阳离子表面活性剂的应用研究
摘要：简要介绍了阳离子表面活性剂优异的杀菌性和容易吸附于一般固体表面的性质，重点论述了阳离子表面活性剂在石油化工、洗涤工业、复合材料添加剂等方面的广泛应用。
关键词： 阳离子表面活性剂；应用；环保
中图分类号：X830.2 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2017）04-0162-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.04.077
Abstract： Introduced cationic surfactants excellent bactericidal and easily absorbed in the general nature of the solid surface， with emphasis on the cationic surfactants in the petroleum chemical industry， cleaning industry， composite materials， extensive use of additives， environmental protection etc.
Keywords：Surfactants；Cationic surfactants；application
1 阳离子表面活性剂的性能及发展概况
表面活性剂一般富集于表面，并能大大降低溶剂的表面张力，改变体系的表面状态。 [1～3]阳离子表面活性剂是疏水基通过共价键与带正电的亲水基相连的表面活性剂。阳离子表面活性剂与其它类型的表面活性剂相比，除了其表面活性剂的差异，阳离子表面活性剂具有两个显著特性，优异的杀菌性及容易吸附于一般固体表面的性质。[4～5]因此阳离子表面活性剂具有良好的乳化、润湿、洗涤等性能外，还具有特殊的杀菌、柔软、抗静电、抗腐蚀等性能。
表面活性剂是上个世纪40年代初开发研制，是很多工业部门必要的化学助剂。其用量虽小但是收效甚大，被誉为“工业味精”。 目前，表面活性剂在从一般工业辅助剂产品开始向独立的精细化学品发展。改革开放以来，我国大力发展工业，表面活性剂工业得到了迅速的发展，但是由于刚起步，与发达国家比起来还是有很大差距，尤其是阳离子表面活性剂更加落后。
2 阳离子表面活性剂的应用
2.1 在洗涤剂工业中的应用
洗涤随着社会的发展不断地演变和进化，洗涤用品也随着发展。比如皂角，从天然的洗涤用品到香波的出现，是一个突破的发展。 [6] 并且因为带有正电荷的季铵盐所以对皮肤和头发具有强吸附性，并对头发有抗静电调理功能。分子链越长，头发的湿梳性、滑爽性、柔软性及光泽越好；亲水的聚醚链越多，用于香波中亲水性、保湿性越好，起泡越丰富；季铵盐基团越多越易附着在头发上，头发的干梳性越好。此类表面活性剂，既可使泡沫稳定，又可改善头发的梳理效果[7]。
2.2 阳离子表面活性剂在原油开采中的应用
表面活性剂在原油开采中有广泛的用途，在钻井、固井、采油、原油破乳、集输、炼油等生产过程中，使用表面活性剂，对于保证钻井安全，提高原油采收率、油品质量、生产效率及防备防护和运输等起着重要作用。钻井液的性能对钻井效率、防止事故起关键作用，而泥浆的好坏与表面活性剂的使用有密切关系。阳离子表面活性剂由于其独特的性能在原油开采中发挥了重要性能[7]。
2.2.1 油田杀菌剂
在油田的注水中，所用的油田污水或者天然水中含有大量的微生物，如藻类、菌类、细菌等。其中细菌的存在危害最为严重，注水会使细菌进入地层，由于细菌的繁殖、生长和代谢不但能引起设备的严重腐蝕，还能堵塞设备，严重会造成油井完全闭塞和干涸。在其中加入阳离子表面活性剂对油田用水进行处理，通过加强药剂在细菌体的吸附作用，从而增强它的杀菌效果。可以大大降低油井内设备的腐蚀率，又不至于堵塞油田流动。
2.2.2 油田堵水剂
采收原油，遇到油水同层时，应使用选择性封堵水剂。遇到油水不同层时，使用非堵水剂堵水。阳离子表面活性剂是一种常用的选择性封堵剂，当它进入水层时，阳离子表面活性剂吸附在被水冲刷出来的砂岩表面，使出水层位由亲水转变为亲油，增加了水的流动阻力，起到了堵水的作用。
2.2.3 原油破乳剂
主要是水包油型乳化原油破乳剂，这类破乳剂是随着第三次采油的发展而发展起来的，阳离子表面活性剂是通过与原油中的阴离子乳化剂反应，中和掉了原来稳定于油水界面上的乳化剂，从而改变其亲水油的平衡值或者是改变水湿性粘土颗粒的湿润性，达到破乳的目的。由于不同的破乳剂有不同的破乳机理，因此水包油型乳化原油破乳剂多采用复配使用，如季铵盐型阳离子表面活性剂与盐复配使用。
