“工業味精”:表面活性劑的工業應用
“表面活性劑”對于大多數知道其存在的人來說,它是肥皂/清洗劑/洗滌劑的同義詞。但實際并非如此。本世紀30至40年代,非洗滌劑工業對表面活性劑的應用進入早期快速發展期,隨后逐漸發展成今天的規模。其影響力相當深刻,應當充分認識到它的價值。
表面活性劑及其復配物的應用非常廣泛,使得其工業應用很難有明確的定義。這里所涉及的工業應用是指不在零售商店銷售,最終用戶不是個人的所有應用。它不包括食品、個人護理品以及藥物這類含重要非洗滌劑組分的市場,但包括像*液、懸浮聚合體、改性聚合物、農作物保護、土木工程、紙漿和造紙、石油提取和精煉、織物和皮革處理、工業和公用設施清洗、采礦、礦石浮選、金屬加工以及油漆/油墨/涂料等。
按此分類,1997年洗滌劑用表面活性劑及工業用表面活性劑兩大類產品在歐洲、日本和北美的消耗量分別為351萬噸和193.7萬噸,工業應用所占比率為36%。可見工業表面活性劑是很重要的部分,同時也是增長的部分。如1994~1997年間,歐洲的工業用表面活性劑消耗量的增長率(11.4%)是洗滌劑用表面活性劑增長率(4.5%)的兩倍多。
歷史上,現代工業表面活性劑的起源可追溯至30年代早期。那時,為開發丁苯橡膠生產中所用的脂肪酸替代物,采用了乙氧基化技術。后來由于化學工業的進步與工藝工程發展的結合,拓展了可得原料的范圍如環氧乙烷、烷基苯、烷基酚、脂肪醇和脂肪胺等,也提供了將這些原料轉變成具有更強去污性、耐硬水性、更好*化、潤濕和分散性的表面活性劑的手段。隨著消費者生活水平的提高以及工業生產尋求提高產量和產品質量、擴大產品范圍和降低成本,以及上述技術實現為背景,形成了一個巨大的潛在市場。表面活性劑至少可部分滿足上述要求。它的應用研究通過鑒別表面活性劑及其應用條件,將技術和市場有機地結合在一起。
50年代早期至70年代中期是表面活性劑的黃金時代。科學的發明仍然很多并很快應用于實際中。人們狂熱地研制新型表面活性劑并很快將其轉變成商業生產,同時意識到表面活性劑的充分潛能并通過創新獲取了利益。這一時期也是應用開始快速成長的時期。膠體化學中應用研究的孩提時代已經結束。通過采用已成熟的或新的表面活性劑的開發,科學家天才般地創造了值得贊譽的新產品和新工藝。現在,表面活性劑已成為我們所用的幾乎每一個產品制造過程中不可或缺的因素。
在工業應用中,表面活性劑的抗凝結(防霧)作用可應用于農業和食品包裝膜的生產中,用以增加農作物產量,減少植物損害,改進食品外觀并保護食品;在樹脂生產過程中,添加0.1%~1%的抗靜電表面活性劑可以減少灰塵聚集,改善加工過程;具有防銹性能的表面活性劑應用于潤滑劑、油漆中后,可提高操作安全性,降低維護成本,延長設備使用壽命;農藥*化劑和分散劑的應用提高了農藥的殺蟲力;為提高產量,減少廢物產生,提高聚合物質量,可利用表面活性劑的粒徑控制作用將其用于*液和懸浮聚合反應中。表面活性劑在工業應用中的主要特點是添加量小(0.1%~5%)、作用大。正確選擇和應用表面活性劑是取得理想結果的基礎。
現在約有65種主要的表面活性劑,它們都可用于工業產品和過程中,新工業表面活性劑的開發激勵著人們進行新的可能的市場研究,在此過程中,應用研究支持了表面活性劑市場的繼續增長并產生了新的商業化成就。
最近一代的助劑烷基多糖苷具有綜合性能,其中重要的是潤濕/分散性、環境友善性及配方相容性等。
聚合表面活性劑可用于高水含量的O/W型液壓液中,這種液壓液與純烷烴類油的性能相當,但卻明顯降低了火災的危險性并降低了成本。由聚合表面活性劑制備的超濃縮*液可提高生產的安全性并已應用于采礦中。密封膠和制陶業是這類表面活性劑的新應用領域。精密設計的配方可改善紡紗時人造纖維的潤濕性和抗靜電性,能以更快的速度紡紗并減少化學品的使用量。
以乙炔基和硅表面活性劑為基礎的復配物改變了油漆、油墨、涂料的泡沫控制步驟,通過限定分子傳遞的熱力學作用能使水從很難處理的原油中剝離出來,提高了油的質量,降低了水污染和化學品的使用量。分子模化技術已用于高性能配方如農作物保護超*液、選種、濃縮懸浮液或油漆、染料分散劑的設計。