2　表面活性與吸附定理

2.1　表面活性

通常情況下，把能使溶液表面張力下降的物質稱為表面活性物質。在諸多的表面活性物質中，在濃度很低的情況下，能顯著降低液體表面張力或兩相間界面張力的物質稱為表面活性劑（surface active agents）。

2.1.1　結構特征

表面活性劑的分子結構由兩部分組成：分子結構中含有一個對溶劑吸引力強的親液基團和一個對溶劑幾乎不具吸引力的疏液基團。一般所用的溶劑為水，將易溶于水，具有親水性質的極性基團稱為親水基；將不溶于水而易溶于油，具有親油性質的非極性基團稱為疏水基或親油基。同時具有親水和疏水基團的分子稱為兩親分子（或稱為雙親分子），因此，表面活性劑分子都是兩親化合物。疏水基通常是由長鏈烴基構成的非極性基團，可以是直鏈，或帶支鏈的脂肪烴基（烷基、烯基）、芳香烴基或脂肪烴一芳香烴基，有時是鹵代或氯化烴基。而親水基的種類繁多，差別較大。常見的親水基有：—COO Na、—SO3Na、—OSO3Na、—OPO（O Na）2、—OH、—NH2、—CN、—SH、—NHCONH2、—CH2OCH2—等極性基團。例如，人們日常生活中用的表面活性劑肥皂即是高級脂肪酸的鈉鹽，其分子式為C17H35COONa，分子中—C17H35為疏水基的長鏈烴基（用一長線表示），—COONa為親水基（用圓圈表示），表面活性劑通常可以表示為“——O”。

2.1.2　分類

表面活性劑的分類方法很多，可按用途和化學結構進行分類，而最常用、最簡便的分類方法是按其在水溶液中的離子特性來分類。當表面活性劑溶于水時，能夠電離成離子的，稱為離子型表面活性劑；而不能電離成離子，只能以分子狀態存在的，稱為非離子表面活性劑。離子型表面活性劑還可按所生成具有表面活性作用的離子種類，分為陰離子表面活性劑、陽離子型表面活性劑和兩性離子型表面活性劑三種。

2.1.2.1　陰離子表面活性劑

陰離子表面活性劑（anionic surfactants，anionic surface active agents）是表面活性劑中應用最早、最久、種類最多、用途最廣的表面活性劑，至今仍然是產量最高的一類表面活性劑。

陰離子表面活性劑的結構特點，就是當它溶解于水中時，與憎水基相連的起表面活性作用的親水基團是陰離子。例如，肥皂是高級脂肪酸的鈉鹽，結構簡式為CH3—（CH2）16—COONa，當其溶于水中時發生電離：

親水端的—COO-帶負電荷。

屬于這一類的表面活性劑有以下幾種：羧酸鹽（RCOO-Na+），如肥皂等；硫酸酯鹽（），如酰胺類和酯類的硫酸鹽、烷基硫酸鹽（脂肪醇硫酸酯）等；磺酸鹽（），如烷基磺酸鹽、烷基芳基磺酸鹽、琥珀酸酯磺基衍生物等；膦酸酯鹽（）。

國內常見的商品有肥皂、太古油（土耳其紅油）、拉開粉、滲透劑M、滲透劑OT、擴散劑NNO、胰加漂T、209洗滌劑、雷米邦A、凈洗劑LS、601洗滌劑、合成洗滌劑、烷基苯磺酸鈉、脂肪醇硫酸鈉等。其中十二烷基苯磺酸鈉是合成洗滌劑最主要的品種之一。

陰離子表面活性劑的作用，多為乳化作用、潤濕及滲透作用、去污及凈洗作用。因此，陰離子型表面活性劑在麻的脫膠、絹紡原料的精練、羊毛的洗滌、炭化工程以及經紗上漿工程中都有廣泛的應用，不過在使用中應注意以下幾點：

①陰離子表面活性劑對堿性染料有中和、沉淀作用，因為堿性染料具有陽離子，所以不能和堿性染料共用；

②對陽離子型表面活性劑有中和、沉淀作用，因此也不能和陽離子型表面活性劑共用；

③對纖維素纖維的親和力較小，但對蛋白質纖維在酸性介質中有較強的親和力。

2.1.2.2　陽離子型表面活性劑

陽離子型表面活性劑（cationic surfactants，cationic surface active agents）的應用歷史、應用范圍及其種類都不及陰離子型表面活性劑，但它所具有的特殊功能也是其他表面活性劑所不能及的，因而陽離子型表面活性劑近年來發展較快。

陽離子型表面活性劑的結構特點，就是當其溶解于水中時，發生電離，與憎水基相連的起表面活性作用的親水基團是陽離子。陽離子型表面活性劑主要有高級烷基胺鹽型和季銨鹽型，其中季銨鹽型應用較廣。