2.3 阳离子表面活性剂在材料合成中的应用
在材料科学中，随着新技术革命的发展，特别是尖端新技术对新材料的迫切需求，不断发展新的工艺和方法材料，阳离子表面活性剂作为有机模板剂在材料合成中越来越引起人们的重视。
2.3.1 在中孔分子筛合成中的应用
中孔分子筛是指以表秒活性剂为模板剂，利用溶胶-凝胶、乳化或者微乳等化学过程，通过有机物和无机物之间的界面作用组装生成的一类无机多孔材料。材料大大超出了常规分子筛的孔径范围且稳定性好。
2.3.2 在复合材料合成中的应用
很多阳离子表面活性剂在粘土矿物改性中发挥了巨大的作用，为了得到性能优异的各种有机-无机纳米复合材料，对粘土预处理是非常重要的。各种阳离子表面活性剂在粘土的改性中发挥了巨大的作用，通过长链季铵盐表面活性剂与粘土矿物晶片层间可进行阳离子间的离子交换反应，使表面活性剂离子进入粘土矿物晶片层间，从而制得有机化的粘土矿物。和一般有机-无机填充材料相比，含有少量无机成分的聚合物-粘土纳米复合材料表现出突出的力学性能、热性能和阻隔性能。由于无机含量少，质量一般较轻，另外聚合物-粘土纳米复合材料还具有防火、防腐、防渗漏和耐磨等优良性能。
2.4 阳离子表面活性剂在防锈中的应用
金属除了在大气中，水中、土壤中也会发生腐蚀，给国家造成重大的经济损失。防止腐蚀主要是控制腐蚀速度和防止腐蚀发生的问题。应用缓蚀剂和防锈剂来控制和防止金属腐蚀，其优点是用量少，设备简单，使用方便，投资少，见效快。缓蚀剂是加在水溶液或其他腐蚀性的介质中的，分为无机缓蚀剂和有机缓蚀剂，后者是表面活性剂。防锈添加剂是油溶性表面活性剂，有机胺类和阳离子表面活性剂是常用的有机缓蚀剂和防锈剂。
2.5 阳离子表面活性剂在矿物浮选中的应用
浮选是在气-液-固三相界面分选的一门学科，上个世纪多数矿物质分离都用这个方法，在浮选过程中，要选择捕收剂使给定的矿物从其他矿物中分离出来，然后加入调节剂使他们分开。而典型的捕获剂一般就是表面活性剂。浮选中一般用的多的是脂肪胺及其盐、松香胺、季铵盐、二胺及多胺类化合物等阳离子表面活性剂。
2.6 在环保中的应用
在环保污染处理技术方面，利用絮凝剂使其沉降或上浮作用进行固液分离以除去水相中的有害物质，该方法是目前分离处理技术中重要的方法之一。
2.7 阳离子表面活性剂在其他方面的应用
在工业循环水用杀菌剂，在水产养殖中也多用阳离子表面活性剂作为消毒剂，进行水体消毒。近代塑料加工高速发展，但是由于塑料及其制品容易因摩擦而产生静电，且电阻很高，在塑料制品中加入阳离子表面活性剂具有很好的抗静电性。此外，阳离子表面活性剂在建筑中也大有用途，阳离子聚合物乳液和水泥灰浆、沥青混合用于道路及其他材料表面的涂覆，各种材料的粘接，防腐衬里等。在分析化学中，加入适当的阳离子表面活性剂可以起到増溶、增敏、增稳、催化和抗干扰等化学作用。
3 结论
本文对阳离子表面活性剂的主要性能及在不同领域的应用进行了介绍。与阴离子表面活性剂和非离子型表秒活性剂相比，阳离子表面活性剂具有很好的杀菌、杀藻、防霉能力，而且抗菌谱广、用量少、刺激性低、毒性低、无异味、污染少。但是阳离子表面活性剂因其相对价格比较高，在无须阳离子表面活性剂的特殊性能的体系中，一般使用其他表面活性剂。在我们国家对阳离子表面活性剂领域的开发应用研究投入的还远远不够，與发达国家有着很大的差距。但是，随着我过工业化的发展，阳离子表面活性剂一定会呈现出更加广阔的前景。
参考文献
[1]Rubingh，D.N.，Holland P.M.surfactant Science Series，Cationic Surfactants：Physical Chemistry [M].New York：Marcel Dekker Inc，1990.
[2] Richmond，J M.Surfactant Science Series，Cationic Surfactants：Organic Chemistry [M].New York：Marcel Dekker Inc，1990.
[3]刘程，张万福.表面活性剂大全[M].北京：化学工业出版社，1994.
[4]赵国玺，表面活性剂物理化学[M].北京：北京大学出版社，1984.
[5]王一尘编译，阳离子表面活性剂.[M].北京：中国轻工业出版社，1980.
[6]梁梦兰，表面活性剂和洗涤剂.[M]北京：化学工业出版社，1997.
