非离子表面活性剂
非离子表面活性剂在产量上是仅次于阴离子表面活性剂的重要品种,在各种工业和民用领域被大量使用。
这类表面活性剂在结构上的特点是含有能与水生成氢键的醚基、自由羟基等亲水基。
非离子型表面活性剂因其结构上的特点,而具有不同于离子型表面活性剂的物理化学性质。
随着石油化工的发展,合成这类表面活性剂所用的原料——环氧乙烷等的成本不断降低,因此消费量正在逐渐增长。
一、非离子型表面活性剂的定义。
所谓的非离子型表面活性剂是一类在水溶液中不电离出任何形式的离子,亲水基主要由有一定数量的含氧非离子表面活性剂(性能)
集团(一般为醚基或羟基)构成亲水性,靠与水形成氢键实溶解的表面活性剂。
正式由于非离子型表面活性剂在水中不电离,不以离子形式存在,因此决定了它在某些方面比离子型表面活性剂优越,具有以下特点:
①稳定性高,不易受强电解质无机盐类存在的影响;
②不易受Mg2+、Ca2+的影响,在硬水中使用性能好;
③不易受酸碱的影响;
④与其他类型表面活性剂的相容性好;
⑤此类表面活性剂的产品大部分呈液态和浆态,使用方便;
⑥随着温度的升高,很多种类的非离子表面活性剂变得不溶于水,存在“浊点”,这也是这类表面活性剂的一个重要特点。
二、非离子表面活性剂的分类。
非离子表面活性剂的疏水基多是由含有活泼氢原子的输水基团,按其亲水基结构的不同,非离子型表面活性剂主要分为聚乙二醇型和多元醇型两大类,其他还有聚醚型、配位键型非离子表面活性剂。
①聚氧乙二醇型
聚乙二醇型非离子表面活性剂包括高级醇环氧乙烷加成物,烷基酚环氧乙烷加成物,脂肪环氧乙烷加成物,高级脂肪酰胺环氧乙烷加成物。
②多元醇型
多元醇型非离子表面活性剂主要有甘油的脂肪,季戊四醇的脂肪酸脂,山梨醇及失水山梨醇的脂肪酸脂。
三、非离子表面活性剂的性质
非离子表面活性剂在水中不电离,其表面活性是由中性分子体现出来的。
该类表面活性剂具有较高的表面活性,其水溶液的表面张力低,临界胶束浓度亦低于离子型表面活性剂;胶束聚集数大,导致其增溶作用强,并具有良好的乳化能力和润湿能力。
1、HLB值
HLB值是亲水亲油平衡值,表示表面活性剂亲水性与亲油性的强弱,但主要是描写亲水性,HLB值越高,亲水性越强。
表面活性剂的HLB值一般在0~20之间。
HLB值的引入在表面活性剂分子结构和应用之间搭起了桥梁,不同的HLB 值的表面活性剂有不同的应用性能。
2、浊点及亲水性
环氧乙烷加成数量愈多,表面活性剂的亲水性就愈好。
因此为了达到一定
的HLB值及应用性能,可以改变环氧乙烷的加成数。
当温度升高到一定程度时,表面活性剂就会从溶液中析出,使原来透明的溶液变浑浊,就称这个温度为非离子型表面活性剂的浊点。
非离子表面活性剂只有当温度低于浊点时,在水中才有较大的溶解度,如果温度高于浊点,非离子表面活性剂就不能很好的溶解并发挥作用。
因此浊点是非离子表面活性剂的一个重要指标,可以用它来表示非离子表面活性剂亲水性的高低。
非离子表面活性剂的浊点愈高,表面活性剂越易自水中析出,亲水性越好。
实际上非离子表面活性剂的质量和使用等都要靠其浊点的测定来指导。
疏水基的种类、疏水基碳链的长度、亲水基的影响、添加剂的影响、水数等都是影响非离子表面活性剂的浊点的重要因素。
3、临界胶束浓度
非离子表面活性剂的临界胶束浓度较低,一般比阴离子型表面活性剂低1~2个数量级。
非离子表面活性剂临街浓度较低主要有以下两个原因:
①非离子表面活性剂本身不发生电离,不带电荷,没有静电斥力,易形成胶束;
②分子中的亲水部分体积较大,只靠极性原子形成氢键溶于水,与离子型表面活性剂相比,与溶剂作用力较弱,易形成胶束。
影响非离子表面活性剂临界胶束浓度的因素符合表面活性剂的一般规律:
①随着疏水基碳链长度的增加,表面活性剂的亲水性下降,cmc降低;
②随着聚氧乙烯聚合度的增加,表面活性剂的亲水性增强,cmc提高。
4、表面张力
表面活性剂最重要的性能就是有效地降低表面或表面张力,对于非离子表面活性剂,影响表面张力性质主要有疏水基官能团的影响,亲水基的影响,温度的影响。
5、润湿性
润湿性的测定方法一般采用纱带沉降法。
非离子表面活性剂的润湿性有如下规律:
①随碳数的增加,亲油基碳链长度的增长,使纱带下沉所需表面活性剂的含量增高,及润湿性降低:
②在疏水基相同时,环氧乙烷EO加成数越多,亲水性越强,润湿力越差,使纱带下沉所需的表面活性剂含量越高。
6、起泡性和洗涤性
聚醚型非离子表面活性剂的起泡性通常比离子型低,而且因为不能电离出离子,对硬水不敏感。
在低温是,非离子表面活性剂的临界胶束浓度低于离子型表面活性剂的临界胶束浓度,因此其低温洗涤性较好。
7、生物降解性和毒性
非离子表面活性剂不带电荷,不会与蛋白质结合,对皮肤的刺激性较小,毒性也低。
生物降解性一般以直链烷为好,烷基酚类则较差;此外EO加成数越多,生物降解性越差。