表面活性劑分子具有獨特的兩親性：一端為親水的極性基團，簡稱親水基，也稱為疏油基或憎油基，有時形象地稱為親水頭，如-OH、-COOH、-SO3H、-NH2；另一端為親油的非極性基團，簡稱親油基，也稱為疏水基或憎水基，如R-（烷基）、Ar-（芳基）。兩類結(jié)構(gòu)與性能截然相反的分子碎片或基團分處于同一分子的兩端并以化學(xué)鍵相連接，形成了一種不對稱的、極性的結(jié)構(gòu)，因而賦予了該類特殊分子既親水、又親油，但又不是整體親水或親油的特性。表面活性劑的這種特有結(jié)構(gòu)通常稱之為“雙親結(jié)構(gòu)”（amphiphilic structure），表面活性劑分子因而也常被稱作“雙親分子”。 

表面活性劑

為了方便，常用符號長方形加一個圓圈表示表面活性劑分子，如上圖所示。其中長方形代表親油基，而圓圈代表親水基。

H·L·B值

表面活性劑要呈現(xiàn)特有的界面活性，必須使疏水基和親水基之間有一定的平衡。親水親油平衡值（Hydrophile-Lipophile Balance），簡稱HLB值，表示表面活性劑的親水疏水性能，如石蠟HLB值=0（無親水基）聚乙二醇HLB值=20（完全親水）。對陰離子表面活性劑，可通過乳化標準油來確定HLB值。HLB值可作為選用表面活性劑的參考依據(jù)。

用途

增溶劑

洗滌劑

油/水型乳化劑

潤濕劑

水/油乳化劑

消泡劑

親水基

末端：凈洗作用強，潤濕性差；中間：相反。

分子量

當HLB值、親水基、疏水基相同，分子量小，潤濕作用好，去污力差；分子量大，潤濕作用差，去污力好。

濁點

對非離子表面活性劑來說，親水性取決于醚鍵的多少，醚與水分子的結(jié)合是放熱反應(yīng)。

當溫度上升，水分子逐漸脫離醚鍵，而出現(xiàn)混濁現(xiàn)象，剛剛出現(xiàn)混濁時的溫度稱濁點。此時表面活性劑失去作用。濁點越高，使用的溫度范圍廣。

性質(zhì)

表面活性劑通過在氣液兩相界面吸附降低水的表面張力，也可以通過吸附在液體界面間來降低油水界面張力。許多表面活性劑也能在本體溶液中聚集成為聚集體。

囊泡和膠束都是此類聚集體。表面活性劑開始形成膠束的濃度叫做臨界膠束濃度或CMC。當膠束在水中形成，膠束的尾形成能夠包裹油滴的核，而它們的（離子/極性）頭能夠形成一個外殼，保持與水接觸。表面活性劑在油中聚集，聚集體指的是反膠束。在反膠束中，頭在核，尾保持與油的充分接觸。表面活性劑通常分為四大類：陰離子，陽離子，非離子和兩性離子（雙電子）。表面活性劑系統(tǒng)的熱動力學(xué)很重要，不論是理論上還是實踐上。因為表面活性劑系統(tǒng)代表的是介于有序和無序物質(zhì)狀態(tài)之間的系統(tǒng)。表面活性劑溶液可能含有有序相（膠束）和無序相（自由表面活性劑分子和/或離子）。膠束——表面活性劑分子的親脂尾端聚于膠束內(nèi)部，避免與極性的水分子接觸；分子的極性親水頭端則露于外部，與極性的水分子發(fā)生作用，并對膠束內(nèi)部的憎水基團產(chǎn)生保護作用。形成膠束的化合物一般為兩親分子，因此一般膠束除可溶于水等極性溶劑以外，還能以反膠束的形式溶于非極性溶劑中。