[7]倪宏志.化妆品用有机硅材料的发展动向及趋势[J].有机硅材料及应用，1996，10（2）：22-23.
作者简介：梁钟璇，女，研究方向为环境监测。
关键词： 阳离子表面活性剂；应用；环保
中图分类号：X830.2 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2017）04-0162-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.04.077
Abstract： Introduced cationic surfactants excellent bactericidal and easily absorbed in the general nature of the solid surface， with emphasis on the cationic surfactants in the petroleum chemical industry， cleaning industry， composite materials， extensive use of additives， environmental protection etc.
Keywords：Surfactants；Cationic surfactants；application
1 阳离子表面活性剂的性能及发展概况
表面活性剂一般富集于表面，并能大大降低溶剂的表面张力，改变体系的表面状态。 [1～3]阳离子表面活性剂是疏水基通过共价键与带正电的亲水基相连的表面活性剂。阳离子表面活性剂与其它类型的表面活性剂相比，除了其表面活性剂的差异，阳离子表面活性剂具有两个显著特性，优异的杀菌性及容易吸附于一般固体表面的性质。[4～5]因此阳离子表面活性剂具有良好的乳化、润湿、洗涤等性能外，还具有特殊的杀菌、柔软、抗静电、抗腐蚀等性能。
表面活性剂是上个世纪40年代初开发研制，是很多工业部门必要的化学助剂。其用量虽小但是收效甚大，被誉为“工业味精”。 目前，表面活性剂在从一般工业辅助剂产品开始向独立的精细化学品发展。改革开放以来，我国大力发展工业，表面活性剂工业得到了迅速的发展，但是由于刚起步，与发达国家比起来还是有很大差距，尤其是阳离子表面活性剂更加落后。
2 阳离子表面活性剂的应用
2.1 在洗涤剂工业中的应用
洗涤随着社会的发展不断地演变和进化，洗涤用品也随着发展。比如皂角，从天然的洗涤用品到香波的出现，是一个突破的发展。 [6] 并且因为带有正电荷的季铵盐所以对皮肤和头发具有强吸附性，并对头发有抗静电调理功能。分子链越长，头发的湿梳性、滑爽性、柔软性及光泽越好；亲水的聚醚链越多，用于香波中亲水性、保湿性越好，起泡越丰富；季铵盐基团越多越易附着在头发上，头发的干梳性越好。此类表面活性剂，既可使泡沫稳定，又可改善头发的梳理效果[7]。
2.2 阳离子表面活性剂在原油开采中的应用
表面活性剂在原油开采中有广泛的用途，在钻井、固井、采油、原油破乳、集输、炼油等生产过程中，使用表面活性剂，对于保证钻井安全，提高原油采收率、油品质量、生产效率及防备防护和运输等起着重要作用。钻井液的性能对钻井效率、防止事故起关键作用，而泥浆的好坏与表面活性剂的使用有密切关系。阳离子表面活性剂由于其独特的性能在原油开采中发挥了重要性能[7]。
2.2.1 油田杀菌剂
在油田的注水中，所用的油田污水或者天然水中含有大量的微生物，如藻类、菌类、细菌等。其中细菌的存在危害最为严重，注水会使细菌进入地层，由于细菌的繁殖、生长和代谢不但能引起设备的严重腐蝕，还能堵塞设备，严重会造成油井完全闭塞和干涸。在其中加入阳离子表面活性剂对油田用水进行处理，通过加强药剂在细菌体的吸附作用，从而增强它的杀菌效果。可以大大降低油井内设备的腐蚀率，又不至于堵塞油田流动。
2.2.2 油田堵水剂
采收原油，遇到油水同层时，应使用选择性封堵水剂。遇到油水不同层时，使用非堵水剂堵水。阳离子表面活性剂是一种常用的选择性封堵剂，当它进入水层时，阳离子表面活性剂吸附在被水冲刷出来的砂岩表面，使出水层位由亲水转变为亲油，增加了水的流动阻力，起到了堵水的作用。
2.2.3 原油破乳剂
主要是水包油型乳化原油破乳剂，这类破乳剂是随着第三次采油的发展而发展起来的，阳离子表面活性剂是通过与原油中的阴离子乳化剂反应，中和掉了原来稳定于油水界面上的乳化剂，从而改变其亲水油的平衡值或者是改变水湿性粘土颗粒的湿润性，达到破乳的目的。由于不同的破乳剂有不同的破乳机理，因此水包油型乳化原油破乳剂多采用复配使用，如季铵盐型阳离子表面活性剂与盐复配使用。
