表面活性劑是指一類在很低濃度時(shí)就能顯著降低水的表面張力的化合物，它達(dá)到一定濃度后可締合形成膠團(tuán)，從而具有潤濕或抗粘、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(shí)際應(yīng)用，成為一類靈活多樣、用途廣泛的精細(xì)化工產(chǎn)品。表面活性劑依其親水基的結(jié)構(gòu)分為陰離子表面活性劑、陽離子表面活性劑及非離子表面活性劑。 1表面活性劑的應(yīng)用 表面活性劑主要應(yīng)用于洗滌、紡織等行業(yè)，其他應(yīng)用幾乎可以覆蓋所有的精細(xì)化工領(lǐng)域。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；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(xì)菌生物膜蛋白質(zhì)的強(qiáng)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；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。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(jī)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；而且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(kuò)展面積，提高防病、治病效果。總之，表面活性劑作為精細(xì)化工領(lǐng)域的支柱產(chǎn)業(yè)，在國民經(jīng)濟(jì)中具有重要的作用。1999年我國表面活性劑的消耗情況見表1。 表1 1999年我國表面活性劑的消耗情況 應(yīng)用領(lǐng)域 消耗比例／% 洗滌劑及清洗劑 42.4 紡織與纖維 16.7 采礦、選礦及油田開采 5.2 化妝品與醫(yī)藥工業(yè) 8.3 油漆及塑料工業(yè) 4.5 食品及飲料工業(yè) 4.5 金屬加工業(yè) 2.9 植物保護(hù)與蟲害防治 3.3 造紙工業(yè) 2.2 皮革與皮毛工業(yè) 1.1 其他 9.0 由于產(chǎn)品檔次不高，與發(fā)達(dá)國家相比，我國表面活性劑在醫(yī)藥、農(nóng)藥、造紙等行業(yè)的消耗比例偏低，而且主要通過進(jìn)口來滿足需要。 2國外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 表面活性劑行業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，其發(fā)展水平已被視為各國高新化工技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要標(biāo)志，并成為當(dāng)今世界化學(xué)工業(yè)激烈競爭的焦點(diǎn)。目前，發(fā)達(dá)國家在該領(lǐng)域的研究已具備了完整的體系，能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品研究開發(fā)多樣化、系列化，開發(fā)力度非常大，并且開發(fā)理念已突破傳統(tǒng)意義上的表面活性劑。 以表面活性劑在農(nóng)藥中應(yīng)用為例，國外通過表面活性劑對除草劑活性作用的研究表明，表面活性劑并非只單純地降低藥液的表面張力，以提高藥量而達(dá)到增效的目的，若針對各種藥劑特性，采用適當(dāng)種類和濃度的表面活性劑還可以促進(jìn)藥劑對植物的滲透作用，且對藥劑具有增溶作用，可見有選擇性地開發(fā)和應(yīng)用表面活性劑，可望達(dá)到對藥劑增效、節(jié)約用藥、減少對環(huán)境污染和降低防治成本的目的。 表面活性劑在醫(yī)藥中也有廣泛的用途，它對藥物的吸收有著明顯的影響，研究發(fā)現(xiàn)表面活性劑的存在可能增加藥物的吸收也可能降低藥物的吸收，還應(yīng)考慮到表面活性劑與蛋白質(zhì)的相互作用、毒性、刺激性等。 國外一些著名的表面活性劑公司在2l世紀(jì)初的發(fā)展趨勢見表2。從表2中可以看出，國外主要研究方向?yàn)榘踩睾秃鸵咨锝到獾漠a(chǎn)品。如糖苷類表面活性劑，由于原料來自天然、性能優(yōu)良、低毒低刺激、易生物降解而得到迅速發(fā)展。