表面活性剂在民用和工业洗涤、石油、纺织、农药、采矿、造纸、食品、电镀、材料等几乎是各个领域都有广泛的应用，并且具有用量少收效大的特点，因而有工业“味精”之称。本节对表面活性剂的结构、性质及应用作简单的介绍。

一、表面活性剂的分类

表面活性剂都是由亲水性基团和亲油性基团构成的两亲性分子，通常按照表面活性剂分子的化学结构来分类，一般分为四大类：

         表11.5表面活性剂分类

1.阴离子型表面活性剂

在水中能离解，起表面活性作用的是阴离子。例如脂肪醇硫酸酯钠：

2.阳离子表面活性剂

在水中能离解，起表面活性作用的是阳离子。例如烷基三甲基氯化铵：

3.两性表面活性剂

由两种离子型基团组成，可分为非离子—阴离子，非离子—阳离子和阴离子—阳离子三种。

4.非离子型表面活性剂

在水中不离解，亲水基主要是聚乙二醇（或聚氧乙烯）基和多元醇。

相对分子质量在数千至1万以上的表面活性物质属于高分子表面活性剂。最早的高分子表面活性剂是天然海藻酸钠和各种淀粉，上世纪50年代开始合成各种高分子表面活性剂，并按前四种类型分类。

为便于理解和比较，将各类表面活性剂列于表11.5。

除此之外，还有一些特殊表面活性剂，例如：上述一些表面活性剂的碳氢链中的氢原子全部被氟原子取代的全氟表面活性剂；碳氢链被含硅烷、硅亚甲基系或含硅氧烷链取代的有机硅表面活性剂等。

近年来多种新型表面活性剂的问世，突破了表面活性剂一端亲水，一端亲油的传统模式，例如：一个疏水链两端各有一个极性头的Bola型；两个普通表面活性剂的极性头通过一个连接基团相连接的Gemini型；具有配位功能的有机金属型等等。这些新型表面活性剂具有更高的表面活性，有可能在构成分子有序组合体、中孔材料制备及石油开采等领域具有更重要的应用前景。

二、表面活性剂的HLB值

表面活性剂的亲水亲油性取决于分子中亲水基和亲油基的强弱。1949年，格里芬（Griffin）提出用亲水亲油平衡值HLB（hydrophile and lipopile balance）表征表面活性剂的亲水亲油性。

HLB值是一个相对值，人们规定亲油性强的石蜡（完全没有亲水性）的HLB值为0；亲水性强的聚乙二醇（完全是亲水基）的HLB值为20，以此为标准，定出其他表面活性剂的HLB值。HLB值越小，表面活性剂的亲油性越强，反之亲水性越强。

表面活性剂的HLB值与其性能和作用有关，根据表面活性剂的HLB值，可以大体了解它的作用与用途，见表6。在实际应用中，HLB值也是选择合适表面活性剂的依据，但是，由于HLB值的计算和测定都是经验性的，所以在实际应用中HLB值有一定的指导意义，但不能作为唯一的依据，还需由实验的实际效果来确定。

         表6 表面活性剂的HLB值范围及其用途

HLB值范围         主 要 用 途	HLB值范围     主 要 用 途
1~3            消泡剂	12~15          润湿剂
3~6          油包水型（W/O）乳化剂	13~15          洗涤剂
8~18         水包油型（O/W）乳化剂	15~18          增溶剂

三、胶束与临界胶束浓度（cmc）

在讨论溶液的表面张力时，我们已经知道表面活性剂在低浓度时能使溶液的表面张力显著降低，但达到一定浓度之后，溶液的表面张力就不再随表面活性剂浓度的增加而降低，在~c曲线上出现一转折点。大量的实验表明，表面活性剂溶液的很多性质（如电导、渗透压等）随溶液浓度的变化也都具有转折点，而且所有转折点对应的浓度都落在一很窄的浓度范围内，如图20。如何解释这些实验事实呢？

      

在转折浓度时表面张力最低,说明表面活性剂分子已紧密地定向排列于溶液的表面，再增加表面活性剂浓度，由于表面已经占满，则表面活性剂分子只能在溶液内部定向排列：亲水的极性基与水相接触，疏水的非极性基则靠范德华力相互吸引聚集成团，将非极性基埋在内部，减少了与水相的接触，降低了系统的能量。这种自发形成的表面活性剂分子定向排列的聚集体称作胶束（或胶团）；形成胶束的最低浓度称为表面活性剂的临界胶束浓度，简称cmc。溶液浓度超过cmc后，再增加表面活性剂的量，只能增加溶液中胶束的数量，而不增加游离分子的数量。正是由于在cmc前后表面活性剂溶液结构的变化，导致了许多性质的突变。cmc可以作为表面活性剂表面活性的一种量度，cmc越低，表面活性越强。胶束的形状视溶液的浓度而不同，可能有球状、棒状或层状几种情况。胶束的大小通常用构成一个胶束的表面活性剂的分子数（称为聚集数）表示，胶束的形状不同，聚集数也有很大差别，球形和棒状的胶束聚集数大约为几十至几百。胶束溶液是透明或半透明的热力学稳定系统。