2.3 阳离子表面活性剂在材料合成中的应用
在材料科学中，随着新技术革命的发展，特别是尖端新技术对新材料的迫切需求，不断发展新的工艺和方法材料，阳离子表面活性剂作为有机模板剂在材料合成中越来越引起人们的重视。
2.3.1 在中孔分子筛合成中的应用
中孔分子筛是指以表秒活性剂为模板剂，利用溶胶-凝胶、乳化或者微乳等化学过程，通过有机物和无机物之间的界面作用组装生成的一类无机多孔材料。材料大大超出了常规分子筛的孔径范围且稳定性好。
2.3.2 在复合材料合成中的应用
很多阳离子表面活性剂在粘土矿物改性中发挥了巨大的作用，为了得到性能优异的各种有机-无机纳米复合材料，对粘土预处理是非常重要的。各种阳离子表面活性剂在粘土的改性中发挥了巨大的作用，通过长链季铵盐表面活性剂与粘土矿物晶片层间可进行阳离子间的离子交换反应，使表面活性剂离子进入粘土矿物晶片层间，从而制得有机化的粘土矿物。和一般有机-无机填充材料相比，含有少量无机成分的聚合物-粘土纳米复合材料表现出突出的力学性能、热性能和阻隔性能。由于无机含量少，质量一般较轻，另外聚合物-粘土纳米复合材料还具有防火、防腐、防渗漏和耐磨等优良性能。
2.4 阳离子表面活性剂在防锈中的应用
金属除了在大气中，水中、土壤中也会发生腐蚀，给国家造成重大的经济损失。防止腐蚀主要是控制腐蚀速度和防止腐蚀发生的问题。应用缓蚀剂和防锈剂来控制和防止金属腐蚀，其优点是用量少，设备简单，使用方便，投资少，见效快。缓蚀剂是加在水溶液或其他腐蚀性的介质中的，分为无机缓蚀剂和有机缓蚀剂，后者是表面活性剂。防锈添加剂是油溶性表面活性剂，有机胺类和阳离子表面活性剂是常用的有机缓蚀剂和防锈剂。
2.5 阳离子表面活性剂在矿物浮选中的应用
浮选是在气-液-固三相界面分选的一门学科，上个世纪多数矿物质分离都用这个方法，在浮选过程中，要选择捕收剂使给定的矿物从其他矿物中分离出来，然后加入调节剂使他们分开。而典型的捕获剂一般就是表面活性剂。浮选中一般用的多的是脂肪胺及其盐、松香胺、季铵盐、二胺及多胺类化合物等阳离子表面活性剂。
2.6 在环保中的应用
在环保污染处理技术方面，利用絮凝剂使其沉降或上浮作用进行固液分离以除去水相中的有害物质，该方法是目前分离处理技术中重要的方法之一。
2.7 阳离子表面活性剂在其他方面的应用
在工业循环水用杀菌剂，在水产养殖中也多用阳离子表面活性剂作为消毒剂，进行水体消毒。近代塑料加工高速发展，但是由于塑料及其制品容易因摩擦而产生静电，且电阻很高，在塑料制品中加入阳离子表面活性剂具有很好的抗静电性。此外，阳离子表面活性剂在建筑中也大有用途，阳离子聚合物乳液和水泥灰浆、沥青混合用于道路及其他材料表面的涂覆，各种材料的粘接，防腐衬里等。在分析化学中，加入适当的阳离子表面活性剂可以起到増溶、增敏、增稳、催化和抗干扰等化学作用。
3 结论
本文对阳离子表面活性剂的主要性能及在不同领域的应用进行了介绍。与阴离子表面活性剂和非离子型表秒活性剂相比，阳离子表面活性剂具有很好的杀菌、杀藻、防霉能力，而且抗菌谱广、用量少、刺激性低、毒性低、无异味、污染少。但是阳离子表面活性剂因其相对价格比较高，在无须阳离子表面活性剂的特殊性能的体系中，一般使用其他表面活性剂。在我们国家对阳离子表面活性剂领域的开发应用研究投入的还远远不够，與发达国家有着很大的差距。但是，随着我过工业化的发展，阳离子表面活性剂一定会呈现出更加广阔的前景。
参考文献
[1]Rubingh，D.N.，Holland P.M.surfactant Science Series，Cationic Surfactants：Physical Chemistry [M].New York：Marcel Dekker Inc，1990.
[2] Richmond，J M.Surfactant Science Series，Cationic Surfactants：Organic Chemistry [M].New York：Marcel Dekker Inc，1990.
[3]刘程，张万福.表面活性剂大全[M].北京：化学工业出版社，1994.
[4]赵国玺，表面活性剂物理化学[M].北京：北京大学出版社，1984.
[5]王一尘编译，阳离子表面活性剂.[M].北京：中国轻工业出版社，1980.
[6]梁梦兰，表面活性剂和洗涤剂.[M]北京：化学工业出版社，1997.
[7]倪宏志.化妆品用有机硅材料的发展动向及趋势[J].有机硅材料及应用，1996，10（2）：22-23.
作者简介：梁钟璇，女，研究方向为环境监测。
