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对表面活性剂化学结构与应用的探究

文档作者：李晨阳文档来源：北京市顺义区牛栏山第一中学		点击数：	更新时间： 2025年04月06日
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Chenmical Intermediate
46 当代化工研究 化学新课标 2016·09
对表面活性剂化学结构与应用的探究
＊李晨阳
（北京市顺义区牛栏山第一中学 北京 101301）
摘要：在化学工业的发展过程中，界面化学扮演着重要的角色，表面活性剂因其能够改变溶液体系表面张力的特点，在日用化工领域中
具有广泛的应用。随着人们环保意识的加强，表面活性剂的发展也面临着更多的机遇和挑战。本文通过查阅文献的方式，探究其物理化学
性质，结合应用，旨在让人们对表面活性剂有更深入的了解，并指出绿色化、温和的低成本表面活性剂生产工艺会有更加广阔的发展前景。
关键词：表面活性剂；绿色化工；应用
中图分类号：T 文献标识码：A
Study on the Chemical Structure and Application of Surface Active Agent
Li Chenyang
（Beijing Niulanshan No. 1 Middle School in Shunyi district, Beijing, 101301）
Abstract：In the process of chemical industry development, interface chemistry plays an important role, besides, surface active agent has a
extensive application in the field of daily chemical industry because of its characteristics of changing the surface tension of solution system. Along
with the strengthening of people’s environmental protection consciousness, the development of surface active agent is also facing more opportunities
and challenges. In this paper, through the way of checking the literature, it probes into its physical and chemical properties, besides, combining
with the application to let people have a deeper knowledge of surface active agent and point out that the green, mild and low-cost surface active agent
production process will have a more broad development prospects.
Key words：surface active agent；green chemical industry；application
1.引言
长期以来，表面活性剂有着“工业味精”的美誉。少量
的表面活性剂就能显著降低油水体系的表面张力，对溶液这
一体系的界面状态进行改变。当表面活性剂的浓度大于临界
浓度时，便会在溶液内部形成胶束，后者是表面活性剂能够
起到乳化、润湿、发泡、洗涤、分散等作用的关键因素。因
此，不仅在日化领域大量用于洗涤剂与化妆品，也广泛地使
用在食品、金属加工、制造等等工业领域，是化学工业的重
要组成部分。
然而，随着人们对于含磷洗衣粉导致的环境问题的关
注，表面活性剂行业也面临着新的机遇和挑战。本文旨在通
过介绍表面活性剂的化学结构以其对应的性质，以它在生活
中的两个应用为例，探究它的发展方向与广阔的前景。
2.表面活性剂的化学结构和性质
表面张力是由于在两相界面，表面层分子所受的分子引
力不对称所导致的。生活中常见的“油水分离”现象，就是
因为油分子和水分子在接触时表面张力过大以至于不能稳定
互溶。而有一类分子却可以解决这个问题——双亲分子。所
谓的双亲分子是一种同时拥有亲水基和亲油基并将二者通过