據(jù)報(bào)道，1994-1999年在美國家用洗滌劑、器皿用洗滌劑中的糖苷類表面活性劑平均每年增長15%，1993-1998年西歐以砂糖為基質(zhì)的表面活性劑平均每年增長20%。而我國這方面的研究工作才剛剛起步，產(chǎn)業(yè)化幾乎是空白。 表2 21世紀(jì)初國外主要表面活性劑公司開發(fā)方向 公司 開發(fā)方向 DOW 雙磺酸鹽結(jié)構(gòu)的DOWFAX表面活性劑，溫和、低毒、易生物降解 CRODA 牛磺酸／肌氨酸鹽，植物基的醚胺季銨鹽，與陰離子型配伍性好 COGNIS 烷基多糖苷 UNIQEMA MONASIL，可用于提高產(chǎn)品的硅氧烷活性 CLARIANT 椰油基羥乙基磺酸鈉，革新工藝，降低成本 NORMAN PEG-2椰油酰胺，減少副反應(yīng) AJINOMOTO 基于氨基酸的表面活性劑 STEPAN 開發(fā)溫和、多功能產(chǎn)品，如ML系列多功能陽離子產(chǎn)品 CLEVRON 開發(fā)C12-24的AO產(chǎn)品，使產(chǎn)品易干燥和處理 LONZA 殺菌皂領(lǐng)域的開發(fā)研究 3我國表面活性劑領(lǐng)域的現(xiàn)狀 在表面活性劑領(lǐng)域，我國的研究開發(fā)能力和產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)都還比較薄弱，與國外水平差距很大，尤其在高新技術(shù)領(lǐng)域差距更大，這主要表現(xiàn)為產(chǎn)品品種單一落后，生產(chǎn)規(guī)模小，產(chǎn)品配套能力差，缺少系列化產(chǎn)品的研究開發(fā)能力。由于產(chǎn)品的質(zhì)量和性能不能滿足許多高新技術(shù)產(chǎn)品的要求，缺少能夠帶動相關(guān)行業(yè)發(fā)展的表面活性劑及助劑的研究開發(fā)和生產(chǎn)能力，客觀上阻礙了我國精細(xì)化工行業(yè)的健康發(fā)展。雖然我國對表面活性劑及助劑行業(yè)投入了大量的建設(shè)改造資金，但原來產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性缺陷仍未得到有效的改善，具體表現(xiàn)為產(chǎn)品品種少、檔次低。例如非離子表面活性劑目前占主導(dǎo)地位的仍然是脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯酯、聚氧乙烯聚氧丙烯二醇醚等，其中許多都是國外20世紀(jì)的主導(dǎo)產(chǎn)品，有些品種早已淘汰，如壬基酚聚氧乙烯醚系列產(chǎn)品由于不易生物降解，會造成環(huán)境污染，在民用洗滌產(chǎn)品中已不再使用。我國表面活性劑行業(yè)的現(xiàn)狀從表3中可以略見一斑。目前我國液體洗滌劑和洗衣粉等行業(yè)所用的醇醚基本為引進(jìn)裝置生產(chǎn)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和技術(shù)都較落后，這一方面是由于宏觀調(diào)控造成投產(chǎn)時(shí)間集中，使企業(yè)開工不足，造成不堪還貸重負(fù)的局面，另一方面科研開發(fā)及成果工程化能力薄弱也是一個(gè)主要因素。 表3 國內(nèi)引進(jìn)的乙氧基化反應(yīng)工程裝置 廠家 生產(chǎn)能力/ 工藝 投產(chǎn) 生產(chǎn)狀況 萬t/a 技術(shù) 日期 北京合成化學(xué)廠 0.6 Press2 1988年 停產(chǎn) 沈陽石油化工廠 1.0 Press1 1988年 停產(chǎn) 北京羅地亞公司 3.6 Buss 1998年 正常生產(chǎn) 吉林聯(lián)合石化公司 6.0 Press3 1994年 60%負(fù)荷 撫順醇醚化學(xué)廠 3.2 Press2 1994年 停產(chǎn) 金陵石化化工二廠 1.7 Press3 1996年 65%負(fù)荷 南京康迪雅化學(xué)有限公司 1.5 Press2 1994年 80%負(fù)荷 安徽貝斯特輕工化學(xué) 3.3 Press2 1998年 停產(chǎn) 有限公司 上海漢高油脂化學(xué)品 3.0 Press2 1994年 70%負(fù)荷 有限公司 上海化工助劑廠 1.5 Press3 1994年 停產(chǎn) 4我國表面活性劑行業(yè)的發(fā)展趨勢 表面活性劑作為精細(xì)化工的主要分支，其規(guī)模發(fā)展將在全球尤其亞太地區(qū)呈穩(wěn)步增長趨勢，表面活性劑在全球穩(wěn)定增長的趨勢為我國相關(guān)行業(yè)的發(fā)展和壯大提供了良好的外部環(huán)境，但由于與發(fā)達(dá)國家在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與技術(shù)上的差距，行業(yè)也面臨著嚴(yán)峻的考驗(yàn)。