例如，烷基三甲基溴化銨，在水溶液中電離：

其親水端—N+（CH3）3帶正電荷。

陽離子型表面活性劑具有乳化、纖維柔軟、抗靜電和殺菌等作用，可用于織物的特種整理和印刷的潤濕液，也可作為織物防霉防蛀整理劑，防縮、防皺、抗菌衛生整理劑和抗靜電劑等。例如，對錦綸、滌綸、腈綸等合成纖維有良好消除靜電作用的抗靜電劑SN（十八烷基二甲基羥乙基銨硝酸鹽），即屬于季銨鹽型陽離子型表面活性劑。在市場上常見的商品有1631表面活性劑、1227表面活性劑、索羅明A、薩帕明A、抗靜電劑SN、抗靜電劑TM等。

在使用中應注意以下幾點：

①對直接染料、酸性染料有沉淀作用，因為這兩種染料均具有陰離子，所以不能與這兩類染料共用，但可作為固色劑，提高這兩類染料的濕處理牢度；

②不能與陰離子表面活性劑共用，否則有沉淀作用，降低兩者的表面活性；

③對纖維素纖維有較強的親和力，在中性和堿性介質中對蛋白質纖維亦有較強的親和力。

2.1.2.3　兩性離子型表面活性劑

兩性型表面活性劑（zwitterionic surfactants，amphoteric surface active agents）是指在一個分子結構中同時具有兩種離子性質的表面活性劑。這兩種離子的組合可能有三種情況：

①陰離了和陽離子組合，如。

②陰離子和非離子組合，如 R—P（CH2—CH2—O）nS。

③陽離子和非離子組合，如。

酒精（CH3—CH2—OH）是一種特殊分子結構的兩性型表面活性劑，烴基表現為非極性，而羥基則表現為極性。在分類中把它分為非離子表面活性劑，在膠印印刷中作為潤濕液的主劑，具有很好的對印版表面潤濕的作用。

實際上，通常所說的兩性離子型表面活性劑是指親水基團是由陰離子和陽離子結合在一起的表面活性劑。通常兩性離子型表面活性劑中，陽離子部分是胺鹽和季銨鹽，陰離子部分是羧酸鹽、磺酸鹽和硫酸鹽，其中以羧酸鹽陰離子和季銨鹽陽離子構成的應用較廣。例如，二甲基十二烷基甜菜堿可用作洗滌劑、縮絨劑、染色助劑、纖維柔軟劑和抗靜電劑等。

兩性離子型表面活性劑與一般的陰離子型、陽離子型和非離子型表面活性劑不同之處就在于，兩性離子型表面活性劑中兩種離子的強度往往不同，在不同的介質條件下可以表現為陰離了型特性，也可以表現為陽離子型特性。當溶液處于酸性介質條件下，兩性離子型表面活性劑中陰離子的數量多，表現為陰離子型表面活性劑。由于兩性離子型表面活劑的分子中有兩種電性相反的離子性基團，而在不同的介質條件下既可表現為陽離子性，也可表現為陰離子性，因此，兩性離子型表面活性劑與蛋白質一樣，也具有等電點（isoelectric point）。當溶液處于等電點的介質條件下，兩性離子型表面活性劑表現為非離子型表面活性劑。不同結構類型的兩性離子型表面活性劑的等電點如表2-1所示。利用兩性離子型表面活性劑具有等電點的特性，可對羊毛實施等電洗滌，亦可對絹紡原料進行等電精練，也可對印刷使用的潤濕液濃度進行調節，以利于充分發揮其潤濕作用。

兩性離子型表面活性劑有以下特性：

①能和任何類型的表面活性劑混合使用，在酸性、堿性溶液中均可分散溶解并呈現良好的表面活性；

②兩性離子型表面活性劑除具有一般表面活性劑的潤濕、乳化、洗滌等作用外，還有良好的殺菌作用，且毒性極小，對皮膚的刺激性輕微，故可用于食具殺菌、洗滌；

③耐硬水，即使在多價金屬離子存在的情況下仍具有良好的洗滌性能。

2.1.2.4　非離子型表面活性劑

非離子型表面活性劑（nonionic surfactants，nonionic surface active agents）是使用范圍僅次于陰離子型表面活性劑的一大類表面活性劑。非離子型表面活性劑的分子結構與離子型表面活性劑一樣，也是由親水基和疏水基兩部分組成。但其親水基是在水中不電離的羥基和醚鍵組成。屬于這一類的表面活性劑主要有聚氧乙烯型和脂肪酸多元醇型兩類。

在市場上常見的有：平平加O、乳化劑OP、乳化劑EL、Tx-10、柔軟劑SC、柔軟劑1014、滲透劑JFC、尼凡丁AN、凈洗劑JU、凈洗劑105、凈洗劑6501，以及司盤（Span）、吐溫（Tween）等。

非離子型表面活性劑的結構特點，就是在水溶液中不起電離作用，因此對各種纖維均無親和力。所以，用后容易洗滌清潔印版，并且可與陰離子型或陽離子型表面活性劑混用，而不影響其表面活性。

非離子型表面活性劑通常具有乳化作用、滲透作用及洗滌作用。其特點：

①對各種纖維一般無親和力；

②極易溶解于水，對酸、堿作用較穩定；

③可與各種類型的表面活性劑共用。