一、分子结构与分类

1. 阴离子表面活性剂（应用最广）

• 结构特点：亲水基团带负电荷，在水中解离后产生阴离子活性成分。
• 常见类型：
  • 羧酸盐类：如硬脂酸钠（肥皂的主要成分），通式为 R-COONa；
  • 磺酸盐类：如十二烷基苯磺酸钠（LAS，洗衣粉的主要成分），通式为 R-SO₃Na；
  • 硫酸酯盐类：如十二烷基硫酸钠（K12），通式为 R-OSO₃Na。
• 特点：去污力强、价格低廉，易与钙镁离子结合（硬水中效果下降），主要用于洗涤剂、乳化剂。

2. 阳离子表面活性剂

• 结构特点：亲水基团带正电荷，在水中解离后产生阳离子活性成分。
• 常见类型：
  • 季铵盐类：如十六烷基三甲基溴化铵（CTAB），是最常用的阳离子表面活性剂，具有杀菌、柔软作用。
• 特点：水溶性差，但对带负电的表面（如纤维、细菌细胞膜）吸附力强，主要用于杀菌剂、织物柔软剂、抗静电剂。

3. 非离子表面活性剂

• 结构特点：亲水基团为非离子型（如羟基、醚键），在水中不解离，稳定性高。
• 常见类型：
  • 聚氧乙烯醚类：如脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO），通过环氧乙烷与脂肪醇聚合而成，亲水基团为聚氧乙烯链（-O-(CH₂CH₂O)ₙ-）；
  • 多元醇酯类：如失水山梨醇脂肪酸酯（司盘，Span）、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯（吐温，Tween），常用于食品、医药乳化剂。
• 特点：耐硬水、与其他类型表面活性剂相容性好，广泛用于化妆品、食品、纺织助剂。

4. 两性离子表面活性剂

• 结构特点：分子中同时带有正、负电荷基团，在不同 pH 值下可呈现阳离子或阴离子特性。
• 常见类型：
  • 甜菜碱类：如十二烷基二甲基甜菜碱，通式为 R-N⁺(CH₃)₂-CH₂COO⁻；
  • 氨基酸型：如十二烷基氨基丙酸，通式为 R-NH-CH₂CH₂-COOH。
• 特点：温和无刺激、耐酸耐碱，与其他表面活性剂相容性好，主要用于婴幼儿洗涤剂、洗发水、化妆品。

二、核心作用原理

1. 降低表面 / 界面张力：亲水基团朝向水相，疏水基团朝向空气或油相，定向排列在界面，削弱分子间引力，使表面张力从纯水的 72mN/m 降至 30-40mN/m（如洗洁精可使水的表面张力降至 30mN/m 左右）。
2. 胶束形成：当浓度超过 “临界胶束浓度（CMC）” 时，表面活性剂分子自发聚集形成胶束（疏水基团向内，亲水基团向外），可包裹油滴、固体颗粒或难溶物质，实现乳化、增溶、去污等作用。

三、主要应用功能

1. 去污作用（如洗涤剂）：
   • 疏水基团吸附油污，亲水基团与水结合，通过机械搅拌使油污被胶束包裹并分散到水中，脱离被清洁表面（如衣物、餐具）。
2. 乳化作用（如化妆品、农药）：
   • 使互不相溶的液体（如油和水）形成稳定乳状液：O/W 型（水包油，如牛奶、面霜）或 W/O 型（油包水，如黄油、防晒霜）。
3. 发泡作用（如洗发水、泡沫灭火剂）：
   • 吸附在气 - 液界面，形成坚韧的液膜包裹气泡，维持泡沫稳定（泡沫可增加表面积，增强去污或灭火效果）。
4. 润湿作用（如纺织助剂、农药）：
   • 降低液体对固体表面的接触角（如农药中的表面活性剂使药液在叶片表面铺展，避免滚落，提高吸收效率）。
5. 增溶作用（如医药、食品）：
   • 难溶性物质（如维生素、香料）被包裹在胶束内部，溶解度显著提高（如维生素 E 在水中的溶解度极低，加入吐温后可形成透明溶液）。

四、典型应用领域

五、环境与安全特性

• 生物降解性：多数天然来源的表面活性剂（如肥皂）可生物降解，而部分合成产品（如支链烷基苯磺酸盐）难降解，易造成水体污染（目前已被直链 LAS 替代）。
• 安全性：阳离子表面活性剂（如季铵盐）具有一定杀菌性，高浓度时对水生生物有毒；非离子和两性离子表面活性剂相对温和，广泛用于化妆品和食品。

总结