洗发水、沐浴露、洁面乳是我们日常都会接触到的洗护类产品，但了解它功效和原理的人并不多。今天，就让我来给大家科普一下，这类产品发挥作用的核心成分是什么？


从大多数洗护类产品的成分背标上我们可以看到，除了水以外，排在前面的大多数都是月桂醇聚醚硫酸酯钠、椰油酰胺丙基甜菜碱、椰油酰甘氨酸钠等成分。排位越靠前说明这些成分在该产品中的占比越大，对整个产品体系架构发挥着核心的作用，上述的这些成分的使用目的都是表面活性剂，也就是我们常说的表活。

表面活性剂与人们生活息息相关，在工业各个领域的发展中也起着重要的作用。这类物质具有良好的润湿、乳化、去污、分散及渗透等功能。下文将向大家简单介绍一下表面活性剂。

1、表面活性剂的概述


表面活性剂应当是这样一类物质，在加入量很少时即能明显降低溶剂（通常为水）的表面（或界面）张力，改变物系的界面状态，能够产生润湿、乳化、起泡、增溶及分散等一系列作用，从而达到实际应用要求。

1.1 表面活性剂的分类


表面活性剂的品种有很多，可以从不同的角度进行分类。例如按离子类型分类可分为非离子型和离子型，离子型又可分为阴离子、阳离子和两性表面活性剂。按表面活性剂的特殊性分类可分为碳氟表面活性剂、含硅表面活性剂、高分子表面活性剂、生物表面活性剂、冠醚表面活性剂。此外还可以按照亲水基结构、疏水基种类分类等等。


2、表面活性剂的结构特点


表面活性剂分子通常由两部分构成：一部分是疏水基团（hydrophobic group）,它是由疏水、亲油的非极性碳氢链构成，也可以是硅烷基、硅氧烷基或碳氟链；另一部分是亲水基团（hydrophilic group）,通常由亲水、疏油的极性基团构成。这两部分分子处于表面活性剂分子的两端，形成不对称结果。因此，表面活性剂分子是一种双亲分子，具有既亲油、又亲水的双亲性质。

当它们在溶液中以很低的浓度溶解分散时，优先地吸附在溶液的表面或其他界面上，形成定向排列的表面层。使表面或界面张力（或自由能）显著降低，改变体系的界面状态；当达到一定浓度时，溶液中缔合成胶团，从而直接地产生润湿或反润湿、乳化或破乳、起泡或消泡、分散、加溶和洗涤等作用。（如下图所示）

3、表面活性剂的作用原理


从表面活性剂的定义可以看出，表面活性剂产生的特殊作用主要来源于两方面：一方面是降低体系的表面张力；另一方面是胶束的形成。



3.1 表面张力


表面或界面可看作是两种或两种以上不相混溶相的边界。在多相的体系中，尽管从理论上看，界面对其主体（界面以外部分）性质没有影响，但相之间的界面是决定整个体系特性和行为的主要因素。多相体系在科学和工业的各种应用都取决于相界面和相间反应的控制能力。


在化妆品实际应用中，遇到5种类型的界面，其中包括：固-气，液-气，固-液，液-液，固-固。习惯上，将包含一种气相和一种凝聚相的界面称为“表面”。在讨论表面活性剂对体系表面性质的影响时，主要是研究含有一种液相的分散体系。

如果没有外力的影响或影响不大时，液体总是趋向于成为球状，如水银珠和荷叶上的水珠那样。体积一定的几何形体中，球体的表面积最小，因此，一定量的液体自其他形状变为球形时就伴随表面积的缩小，从而降低表面自由能。故液体表面有自动收缩的趋势。


表面张力是由于液体表面范德华力不平衡引起的（如图2）。在液体内部，平均来说分子受到周围邻近分子的吸引力是对称和平衡的；但在液体表面，因为上面气相中分子的密度很小，它对液体分子的吸引力可以忽略，表面的分子只受到下面液相分子的吸引。结果，表面的分子总是尽力向液体内部挤，从而，使液体表面有张力，有自动收缩的倾向。当分子从内部移向表面时，必须克服表面分子所受到的指向内部的合力作用，故需要供给能量。增加液体的表面积就是把一定数量的内部分子变为表面上的具有较高能量的分子。为此，外界必须对体系做功，导致体系能量升高。对液体表面自由能做出贡献的分子间相互作用力随液体组成和状态而异，可以是范德华力的各种成分、氢键、金属键等。总之，表面上存在过剩能量和表面张力现象是构成界面的两体相性质不同和分子间存在相互作用的结果。

3.2 表面活性剂胶束

形成胶束是表面活性剂的重要性质之一，也是产生增溶、乳化、洗涤、分散和絮凝等作用的根本原因。

表面活性剂分子的亲油基团之间因疏水性存在显著的吸引作用，易于相互靠拢、缔合，从而逃离水的包围。当表面活性剂在溶液表面的吸附达到饱和后，它们便在溶液内部由分子或离子分散状态缔合成由数个乃至数百个离子或分子所组成的稳定胶束。此时，再提高表面活性剂的浓度已不能显著增加溶液中单个分子或离子的浓度，而只能形成更多的胶束。

在水介质中，表面活性剂将极性的亲水基团朝外形成与水接触的外壳，将朝内排列的非极性基团包在其中，使它们不与水接触。可见，胶束的形成实际是表面活性剂分子为缓和水和疏水基之间的排斥作用而采取的另一种稳定化方式，疏水作用导致表面活性剂在表面上的吸附和在溶液内部胶束的生成，其根本的决定因素是活性剂分子的双亲结构。


胶束的结构主要由内核和外壳两部分构成，对于离子型表面活性剂，外壳的外侧还有扩散双电层，但非离子胶束没有双电层结构。


在表面活性剂的溶液中，胶束与分子或离子处于平衡状态，它起着表面活性剂分子仓库的作用，在其被消耗时释放出单个分子或离子。另一方面，胶束自身能够产生乳化、分散及增溶等作用，因此表面活性剂通常在一定的浓度以上，即形成胶束时使用。

临界胶束浓度是衡量表面活性剂的表面活性和表面活性剂应用中的一个重要物理量。其定义为：开始形成胶束的最低浓度被称为临界胶束浓度，简称CMC。临界胶束浓度越小，表明此种表面活性剂形成胶束和达到表面（界面）吸附饱和所需的浓度越低，从而改变表面（界面）性质，产生润湿，乳化、起泡等作用所需的浓度也越低。可见，临界胶束浓度是表面活性剂溶液性质发生显著变化的“分水岭”。


总而言之，表面活性剂的很多应用均与胶束有关，详细内容将在后期介绍。


参考文献


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