隨著表面活性劑在工業(yè)和民用領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣，對品種和性能也提出了越來越高的要求，開發(fā)新品種以滿足環(huán)境保護(hù)需要以及尋求有表面活性性能個(gè)性特點(diǎn)的化合物已經(jīng)變得非常重要，唯有如此，才能使我國將來在該領(lǐng)域占有應(yīng)有的地位，這需要我國對現(xiàn)有的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)要加大力度進(jìn)行該領(lǐng)域的新產(chǎn)品開發(fā)，提高工程化能力。 結(jié)合我國表面活性劑的應(yīng)用領(lǐng)域及現(xiàn)有的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，參考其品種的國際走勢，預(yù)計(jì)未來 幾年我國現(xiàn)有主要品種的變化趨勢見表4。 表4 我國現(xiàn)有表面活性劑的變化趨勢 類型 品 種 變化趨勢 陰離子表面活性劑 肥皂 保持 烷基苯磺酸鹽 減少 脂肪醇硫酸鹽 增加 烷基磺酸鹽 減少 非離子表面活性劑 脂醇醚 增加 烷基多苷 增加 葡糖酰胺 增加 烷基酚醚 停止使用 陽離子表面活性劑 雙十八烷基二甲基氯化銨 減少 酯基季銨鹽 保持 兩性離子表面活性劑 甜菜堿 保持 國外表面活性劑的主要研究方向?yàn)榘踩睾汀⒁咨锝到猓覈谶@方面的工作才剛剛起步。為適應(yīng)國際發(fā)展潮流，有必要組成專業(yè)性較強(qiáng)的表面活性劑工程研究中心，系統(tǒng)地進(jìn)行新產(chǎn)品開發(fā)和工程化研究。由于表面活性劑產(chǎn)品品種多，應(yīng)用范圍廣，且由于我國在該領(lǐng)域基礎(chǔ)薄弱，所涉及的亟待解決的問題也多，筆者認(rèn)為應(yīng)首先注重以下問題的解決： 系統(tǒng)開發(fā)安全、溫和、易生物降解、具有特殊作用的表面活性劑，研究其構(gòu)效關(guān)系，為新型產(chǎn)品的開發(fā)和應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。 重點(diǎn)開發(fā)糖苷類表面活性劑，糖苷有多個(gè)游離羥基，類似多元醇，可開發(fā)各種多元醇類和醇類表面活性劑。 系統(tǒng)研究開發(fā)大豆磷脂類表面活性劑，磷脂既有表面活性，又有生物活性，是特種表面活性劑，其應(yīng)用領(lǐng)域已延伸到食品、醫(yī)藥、化妝品和多種工業(yè)助劑。 開發(fā)蔗糖脂肪酸酯系列產(chǎn)品，蔗糖脂肪酸酯是以8個(gè)羥基蔗糖為親水基，以置換了蔗糖羥基的脂肪酸部分為憎水基的非離子表面活性劑，是通過蔗糖與脂肪酸酯交換反應(yīng)形成的。除單酯外，某種條件下可生成二酯和三酯。蔗糖脂肪酸酯可作食品添加劑（乳化劑），具有無毒、無臭、無刺激性、易生物降解性等優(yōu)點(diǎn)，其洗凈力不大，但有W／0型乳化、增溶、起泡等多種性能，并且有抑制淀粉沉降和油脂結(jié)晶轉(zhuǎn)變的作用。 對現(xiàn)有產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝進(jìn)行改造，提高工業(yè)安全性，如傳統(tǒng)的攪拌乙氧基化反應(yīng)器經(jīng)常爆炸，產(chǎn)品質(zhì)量較差，很有必要進(jìn)行技術(shù)改造。 研究表面活性劑在工業(yè)催化方面的應(yīng)用，重點(diǎn)對酯化、磺化、烷基化、硝化反應(yīng)專用的新型、高效、環(huán)境友好的催化劑進(jìn)行開發(fā)研究，以降低工業(yè)生產(chǎn)成本。 高相比表面活性劑的研究與開發(fā)。 加強(qiáng)復(fù)配技術(shù)的研究，開拓已有產(chǎn)品的應(yīng)用范圍。