比如，常用的洗滌劑能夠提高水在土壤中的滲透能力，但是效果僅僅持續(xù)數(shù)日（許多標準洗衣粉含有一定量的化學(xué)品，比如鈉和溴，由于它們會破壞植物，不適于土壤）。商業(yè)土壤潤濕劑會持續(xù)起效果一段時間，終還是會被微生物降解。然而，有一些會對水生物的生物循環(huán)產(chǎn)生影響，因此必須小心防止這些產(chǎn)品流入地表徑流，過量產(chǎn)品不應(yīng)該洗消。

吸附性

溶液中的正吸附：增加潤濕性、乳化性、起泡性；

固體表面的吸附：非極性固體表面單層吸附，極性固體表面可發(fā)生多層吸附。

原理

通過分子中不同部分分別對于兩相的親和，使兩相均將其看作本相的成分，分子排列在兩相之間，使兩相的表面相當于轉(zhuǎn)入分子內(nèi)部。從而降低表面張力。由于兩相都將其看作本相的一個組分，就相當于兩個相與表面活性劑分子都沒有形成界面，就相當于通過這種方式部分的消滅了兩個相的界面，就降低了表面張力和表面自由能。

分類

根據(jù)所需要的性質(zhì)和具體應(yīng)用場合不同，有時要求表面活性劑具有不同的親水親油結(jié)構(gòu)和相對密度。通過變換親水基或親油基種類、所占份額及在分子結(jié)構(gòu)中的位置，可以達到所需親水親油平衡的目的。經(jīng)過多年研究和生產(chǎn)，已派生出許多表面活性劑種類，每一種類又包含眾多品種，給識別和挑選某個具體品種帶來困難。因此，必須對成千上萬種表面活性劑作一科學(xué)分類，才有利于進一步研究和生產(chǎn)新品種，并為篩選、應(yīng)用表面活性劑提供便利。

表面活性劑的分類方法很多，根據(jù)疏水基結(jié)構(gòu)進行分類，分直鏈、支鏈、芳香鏈、含氟長鏈等；根據(jù)親水基進行分類，分為羧酸鹽、硫酸鹽、季銨鹽、PEO衍生物、內(nèi)酯等；有些研究者根據(jù)其分子構(gòu)成的離子性分成離子型、非離子型等，還有根據(jù)其水溶性、化學(xué)結(jié)構(gòu)特征、原料來源等各種分類方法。但是眾多分類方法都有其局限性，很難將表面活性劑合適定位，并在概念內(nèi)涵上不發(fā)生重疊。

人們一般都認為按照它的化學(xué)結(jié)構(gòu)來分比較合適。即當表面活性劑溶解于水后，根據(jù)是否生成離子及其電性，分為離子型表面活性劑和非離子型表面活性劑。

按極性基團的解離性質(zhì)分類

1.陰離子表面活性劑：硬脂酸，十二烷基苯磺酸鈉

2.陽離子表面活性劑：季銨化物。

3.兩性離子表面活性劑：卵磷脂，氨基酸型，甜菜堿型。

4.非離子表面活性劑：烷基葡糖苷（APG），脂肪酸甘油酯，脂肪酸山梨坦（司盤），聚山梨酯（吐溫）。

陰離子

1.肥皂類

表面活性劑肥皂

系高級脂肪酸的鹽，通式： (RCOO)nM。脂肪酸烴R一般為11~17個碳的長鏈，常見有硬脂酸、油酸、月桂酸。根據(jù)M代表的物質(zhì)不同，又可分為堿金屬皂、堿土金屬皂和有機胺皂。它們均有良好的乳化性能和分散油的能力。但易被破壞，堿金屬皂還可被鈣、鎂鹽破壞，電解質(zhì)亦可使之鹽析。

