天然表面活性剂多来自动植物体

. . 天然表面活性剂应用:高海宾、学号：092736摘要：天然表面活性剂在生活中，应用非常广泛，是化工生产产品中不可缺少的一部分，在科学领域有十分重要的应用价值。天然表面活性剂是工业生产向前发展的加速剂，有着巨大的商业价值。关键字:天然表面活性剂天然表面活性剂多来自动植物体,为较复杂的高分子有机物。由于其亲水性强,因而能形成乳浊液。而这类物质多有较高的粘度,有益于乳化稳定性。如卵磷脂、胆甾醇、羊毛脂、茶皂素、蛋白质、皂苷类、糖类与烷基多苷等。此类表面活性剂一般表面力能力较小,乳化能力也不尽相同。但有的具有较强的表面活性,如茶皂素、烷基多苷等,去污活性强,可直接应用于洗澡用品、洗发制剂。而大多数天然表面活性剂具有优良的乳化性能,且具有其他方面的特性和功能,在医药、食品、化妆品与洗涤用品等方面应用广阔。这类表面活性剂多数无刺激、无毒副作用,安全性能高,易生物降解,配伍性能好。是未来表面活性剂的发展方向,特别是在日化产品中有着广阔的应用前景。 1、卵磷脂卵磷脂存在于生物细胞中,如动物卵、脑等组织与植物的种子或胚芽中,卵黄磷脂从蛋黄中提取;大豆中含有丰富的卵磷脂。卵磷脂具有乳化、分散、抗氧化等生理活性,是天然优良的表面活性剂,重要的乳化剂。其具有多种功能:能参与细胞的代,活化细胞,有抗衰老功能;对细胞有渗透和调节作用,可软化和保护皮肤;可改善油脂的润湿和辅展性能,多用以调节、护理头发、皮肤化妆品等;具有良好的成膜性能,可改善洗涤剂对皮肤的脱脂作用;预防和治疗湿疹与多种皮肤病;促进毛发生长,有护发健发作用;具有香料和色素的分散稳定作用;维持制剂乳液的稳定作用。卵磷脂具有双亲结构，即较长的两个酰基在甘油中进行酯结合形成亲油结构，以磷酸基为媒介而结合的季铵基亲水结构。在水中分散的时候，很明显地形成有稳定的二分子膜结构的磷脂质小细胞体(脂肪体)。这种脂肪体可以在医药品方面作药物的载体。因此卵磷脂可广泛应同于护肤护发、浴用与美容化妆品中。需要指出的是：在化妆品工业中卵磷脂作为主表面活性剂使用的例子非常之少。主要原因是磷脂成分的不确定性。天然的卵磷脂源于蛋黄和大豆，其磷脂质组成大不相同，乳化性能等也不相同，乳化剂用量和乳化技术难以掌握。另外的原因是天然卵磷脂中含有不饱和脂肪酸，存在耐热、耐光、耐酸性差等缺点。但近年开发了一些新的乳化方法和新的使用技术，上述问题逐步被克服。例如加氢的卵磷脂的稳定性比较好，广泛用作保湿剂和乳化剂。随着精制技术的发展，高纯度的卵磷脂已经制备出来。 2、胆甾醇胆甾醇亦称胆固醇。存在动物大脑与神经组织,与羊毛脂与卵黄中。是一种天然乳化剂。其分子结构的特征,疏水基作用力强,所以适宜于油溶性和乳化剂制备,即/型乳状液。皮肤中皮脂分泌物含有丰富的胆甾醇与其衍生物,所以胆甾醇有护肤和护发的作用。其亦是一种助乳化剂,具有促进和增强其他表面活性剂的功能。应用于唇膏与眼部化妆品制剂,有益于色素和乳液的稳定。多使用于油脂性护肤品。 3、羊毛脂是羊的皮脂腺的分泌物,多从羊毛中提取。具有很强的乳化和渗透作用。易为头发和皮肤吸收,其配伍性能亦好。羊毛脂的衍生物多有乳化作用。羊毛脂蜡:是优异的水/油型乳化剂,对多种化妆品成份有很好的分散作用,多用于唇膏;羊毛脂酸异丙脂:亲水作用力强,也具有水/油性乳化特性,可用于膏霜制剂;羊毛脂醇:具有较强的水/油乳化特性,也能稳定油/水乳液;氢化羊毛脂:其既是水/油乳化剂,又是油/水型乳液稳定剂,吸水性强,易为皮肤吸收,常用于唇膏等;羊毛脂酸皂:有钾、钠、三乙醇胺等,具有乳化作用,在气容式产品中,可促进原料的分散和稳定。总之由羊毛脂与其衍生物制得的乳液,稳定性好,且易为皮肤吸收,润肤性能好,所以多用于膏霜与油性乳状液。4、茶皂素茶皂素是茶叶中的提取物,结构是一种三萜类皂苷,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。