表面活性劑的前世今生

王萬緒 臺秀梅

誕生于兩河流域的神奇“魔法”

表面活性劑是指加入少量即能夠顯著改變?nèi)芤后w系界面狀態(tài)的物質(zhì)。人類認識表面活性劑是從洗滌劑開始的。早在公元前2500年，幼發(fā)拉底河流域的蘇美爾人就已經(jīng)知道用羊油和草木灰制造肥皂;而在羅馬時代的龐貝遺址挖掘中還發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)在仍可使用的肥皂。19世紀中葉以前，肥皂一直是人們使用的唯一的表面活性劑。隨著第二次工業(yè)革命的推進，土耳其紅油（磺化蓖麻油）出現(xiàn)了，這是第一種由植物油制得的洗滌劑，具有良好的水溶性，解決了肥皂不耐硬水、不耐酸的問題。隨著石油工業(yè)的發(fā)展，石油硫酸（綠油）成為了第一種由礦物油制得的洗滌劑。第一次世界大戰(zhàn)期間，德國從煤焦油衍生物中開發(fā)出了短鏈烷基萘磺酸鹽類表面活性劑——拉開粉（Nekal）。20世紀30年代，長鏈烷基苯磺酸鹽開始登陸市場，并作為洗滌劑的主要原料稱霸洗滌劑行業(yè)，直到現(xiàn)在。德國在第二次世界大戰(zhàn)后，開始了乙二醇衍生物的研究，開發(fā)出許多性能優(yōu)良的非離子型表面活性劑，大大促進了液體洗滌劑的發(fā)展。20世紀50年代以后，隨著化工技術(shù)的進步，中國表面活性劑品種數(shù)量不斷增加，目前已超過4000種。

擁有輝煌文明的中華民族，最早在周代就已經(jīng)利用草木灰清洗衣物，《禮記》中就有記載“冠帶垢，和灰請漱;衣裳垢，和灰請澣”。魏晉時期，人們發(fā)現(xiàn)皂角和澡豆有去除污漬的作用。皂角樹的果實——皂角，泡在水中可以產(chǎn)生泡沫，具有一定的去污效果，且純天然不傷手。澡豆是將豬胰腺清洗干凈，再將胰腺多余的脂肪研磨成糊狀，將豆粉、香料加入其中，混合均勻，經(jīng)過自然風干而成。這兩種洗滌劑在中國走過了一千多年，見證了中國歷史的興衰。直至民國初期，西方制皂術(shù)傳入，中國才開始改用肥皂，并將其稱為“洋胰子”。20世紀50年代開始，中國開始大力發(fā)展表面活性劑和合成洗滌劑工業(yè)。經(jīng)過科研人員的不懈努力，中國表面活性劑的發(fā)展后來居上，位于世界前列。

表面活性劑中的起泡劑可以在水面形成豐富的泡沫

19世紀中葉，肥皂開始被大量使用

古人用燃燒后的草木灰和羊油混合制造肥皂

具有去污作用的皂角

各司其職的“家族成員”

表面活性劑分子一般由兩部分構(gòu)成，一部分是親水頭基，另一部分是疏水尾鏈。根據(jù)親水頭基的類型，可以將表面活性劑分為離子型表面活性劑和非離子型表面活性劑。離子型表面活性劑的頭基在水中可以解離，根據(jù)其親水基離子的類型，可分為陽離子型、陰離子型和兩性離子型表面活性劑。非離子型表面活性劑在水溶液中不發(fā)生解離，沒有離子生成。

陰離子表面活性劑具有良好的乳化、分散、增溶、起泡、去污能力，是應用最廣的表面活性劑，主要作為洗滌劑使用，目前最常用的是直鏈烷基苯磺酸鈉。陽離子表面活性劑自身帶有正電荷，具有很強的吸附能力，日常接觸到的洗手液、洗衣液、創(chuàng)可貼等產(chǎn)品中都會加入季銨鹽類陽離子表面活性劑，以起到殺菌的作用。兩性離子表面活性劑具有良好的生物降解性、耐硬水和耐電解質(zhì)能力，低毒低刺激，與其他表面活性劑具有很好的復配性能，可以作為高檔洗滌劑、柔軟劑、抗靜電劑、乳化劑和殺菌劑等。非離子型表面活性劑具有很強的潤濕、乳化及去污能力，與其他表面活性劑具有很好的復配性能。來源于天然植物的非離子型表面活性劑，如烷基糖苷（APG），可用于嬰幼兒護膚品和敏感肌膚類護膚產(chǎn)品中。

未來可期的“工業(yè)味精”

表面活性劑具有“工業(yè)味精”的美譽，特殊的分子結(jié)構(gòu)，使其在各行各業(yè)應用廣泛。隨著表面活性劑研究的進一步深入，人們對其性質(zhì)和功能的認識逐步加深。目前，表面活性劑不僅僅局限于洗滌劑領(lǐng)域，還被廣泛用作分散劑、柔軟劑、催化劑、防水劑、防污劑、潤滑劑、防塵劑、防腐劑、鋪展劑、增稠劑、抗靜電劑、防沉積劑、表面改性劑等功能性試劑，在化妝品、食品、農(nóng)藥、油漆、石油化工、采礦、醫(yī)藥、建筑等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。

表面活性劑分子結(jié)構(gòu)示意圖（供圖/臺秀梅）

洗滌劑去污過程示意圖（供圖/臺秀梅）

來源于天然植物的非離子型表面活性劑——烷基糖苷（供圖/臺秀梅）

擁有悠久歷史的表面活性劑并沒有隨著時代的進步而落伍，相反，它不斷地融入各個新興的領(lǐng)域，在各種產(chǎn)品中起著畫龍點睛的作用。未來，表面活性劑仍將與時俱進，朝著綠色、環(huán)保和功能化的方向發(fā)展，力求在聚焦功能性的同時，確保產(chǎn)品的綠色、生態(tài)安全性，以降低對環(huán)境的影響和人體的傷害。

表面活性劑的主要功能及應用（供圖/臺秀梅）