生物碳源的表面活性剂的发展和意义

摘要:本文介绍了不依赖石油的表面活性剂品种以及生产方法、用途、意义。 
　　关键词:表面活性剂 石油 绿色可再生原料 
　　中图分类号:TQ42 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)05(c)-0091-02 
　　目前表面活性剂大多数是石油化工产品,如使用量最大烷基苯磺酸钠(LAS),是石油产品烷基苯磺化后中和的产物;非离子表面活性剂合成醇聚氧乙烯醚(AEO),是合成脂肪醇和乙烯衍生物乙二醇聚合反应而成,合成脂肪醇是石油产品乙烯通过链增长催化氧化加氢还原制成。石油是不可再生资源,会越来越稀缺,一些能源研究机构人为,目前全球的石油储量只够供人类开采一两百年,另一些甚至悲观人为只够几十年,因此节约石油资源是当务之急。以石油为原料生产的表面活性剂通过排放环境中,最终会通过生物降解增加二氧化碳的排放。绿色植物里的皂苷类成分是天然表面活性剂,可以用于洗涤用品、化妆品;农作物中的淀粉和油料作物油脂可以加工制成日用化工的各种表面活性剂,可以代替石油合成的表面活性剂。利用生物提取表面活性剂或者作为表面活性剂的碳链来源有重要意义,因为如果植物生长和采集利用达到某种平衡,不会增加二氧化碳的排放,同时可以节约石油资源。生物资源属于可再生资源,未来的方向以生物资源为原料生产多种表面活性剂,下面介绍几种不消耗石油的绿色表面活性剂以及制备方法。 
　　1 纯天然绿色表面活性剂 
　　1.1 茶皂素 
　　茶皂素又名茶皂甙,是由山茶树种子中提取出来的一类醣甙化合物,是一种性能良好的天然表面活性剂,有较强的表面活性,抗硬水能力和起泡能力均很高。茶皂素具有乳化、去污、润湿、分散、起泡等多种功能。用茶皂素直接洗涤织物,可保持织物的艳丽色彩,并有保护织物作用;用于洗发剂,具有洗发、护发、乌发及去头屑、防脱发的功能。其乳化能力超过油酸皂、烷基磺酸盐及聚氧乙烯脂肪醇醚等乳化剂,是一种优异的天然表面活性剂。多应用于高档的洗发用制剂和洗涤用品。茶皂素在农业上用于农药助剂,畜牧业上可用于饲料添加剂,有抗虫杀菌作用①。生产方法:山茶树果榨油后的粕,用热水提取,乙醇沉降,干燥后制得。 
　　1.2 皂角苷 
　　皂角苷是存在于植物界的以多环式化合物为配基的配糖体的总称。配基称为皂角苷配基,糖的成分通常是D-葡萄糖,D-半乳糖,L-阿拉伯糖,但也有以甲基戊糖和糠醛酸等作为糖成分的。大多数皂角苷是无定形粉末,水溶液具有持续产生泡沫的性质。可用于作为洗涤剂、化妆品、乳化剂、发泡剂。它存在于皂荚树种子、大豆、桔梗根、甘草的根茎、黄芪根、人参根、绞股蓝叶、田七根等植物。用水或者溶剂提取。 
　　2 以生物原料为表面活性剂的碳链,人工合成的表面活性剂 
　　2.1 α-磺基脂肪酸甲酯钠盐(MES) 
　　MES以天然可再生油脂为原料制成的绿色表面活性剂,生物降解率近100%,具有较高的表面活性,耐硬水,湿润、起泡、钙皂分散力、去污性能都很优越,在硬水中的去污力大于LAS,可以取代LAS,综合性能接近脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES),有望成为未来的主力表面活性剂。MES可用于洗衣粉、餐具洗涤剂、家用多功能液体洗涤剂、作为钙皂分散剂加入肥皂。MES生产方法:由人畜粪便或者农作物废弃的苗杆产生的沼气,主要含甲烷,甲烷催化氧化成甲醇,和天然油脂酯交换制得脂肪酸甲酯、脂肪酸甲酯磺化后制得。 
　　2.2 蔗糖脂肪酸酯(SE) 
　　蔗糖酯是蔗糖和天然脂肪酸酯化反应制成的,所用原料均属于可再生资源,通过控制脂肪酸的碳数和酯化度,或者对不同酯化度的蔗糖进行混配,可以获得HLB从1-19的产品,应用相当广泛。蔗糖可以在体内分解为脂肪酸和葡萄糖作为营养吸收,对眼、皮肤刺激小,无毒,生物降解性好,是安全的食品添加剂,蔗糖酯乳化、湿润去、污力良好,可以作为食品、化妆品的乳化剂,也可以用作洗涤剂,特别应用于果蔬洗涤,和婴儿洗涤用品。 