利用其乳化性能,可开发不同的“油相”乳化剂。用茶皂素直接洗涤毛丝织物。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、乌发与去头屑、防脱发的功能。其乳化能力超过油酸皂、烷基磺酸盐与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。若按化学性质来分，皂苷可分为酸性皂苷和中性皂苷两类。 酸性皂苷在苷元上带有羧基，在这一类皂苷的水溶液中加入硫酸铵、乙酸铅或其他中性盐类即生成沉淀。中性皂苷不带有羧基，在其水溶液中加入碱式乙酸铅或氢氧化钡等溶液也可生成沉淀。皂苷的分子比较大，大多为白色或乳白色无定形粉末，仅少数为结晶。皂苷的溶解度随其分子中连接糖的数目而有所不同，一般可溶于水，易溶于热水、热甲醇和热乙醇，不溶于乙醚、苯等极性小的有机溶剂。皂苷在丁醇与戊醇中也有一定的溶解度，尤以含水丁醇更好，因此常从水溶液中用丁醇或戊醇提取，借以与糖、蛋白质等亲水性成分分开。皂苷可被酸或酶水解，但水解条件较其他苷强烈。皂苷元一般不溶于水，可溶于丙酮、乙醚、氯仿等有机溶剂。以下是两种有代表性的皂苷类天然表面活性剂。山茶皂苷 山茶皂苷是茶属植物山茶籽中五环三萜类皂苷的总称，水解后至少可分离出5种不同的皂苷元，均连有多糖。其代表性化学结构见式(2)。 山茶皂苷在山茶籽中约含20，可以茶籽饼为原料提取。茶籽饼先用石油醚浸提完全脱脂后，再用甲醇或乙醇加热后流抽提数小时，醇提取液浓缩至干为粗山茶皂苷。山茶皂苷为无定形粉末，能溶于热甲醇、乙醇中，微溶于水，不溶于乙醚等有机溶剂。皂树酸 皂树酸是皂树和肥皂草中的皂苷成分。皂树酸可以皂树皮或肥皂草根为原料提取，用甲醇加热后提取得到。皂树酸可溶于水、甲醇和乙醇等水溶性溶剂，其比旋光度D:+5610。 皂树酸有良好的表面活性，其发泡能力是普通皂苷的170以上，广泛用于香波、化妆品乳液、啤酒和药用。在香波中可代替洗涤剂，泡沫丰富且手感好，对头发无伤害，能赋予毛发柔软性和天然光泽。皂树酸有优秀的乳化性，20的水溶液可长时间稳定非极性香精和水的乳状液体系；和非离子型表面活性剂有协同效应。皂树酸也有抗菌防腐性。5、蛋白质蛋白质由氨基酸构成,既有亲水基,又有疏水基,其实质上是高分子表面活性剂。蛋白质是人体必须营养物,多用作食品乳化剂,其种类亦多,如牛奶、卵蛋白、酪蛋白、大豆蛋白等,均具有乳化、起泡与胶体的保护作用,在食品工业多用食品乳化剂应用。但不同品种的蛋白质功能和应用也不尽相同:粘蛋白:属糖蛋白,其分子结构的特征,能束缚水分子,可稳定乳状液,可作为辅乳化剂在护肤品中应用,具有营养和保湿作用,亦能增强其他活性物质的调理功能和稳定性能;卵黄高磷蛋白;由蛋黄中提取,具有显著的表面能力和稳定乳液的性能,易溶于水。与多种化妆品原料的配伍性能好,亦是优异的营养剂、保湿剂,能增加皮肤营养,是优异的护肤化妆品的营养剂和乳化剂;脂蛋白:由蛋白质、胆固醇、磷脂等多种乳化剂组成,因此其是一种多功能的乳化剂和稳定剂。脂蛋白还具有一定的抗菌活性,可用于香皂、香波,并具营养作用。常用于抗皱营养乳液。6、植物甾醇植物甾醇可由黄豆油提取。由谷甾醇、豆甾醇、菜油甾醇、等组成。与胆固醇有相似的物化性质。具有微弱的表面活性,与杀菌消炎作用,对头发有护理作用,以其配制成的香波与硅氧烷产品相当。可减少静电,改善梳理性,有护发和乌发的作用,应特别指出的是,植物甾醇具有液晶结构,多被用于制备脂质体。豆甾醇亦是一种植物甾醇,亦具表面活性,是一种助乳化剂,还具抗氧化作用。用于护肤化妆品有明显的皮肤保水能力,是优异的保湿剂、营养剂与调理剂。若与磷脂配合使用,效果会更好。多用于乳液与护发产品。7、烷基苷烷基苷是由天然再生资源糖合成的。由于其来源于天然物质,亦可算是一种天然表面活性剂。