括培养发酵、分离提取和粗产品纯化3步。

此法合成生物表面活性剂在技术和经济上可行, 适合大量生产。

酶催化法: 与全微生物细胞代谢法相比, 酶催化法大多是一些结构相对简单, 但同样具有优越的表面活性的分子。

该法还具有生产条件相对粗放, 原料价廉, 反应专一性强、副反应少、产物易分离纯化及固化酶可以重复利用等优点。

目前研究的外源多酶联合催化技术, 在体外将多酶串联或共同作用, 模拟内源多酶联合催化过程并使其处于可控状态, 再将全微生物代谢法的优点嫁接到外源酶催化法上来, 使得酶催化法合成生物表面活性剂具有更大的发展潜力。

天然生物提取法: 从天然生物原料中获取有效的生物表面活性剂, 分离提取相对较易, 含量丰富, 制备简单, 成本低廉, 但受到原料的限制难以大量生产。

古代就用皂角提取液洗涤衣物, 现代用于医疗、食品、化妆品等行业中的磷脂、卵磷脂类生物表面活性剂就是从蛋黄或大豆等天然生物原料中提取出来的。

3 生物表面活性剂的应用
生物表面活性剂的特性决定其具有广泛的应用范围, 其应用已渗透到几乎所有的工业领域。

3.1 在石油工业和环境工程中的应用
生物表面活性剂易溶于水, 在油水界面上具有良好的表面活性, 可增加含油岩石的润湿性, 使岩孔中的残油易于脱附, 对原油具有较强的乳化降黏效果,其驱油效率比化学合成表面活性剂高5-8倍。

生物表面活性剂能促进土壤颗粒上污染物的分散和增溶、有选择性地降解土壤中的烷烃污染物, 还能富集土壤中有毒物质、清除及降解含Pb, Cd 等重金属污染物。

2.2 在医药和农业中的应用
生物表面活性剂在医药行业中的应用潜力最大,具有抗菌、抗病毒、抗肿瘤等性能, 改善脂肪代谢和免疫功能, 使其成为新药开发的重要对象。

3.3 在化妆品和食品中的应用
生物表面活性剂在化妆品工业中也具有极大的吸引力。

生物表面活性剂通过释放化妆品中的活性组分来改善人体表皮, 更重要的是安全无毒。

磷脂作为生物细胞的重要组成部分, 在细胞代谢和细胞膜渗透性调节方面起着重要作用, 用于化妆品中不仅提高化妆品的分散性, 而且起到活化皮肤呼吸, 保持皮肤湿润, 调整皮肤氢离子浓度等作用。

4 结束语
生物表面活性剂具有生物可降解性、更强的表/界面活性和热稳定性, 其生产过程是一个环境净化、废物利用、变废为宝的过程, 成为绿色表面活性剂发展的重要方向。

但其产量低, 成本高, 在价格上无法与化学合成表面活性剂相抗衡, 推广应用受到限制。

为了解决这个问题, 需要加强以下4个方面的研究: 寻求廉价原料, 改进生产工艺, 降低生产成本并加强微生物的重复利用; 加强菌种的遗传学研究, 通过基因工程诱变育种和构建基因工程高产菌, 获得更有针对性的高效生物表面活性剂, 发展快速检测高产菌株并评价其潜力的方法; 进行全面的毒理学研究, 以保证生物表面活性剂应用的安全性; 利用生物表面活性剂的特殊性, 开发出它的二次产品, 提高其附加值。