　　2.3 烷基苷(APG) 
　　烷基苷是一种非离子表面活性剂,对皮肤刺激性弱,可以降低AES、LAS的刺激性,可以和各种表面活性剂配伍,能够提高其他表面活性剂的起泡性,且润湿、去污力较好,及明显的增稠作用,所以它的应用领域广泛。洗衣粉中应用可以抗硬水、提高去污力;用于餐洗剂,起泡性能好,去污效果好,对皮肤温和,易漂洗;用于沐浴露洗发香波可以提高洗涤剂粘度、增进泡沫、降低刺激、提供良好的肤感;其温和性能适用于婴幼儿洗涤用品。APG由淀粉水解产物葡萄糖和由天然油脂加氢还原的脂肪醇醚化而得,原料来自农产品。 
　　2.4 天然醇聚氧乙烯醚(AEO) 
　　AEO是目前广泛使用的主流非离子表面活性剂,具有优异的抗硬水、湿润、乳化、去污性能,生物降解率比较高,广泛应用于工业净洗剂、洗衣粉、洗衣液、硬表面清洁剂、重垢清洗剂里面,具有提高阴离子表面活性剂的去污性能。壬基酚聚氧乙烯醚因为生物降解性差和对水生物的毒性,使用的场合越来越少,渐渐被AEO所代替。AEO除了石油化工合成以外,还有一种绿色的合成路线:天然油脂水解成脂肪酸,脂肪酸加氢还原成脂肪醇,脂肪醇和环氧乙烷聚合制得,目前已经有上市公司生产生物环氧乙烷,用玉米淀粉发酵制成生物乙醇,乙醇脱水制成乙烯,乙烯氧化成环氧乙烷为AEO聚合原料。合成醇AEO与天然醇AEO产品质量、生产工艺指标、表面张力与润湿力、生物降解性与安全性等方面进行比较,认为合成醇AEO与天然醇及AEO的性能基本相同,合成醇可以替代天然醇使用。 
　　2.5 天然醇聚氧乙烯醚硫酸钠/铵(AES) 
　　AES是一种使用很广泛的主流表面活性剂,具有优良的去污、乳化、发泡性能和抗硬水性能,对皮肤温和。用途:广泛应用于香波、浴液、餐具洗涤剂、洗衣液等洗涤化妆用品;用于纺织工业润湿剂、清洁剂等。绿色合成方法:使用天然原料制成的AEO(1-3EO)和三氧化硫硫酸化,在用碱或者氨水中和。 
　　3 微生物发酵表面活性剂 
　　3.1 鼠李糖脂 
　　铜绿假单胞菌可利用不同碳链脂肪酸生成鼠李糖脂,鼠李糖脂是一种阴离子表面活性剂。鼠李糖脂具有乳化、破乳、消泡、 洗涤、分散与絮凝、抗静电和润滑等多种功能。鼠李糖脂对微生物、动物和人类安全,可以有效降解原油中至少5种多环芳香族碳氢化合物,对清除环境污染物有重要意义,在医药、食品、日化领域具有极大的应用潜力。生产方法:植物油渣或者地沟油加菌种发酵,目前国内已经有年产2000吨鼠李糖脂生产厂家。 
　　3.2 槐糖脂 
　　槐糖脂是一种生物表面活性剂,发酵法生产的槐糖脂已经获得商业化。槐糖脂性质温和,毒性低,具有良好的乳化、分散、杀菌、增溶等特性,表面活性可与APG相媲美,对人体和环境安全,可在自然环境中降解,可以处理水和土壤的油污污染,在食品、医药、化妆品、日化洗涤、环境保护、石油开采有广泛的应用价值。槐糖脂是硬面等低泡洗涤理想表面活性剂。槐糖脂目前国内有商业化生产。生产方法:原料来源广泛:淀粉、糖、天然油脂、动物乳都可以做为碳链来源,加菌种发酵后提纯制得。 
　　由于原油的日渐短缺,使用天然可再生的动植物原料做为表面活性剂的碳源,是节能减排、维持人类可持续发展的重要措施。用天然材料生产表面活性剂,具有原料综合利用高,温和、生物降解性好的特点.特别是天然醇聚氧乙烯醚、α-磺基脂肪酸甲酯钠盐、天然醇聚氧乙烯醚硫酸钠等主流表面活性剂的碳源使用绿色路线,不仅可以节约大量的石油资源,而且促进了绿色表面活性剂的产业化,改善了纯天然表面活性剂的颜色不佳应用范围窄的局限性。目前,纯天然表面活性剂主要应用个人护理,天然醇产量已经超过合成醇,生物甲烷和生物环氧乙烷在原油超过80美金每桶时有价格优势,生物表面活性剂价格稍微高点,产业化程度不高,处于初始阶段。 
　　参考文献 
　　[1] 刘晓仙,何杨林,刘芳珍.茶皂素的应用综述[J].蚕桑茶叶通讯,2007,2. 
　　[2] 宋沐.合成醇与天然醇及其衍生物性能比较[J].日用化学工业,1995,6.