堿金屬皂：O/W

堿土金屬皂：W/O

有機胺皂：三乙醇胺皂

2.硫酸化物 RO-SO3-M

主要是硫酸化油和高級脂肪醇硫酸酯類。脂肪烴鏈R在12~18個碳之間。硫酸化油的代表是硫酸化蓖麻油，俗稱土耳其紅油。高級脂肪醇硫酸酯類有十二烷基硫酸鈉（SDS、月桂醇硫酸鈉），乳化性很強，且較穩(wěn)定，較耐酸和鈣、鎂鹽。在藥劑學(xué)上可與一些高分子陽離子藥物產(chǎn)生沉淀，對粘膜有一定刺激性，用作外用軟膏的乳化劑，也用于片劑等固體制劑的潤濕或增溶。

3.磺酸化物 R-SO3-M

屬于這類的有脂肪族磺酸化物、烷基芳基磺酸化物和烷基萘磺酸化物。它們的水溶性和耐酸耐鈣、鎂鹽性比硫酸化物稍差，但在酸性溶液中不易水解。

常用品種有：二辛基琥珀酸磺酸鈉（阿洛索-OT），十二烷基苯磺酸鈉，甘膽酸鈉。

陽離子

該類表面活性劑起作用的部分是陽離子，因此稱為陽性皂。其分子結(jié)構(gòu)主要部分是一個五價氮原子，所以也稱為季銨化合物。其特點是水溶性大，在酸性與堿性溶液中較穩(wěn)定，具有良好的表面活性作用和殺菌作用。

常用品種有苯扎氯銨(潔爾滅）和苯扎溴銨（新潔爾滅）等。

兩性離子

這類表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)中同時具有正、負電荷基團，在不同pH值介質(zhì)中可表現(xiàn)出陽離子或陰離子表面活性劑的性質(zhì)。

1.卵磷脂：是制備注射用乳劑及脂質(zhì)微粒制劑的主要輔料

2.氨基酸型和甜菜堿型：

氨基酸型：R-NH+CH2CH2COO-

甜菜堿型：R-N+2-(CH3)2COO-

在堿性水溶液中呈陰離子表面活性劑的性質(zhì)，具有很好的起泡、去污作用；在酸性溶液中則呈陽離子表面活性劑的性質(zhì)，具有很強的殺菌能力。

非離子表面活性劑

1.烷基葡糖苷

一種新型的非離子表面活性劑，常見的有椰油基葡糖苷、月桂基葡糖苷、鯨蠟硬脂基葡糖苷等。

2.脂肪酸甘油酯：單硬脂酸甘油酯；

HLB為3~4，主要用作W/O型乳劑輔助乳化劑。

3.多元醇

蔗糖酯：HLB（5~13）O/W乳化劑、分散劑

脂肪酸山梨坦（Span） ：W/O乳化劑

聚山梨酯（Tween） ：O/W乳化劑

3.聚氧乙烯型：Myrij（賣澤類，長鏈脂肪酸酯）；Brij （脂肪醇酯）

4.聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物：Poloxamer

能耐受熱壓滅菌和低溫冰凍，靜脈乳劑的乳化劑

應(yīng)用

表面活性劑由于具有潤濕或抗粘、乳化或破乳、起泡或消泡以及增溶、分散、洗滌、防腐、抗靜電等一系列物理化學(xué)作用及相應(yīng)的實際應(yīng)用，成為一類靈活多樣、用途廣泛的精細化工產(chǎn)品。表面活性劑除了在日常生活中作為洗滌劑，其他應(yīng)用幾乎可以覆蓋所有的精細化工領(lǐng)域。