化学键相连的分子。它的亲水基团易溶于水，亲油基团易溶
于油，通过将水相与油相的界面连接起来，降低其表面张力
与表面能，从而增加两者的溶解度。这一类双亲分子，就是
表面活性剂。
低浓度的表面活性剂主要集中于两相界面，随着加入浓
度的升高，其分子将转入溶液内部，（此时，表面活性剂的
浓度被称为临界浓度，CMC）。当表面活性剂浓度较高，
便会自行结合成一个个胶束，分子的亲水基与溶剂中的水分
子相吸引，分子的亲油基与亲油基因为分子间范德华力相互
吸引，这些胶束可能是球状、棒状和层状的结构。长的疏水
烃链组成的胶束体积更大，因此其增溶作用强于短烃链。不
饱和烃链的电子云斥力大于饱和烃链，因此其活性不如后
者。胶束结构是表面活性剂能够发挥作用的重要因素。
3.表面活性剂的应用
表面活性剂因其独特的性质，在生产和生活中发挥着重
要的作用。毫不夸张地说，存在两相界面的地方，就存在着
表面活性剂的用武之地。以下，笔者将结合生活，给出两个
表面活性剂的具体应用。
(1)洗涤剂中的活性成分：以肥皂为例
肥皂是我们日常生活中常用的洗涤用品，其主要成分是
高级脂肪酸的钠盐或者钾盐（如硬脂酸钠）。制备方法主要
是通过油脂的皂化反应获得高级脂肪酸盐（反应方程如下所
示），再将之倒入热的氯化钠溶液中使之发生盐析而析出。
万方数据
2016·09 化学新课标 Chenmical Intermediate 47
当代化工研究
H2C—OOCR
CH-OOCR
H2C—OOCR
CH2OH
CHOH
CH2OH
+3NaOH→ +3RCOONa
将一定量油脂（通常为猪油）与95%的酒精和氢氧化
钠溶液共煮，先搅拌使其溶解，再水浴加热至油层逐渐消
失。向其中加入热的蒸馏水，搅拌使之互溶，再将其倒入热
的饱和食盐溶液中，静置，肥皂便会盐析上浮。
当我们使用肥皂去污时，表面活性剂分子便会进入溶
液，形成胶束。此时它的亲水基在外，亲油基在内，亲油基
可以结合一些油分子，从而将之束缚在胶束内部，此时用清
水冲洗，这些胶束便会带着油污一起被冲走——这便是表面
活性剂的洗涤原理。
肥皂去污原理示意图
(2)化妆品中的重要组分：以乳化和护理为例
各种化妆品是表面活性剂的一大用武之地。常见化妆品
的有效成分往往既有油性的也有水性的，为了使两者能够形
成一个均一的溶液体系，往往会在其中加入表面活性剂。以
油性成分为例，在水性环境中，表面活性剂发挥它的乳化作
用，形成胶束，将本不溶于水的油颗粒包裹在中心。另外，
高浓度的油性成分除美观因素外，往往也不能起到很好的化
妆效果，如甘油（丙三醇），浓度过大时不仅无法保湿，反
而会使皮肤细胞失水。因此，乳液通常能够更好地达到美容
或补水的效果，当被涂抹到皮肤上，乳液中的胶束便会破裂
并释放出其中的有效成分。
脂质体
胶束
双层分子膜
除了乳化作用，护理也是表面活性剂的另一大作用。当
头皮表面蛋白受损时，其通常会显现负电性，两两头发间因
此而互相排斥，这便是为何冬天头发容易很乱。阳离子型表
面活性剂可以与带负电的头发相互吸引，由于表面活性剂带
有油性基团，不仅改善头发的手感，而且中和其负电性，减
小毛糙，最终达到护理头发的效果。
4.污染与表面活性剂的绿色化发展
表面活性剂产生污染的一大原因是由于其中还添加了一
些辅助成分，如含磷洗衣粉就是通过添加磷酸盐来增强洗涤
效果。由于水中有着一定量钙离子，镁离子，容易与表面活
性剂结合，使之失活，而磷酸根可以优先与钙镁离子结合，
保护了表面活性剂。然而，当含有大量磷酸根的污水进入水
体，磷酸根会成为水体中藻类的营养物质而促进其生长，打
乱了生态平衡。
酶的引入可以说是洗涤剂绿色化的一个巨大进步。一
方面，酶的主要成分是蛋白质或RNA，进入环境都会自然降
解，不会产生污染。另一方面，在中低温环境下（40摄氏
度左右）酶催化底物水解的能力是无机催化剂的几十万倍，
而衣物上常见的污渍大多是油脂或蛋白质，利用油脂水解酶
和蛋白酶可以催化其水解，从而达到清洁的目的。
5.结语
随着人们对绿色生活的追求，结合目前的生产生活，
人们对表面活性剂的开发提出了更高的要求，不仅仅对于洗
涤剂的绿色化使用，同时，由于表面活性剂被广泛运用于各
种个人护理品，人们对它温和、无刺激的要求也越来越高。
综上所述，绿色化、温和的低成本表面活性剂生产工艺会有
更加广阔的发展前景，也是目前这一产业研究的热点课题。
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【作者简介】
李晨阳（1999~），男，北京市顺义区牛栏山第一中学，研究
方向：材料。
（责任编辑：卢凤英）

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