1.3　表面活性剂的分子结构

1.3.1　表面活性剂的基本结构

表面活性剂分子通常由性质完全不同的两部分组成：非极性的亲油基团（疏水基团，hydrophobic group）和极性的亲水基团（疏油基团，hydrophilic group）。例如：十二烷基硫酸钠C₁₂H₂₅SO₄Na，其中C₁₂H₂₅—为亲油基（疏水基），—SO₄Na为亲水基（疏油基），如图1-3（a）所示。表面活性剂分子具有不对称结构，是一种双亲分子，具有既亲水、又亲油的双亲性质，也称为双亲化合物。

表面活性剂分子中至少有一个亲水基团和一个亲油基团，亲水基及亲油基在分子中的相对排列顺序可以是多样的，如亲水基位于亲油基的末端，也可移向中间任一位置，还可两者交替排列等，如图1-3（b）所示。

1.3.2　表面活性剂的亲水基

表面活性剂的亲水基对极性表面有明显的亲和性，亲水即易溶于水。亲水基种类很多，可分为离子型和非离子型两大类。离子型亲水基在水溶液中能离解为带电荷的、具有表面活性的基团和平衡离子；非离子型亲水基仅具有亲水性而不能在水中离解。表面活性剂的亲水基一般包括如下几类。

①羧酸盐：—COOM

②磺酸盐：—SO₃M

③硫酸（酯）盐：—SO₄M及聚醚硫酸（酯）盐RO（CH₂CH₂O）_nSO₃M

④磷酸（酯）盐及聚醚磷酸（酯）盐：

R（CH₂CH₂O）_nPO（OM）₂　 ［R（CH₂CH₂O）_n］₂PO（OM）

上述亲水基中，M为平衡离子，又称反离子，包括Na⁺、K⁺、H⁺、、胺、醇胺等。

⑤胺盐：包括伯胺盐—NH₂·HA、仲胺盐NH·HA和叔胺盐。其中，HA为无机酸（如HX、H₂SO₄、H₃PO₄等）或有机酸（如HCOOH、CH₃COOH等）。

⑥季铵盐：

其中，R₁、R₂、R₃至少有一个长链 C₈～C₁₈，R'为短链—CH₃、—C₂H₅，X^-为Cl^-、Br^-、、等。

⑦氨基酸：—N⁺H₂CH₂COO^-

⑧甜菜碱：—N⁺（CH₃）₂CH₂COO^-

⑨羟基：—OH

⑩醚键：由极性键或活泼氢化合物，如含—OH，—SH，—COOH，—NH₂，—NH—，—CONH₂，—CONH—等的化合物与环氧乙烷加成而得。

极性键：

1.3.3　表面活性剂的亲油基

表面活性剂的亲油基（疏水基）具有亲油性质，不溶于水，易溶于油。表面活性剂的亲油基团主要是烃类，可分为饱和烃和不饱和烃。饱和烃包括直链烷烃、支链烷烃和环烷烃，其碳原子数大都在8～20范围内；不饱和烃包括脂肪族烃和芳香族烃。表面活性剂的亲油基一般分为如下几类。

①直链烃基：C_nH_2n+1（n=8～20），包括饱和烃基和不饱和烃基

②支链烃基：C_nH_2n+1（n=8～20）

③烷基苯基：（R=C_nH_2n+1，n=8～16）

④烷基萘基（一般，R、R'=C_nH_2n+1，n=3～6）：

⑤间接连接型：上述①～④类亲油基中引入下列极性键

⑥含氟、全氟代烷基：上述①～⑤类亲油基上C—H被C—F全部或部分取代

⑦松香基

⑧木质素（造纸废液聚合物）

⑨硅氧烷：

⑩高分子量聚氧丙烷链：