四、表面活性剂的几种重要作用及应用

表面活性剂在工业生产和日常生活中有着广泛的应用，它的主要作用有改变润湿性能、增溶、乳化、起泡、去污等，这里只简单介绍其中的几种。

1．改变润湿性能

由于表面活性剂分子在各种界面上的定向吸附，因而具有改变表面润湿性能的作用。在生产和生活中，人们常常需要改变液体对某种固体的润湿性能，有时希望把润湿变为不润湿，有时则希望把不润湿变为润湿，这些都可以借助于表面活性剂来实现。

佩戴眼镜的人在温差较大的环境中，镜片上会出现水雾，影响正常视线。这是由于水蒸气在冷的镜片上凝结成小水滴造成的。汽车窗玻璃等也会出现类似现象。若借助于表面活性剂处理玻璃镜片，可使凝结的水滴尽快在镜片上铺展开，从而明显消除镜片结雾的现象。

普通的棉布因纤维中有醇羟基团而呈亲水性，所以容易被水沾湿，不能防雨。若采用表面活性剂处理棉布，使其极性基与棉纤维的醇羟基结合，而非极性基伸向空气，从而使棉布与水的接触角发生改变，由原来的润湿变为不润湿，制成既能防水又可透气的雨布。

喷洒农药杀灭害虫时，如果农药水溶液对植物的茎叶表面润湿性不好，药液易滚落下来不仅造成浪费，而且洒在植物上的药液也不能很好展开，待水分蒸发后，叶面上只形成断续的药物斑点，杀虫效果不好。若在药液中加入少量表面活性剂，使药液容易在茎叶表面展开，待水分蒸发后，形成均匀的药物薄层，大大提高了农药的利用率和杀虫效果。

2．增溶作用

一些非极性的碳氢化合物，如苯、乙烷等在水中的溶解度本来很小，但浓度达到或超过临界胶束浓度的表面活性剂水溶液却能使这类物质的溶解度大为增加，形成完全透明、外观与真溶液相似的系统。表面活性剂的这种作用为增溶作用。

增溶作用与表面活性剂在水溶液中形成胶束是分不开的。在胶束内部，相当于液态的碳氢化合物，根据相似互溶原理，非极性的溶质容易溶解到胶束内部，因而溶解度增大。显然，只有表面活性剂的水溶液浓度达到或超过临界胶束浓度时，才有增溶作用。

增溶与真正的溶解不同，溶解是使溶质分散成分子或离子，溶液具有依数性，而增溶后的溶液无明显的依数性，说明增溶后溶质并未拆成分子，而是以较大的分子集团形成整体溶入的。

增溶作用应用很广，如肥皂液、洗涤液等除去油污时，增溶起着相当重要的作用。一些生理现象也与增溶作用有关，例如不能被小肠直接吸收的脂肪，是靠胆汁的增溶作用才被有效地吸收。

反胶束中表面活性剂的极性头向内排列形成极性核，极性核中能溶解少量的水形成“水池”。在一定条件下，反胶束的“水池”可以增溶水溶性物质（如蛋白质等），由于受到表面活性剂分子的“保护”，蛋白质不与有机溶剂直接接触，因而能够保持活性，甚至表现出超活性。如果创造条件使增溶在反胶束“水池”中的蛋白质返回第二水相，则可以实现蛋白质的分离与提纯。

3.发泡和消泡作用

液体泡沫是气体高度分散在液体中形成的分散系统。“泡”是由液体薄膜包围着的气体，泡沫则是很多气泡的聚集物。由于气—液界面的张力较大，气体的密度较液体小，所以气泡很容易破裂。

在液体中加入表面活性剂，再向液体中鼓气就能形成较为稳定的泡沫，这种作用称为发泡，所加的表面活性剂为发泡剂。发泡剂的主要作用是：（1）降低液—气界面张力；（2）在气泡的液膜上形成双层吸附膜并具有一定的机械强度，不易破裂；（3）亲水基在液膜中的水化作用使膜内液体粘度增加，使液膜稳定；（4）离子型表面活性剂可使泡沫带有电荷，气泡间的静电排斥阻碍了它们相互靠近和聚集。

一些表面活性剂也可以作消泡剂，它们的表面张力比气泡液膜的低，容易从液膜表面顶走原来的发泡剂，而其本身不能形成坚固的吸附膜，导致泡沫破裂，从而起到消泡作用。

泡沫浮选是现代工业中广泛应用的选矿方法，是界面化学原理在采矿过程中的重要应用。其基本方法是将粉碎到一定程度的矿石倾入水池中，加入少量表面活性剂—称为捕集剂和起泡剂，则捕集剂选择吸附在有用矿石粒子的表面上，形成较强的憎水性薄膜而使其变为憎水性。然后从水池底部通入空气产生气泡，则有用矿石粒子就附着在气泡上升到水面，而不含矿物的岩石和泥沙则留在水底，从而达到有用矿物与岩石的分离。