1.增溶

要求：C>CMC （ HLB13~18）

臨界膠束濃度（CMC）：表面活性劑分子締合形成膠束的低濃度。當其濃度高于CMC值時，表面活性劑的排列成球狀、棒狀、束狀、層狀/板狀等結(jié)構(gòu)。

增溶體系為熱力學(xué)平衡體系；

CMC越低、締合數(shù)越大，增溶量（MAC）就越高；

溫度對增溶的影響：溫度影響膠束的形成，影響增溶質(zhì)的溶解，影響表面活性劑的溶解度

Krafft點：離子型表面活性劑的溶解度隨溫度增加而急劇增大這一溫度稱為Krafft點， Krafft點越高，其臨界膠束濃度越小

曇點：對于聚氧乙烯型非離子表面活性劑，溫度升高到一定程度時，溶解度急劇下降并析出，溶液出現(xiàn)混濁，這一現(xiàn)象稱為起曇，此溫度稱為曇點。這是因為聚氧乙烯與水之間的氫鍵斷裂，當溫度上升到一定溫度時，聚氧乙烯可發(fā)生強烈脫水和收縮，使增溶空間減小，增溶能力下降。 [3]  在聚氧乙烯鏈相同時，碳氫鏈越長，濁點越低；在碳氫鏈相同時，聚氧乙烯鏈越長則濁點越高。

2.乳化作用

親水親油平衡值（HLB）：表面活性劑分子中親水和親油基團對油或水的綜合親合力。根據(jù)經(jīng)驗，將表面活性劑的HLB值范圍限定在0-40，非離子型的HLB值在0-20。

混合加和性：HLB=（HLBa Wa+HLBb /Wb)/ (Wa+Wb)

理論計算：HLB=∑(親水基團HLB值)+∑(親油基團HLB)-7

HLB：3-8 W /O型乳化劑：Span；二價皂

HLB：8-16 O/W型乳化劑：Tween；一價皂

3.潤濕作用

要求：HLB：7-9。

使用表面活性劑可以控制液、固之間的潤濕程度。農(nóng)藥行業(yè)中在粒劑及供噴粉用的粉劑中，有的也含有一定量的表面活性劑，其目的是為了提高藥劑在受藥表面的附著性和沉積量，提高有效成分在有水分條件下的釋放速度和擴展面積，提高防病、治病效果。

在化妝品行業(yè)中，做為乳化劑是乳霜、乳液、潔面、卸妝等護膚產(chǎn)品中不可或缺的成分。

4.助懸作用

在農(nóng)藥行業(yè)，可濕性粉劑、乳油及濃乳劑都需要有一定量的表面活性劑，如可濕性粉劑中原藥多為有機化合物，具有憎水性，只有在表面活性劑存在的條件下，降低水的表面張力，藥粒才有可能被水所潤濕，形成水懸液；

5.起泡和消泡作用

表面活性劑在醫(yī)藥行業(yè)也有廣泛應(yīng)用。在藥劑中，一些揮發(fā)油脂溶性纖維素、甾體激素等許多難溶性藥物利用表面活性劑的增溶作用可形成透明溶液及增加濃度；藥劑制備過程中，它是不可缺少的乳化劑、潤濕劑、助懸劑、起泡劑和消泡劑等。

6.消毒、殺菌

在醫(yī)藥行業(yè)中可作為殺菌劑和消毒劑使用，其殺菌和消毒作用歸結(jié)于它們與細菌生物膜蛋白質(zhì)的強烈相互作用使之變性或失去功能，這些消毒劑在水中都有比較大的溶解度，根據(jù)使用濃度，可用于手術(shù)前皮膚消毒、傷口或粘膜消毒、器械消毒和環(huán)境消毒；

7.抗硬水性

甜菜堿表面活性劑對鈣、鎂離子均表現(xiàn)出非常好的穩(wěn)定性，即自身對鈣、鎂硬離子的耐受能力以及對鈣皂的分散力。在使用過程中防止鈣皂的沉淀，提高使用效果。

8.增粘性及增泡性

表面活性劑有對改變?nèi)芤后w系的作用，增大粘度變稠或增大體系的泡沫，在一些特除的清洗、開采行業(yè)有廣泛的應(yīng)用。

9.去垢、洗滌作用

去除油脂污垢是一個比較復(fù)雜的過程，它與上面提到的潤濕、起泡等作用均有關(guān)。

后要說明的是，表面活性劑起作用，并不單單是因為某一方面的作用，很多情況下是多種因素共同作用。如在造紙工業(yè)中可以用作蒸煮劑、廢紙脫墨劑、施膠劑、樹脂障礙控制劑、消泡劑、柔軟劑、抗靜電劑、阻垢劑、軟化劑、除油劑、殺菌滅藻劑、緩蝕劑等。

表面活性劑在許多行業(yè)配方中被用作性能添加劑，如個人和家庭護理，以及無數(shù)的工業(yè)應(yīng)用中：金屬處理、工業(yè)清洗、石油開采、農(nóng)藥等。

現(xiàn)狀

表面活性劑是從20 世紀50 年代開始隨著石油化工業(yè)的飛速發(fā)展而興起的一種新型化學(xué)品，是精細化工的重要產(chǎn)品，享有“工業(yè)味精”的美稱。它幾乎滲透到一切技術(shù)經(jīng)濟部門。當今，表面活性劑產(chǎn)量大，品種逾萬種。隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的開拓，表面活性劑的發(fā)展更加迅猛，其應(yīng)用領(lǐng)域從日用化學(xué)工業(yè)發(fā)展到石油、食品、農(nóng)業(yè)、衛(wèi)生、環(huán)境、新型材料等技術(shù)部門。但在表面活性劑給人們生活、給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來極大方便的同時，也給環(huán)境帶來了污染，因此，研究表面活性劑發(fā)展及其趨勢，對表面活性劑工業(yè)，乃至我國整體工業(yè)經(jīng)濟有著非常重要作用和意義。

發(fā)展方向

1.烷基磷羧酸鹽（AEC）工業(yè)化制造

表面活性劑應(yīng)人類要求正向著溫和、易生物降解和多功能性，強調(diào)使用安全、生態(tài)保護和提高效率的方向發(fā)展。例如：烷基醇醚羧酸鹽（AEC）是8O年代以來，發(fā)達國家積極研究開發(fā)的優(yōu)質(zhì)表面活性劑熱點品種，它與烷基多苷和醇醚磷酸單酯同被稱為“表面活性劑90年代的綠色品種”。

表面活性劑結(jié)構(gòu)示意圖

生物降解性能優(yōu)異。烷基醚羧酸鹽國內(nèi)的應(yīng)用市場還遠遠落后于發(fā)達國家，隨著環(huán)保意識的不斷加強和人民物質(zhì)文化水平的不斷提高，這類集溫和、易生物降解和多功能性于一身的表面活性劑，在金屬加工領(lǐng)域內(nèi)，將發(fā)揮更大作用。

2.新一代表面活性劑Gemini

現(xiàn)已經(jīng)合成的低聚表面活性劑有二聚體、三聚體和四聚體等，其中引人注目的是二聚體，二聚表面活性劑早被合成于1971年，后因其結(jié)構(gòu)上的特點而被形象地命名為Gemini（英文是雙子星之意）表面活性劑。

表面活性劑Gemini（或稱dimeric）提高了表面活性。與當前為提高表面活性而進行的大量嘗試，如添加鹽類、提高溫度或?qū)㈥庪x子表面活性劑與陰離子表面活性劑混合相比較，道純化工Gemini表面活性劑是概念上的突破，因而被譽為新一代的表面括性劑。

炔醇類Gemini表面活性劑

離子相當緊密的連接，致使其碳氫鏈間更容易產(chǎn)生強相互作用，即加強了碳氫鏈間的疏水結(jié)合力，而且離子頭基間的排斥傾向受制于化學(xué)鍵力而被大大削弱，這就是Gemini表面活性劑和單鏈單頭基表面括性劑相比較，具有高表面括性的根本原因。另一方面。在兩個離子頭基問的化學(xué)鍵聯(lián)接不破壞其親水性，從而為高表面活性的Cemini表面活性劑的廣泛應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。通過化學(xué)鍵聯(lián)接方法提高表面活性和以往通常應(yīng)用的物理方法不同，在概念上是一個突破。Genmini表面活性劑的優(yōu)良性質(zhì)：