对皮肤刺激性弱,具有广谱的抗菌性能,与其他种类的表面活性剂有着很好的配伍性能。且润湿、起泡性能优良,与明显的增稠作用,所以它的应用领域广泛。加入洗衣粉,抗硬水可提高去污力;用于餐洗剂,能提高制剂的溶解性和温和性,减小对皮肤的脱脂力;应用于护发、护肤化妆品,具有明显的保湿护肤、柔软、滋润与护发、养发的功能。8、皂苷类皂苷由皂苷元和糖组成。组成皂苷的糖常见的有葡萄糖、半乳糖、鼠糖、阿拉伯糖与葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸等。皂苷元根据其结构不同，分三萜皂苷和甾体皂苷两大类，其中三萜皂苷的分布比甾体皂苷广泛，种类也多。三萜皂苷元的结构可分五环三萜与四环三萜。含有皂苷类的植物很多, 皂苷在单子叶植物和双子叶植物中均有分布，常见于百合科、薯芋科、龙舌兰科、蔷薇科、石竹科、远志科、五加科、葫芦科等，许多中草药如人参、远志、桔梗、甘草、知母、柴胡、七叶一枝花等多有去垢功能和乳化作用,是一类重要的天然表面活性剂。远志皂苷:具有表面活性,可用作乳化剂和分散剂,用于发水,具有洗发和刺激生发的双重功能;七叶皂苷:其钠盐有表面活性,可用作洗涤剂和起泡剂,有抑菌消炎作用,有吸湿保湿的性能,是化妆品优异的调理剂,并有稳定乳液的作用;皂树酸:属皂苷成份,具有良好的表面活性与较强的发泡力。可广泛应用于香波化妆品乳液,在香波中可替代去污成份,能赋予头发柔软和光泽;山茶皂苷:也具有一定的表面活性,可作乳化剂,有起泡、润湿与分散功能。用于发用品,可软化头皮,有去屑止痒与防脱发功能,多用于发用化妆品。 9、糖类糖类天然表面活性剂,去垢力微弱,但多有增稠和乳化能力与乳化稳定作用。并有其它方面的功能。角叉胶:属糖类。是应用广泛有助乳化剂,对胶体有稳定作用(如牙膏、剃须膏),具有成膜功能,应用于喷发胶,可改善头发的梳理性能;海藻酸:属糖类。海藻酸与其钠盐,是常用的增稠剂和乳化剂,可稳定乳液,具有保湿作用,可用于洗发膏香波;普鲁兰糖:亦具有乳化性能,常用于清洁类化妆品,具有保湿功能;烷基和羟烷基纤维素:其水溶液有表面活性,有乳化和稳定乳液的作用,并有增稠和成膜性能,其中羟乙基纤维素,具有高效的增稠作用,优异的流变性强,对皮肤安全无毒副作用,可作为增调剂、乳化剂、乳液稳定剂与保湿剂,而广泛应用于化妆品制剂中;环糊精:属低聚糖:由葡萄糖单元构成,呈环状结构,其腔具有疏水性,能与许多有机物或无机物构成包络形态,具有乳化、增溶与分散等表面活性。用于精油和香精,具有包络稳定作用。用于洗衣粉有消泡作用。用于牙膏等口腔制剂,有除口臭功能,是一功能特殊的表面活性剂;胶类物质:来自树木分泌物,豆科植物种子,如阿拉伯树胶、黄蓍胶、瓜尔胶等,均属多糖,为古老的乳化剂,能提高制剂的水溶性粘度,多作辅乳化剂应用。10脂肪酸单甘油酯 单硬脂酸甘油酯的化学成分是C17H33COOCH2CHOHCH2OH。奶油色蜡状固体，熔点56，在热水中能分散，溶解于乙醇，HLB值3885。属亲油性表面活性剂。 单甘酯属于多用途的乳化剂，单甘酯的独特性质使它具有广泛的用途。又由于它可以l00被生物降解，降解产物为甘油和脂肪酸，无毒，具有很高的安全性，是公认的有利于环保的“绿色”产品，所以被广泛地作为食品和化妆品乳化剂。 在化妆品应用方面，单甘酯是wo型乳状液的乳化剂。色浅的分子蒸馏单甘酯都已经开始用于代替纯度低、颜色深的普通单甘酯。是膏霜类产品的理想原料，主要用于膏霜、粉底、香粉、扑粉、胭脂等。 分子蒸馏单甘酯的乳化效果好于未蒸馏产品(价格性能比优于未蒸馏的单甘酯)。在使用单甘酯的各个行业中，高纯度、高效能、颜色浅的分子蒸馏单甘酯都已经开始用于代替纯度低、颜色深的普通单甘酯。11魔芋精粉表面活性剂该技术以魔芋精粉为原料,应用现代高新生物化工技术,通过酶解脱脂、醇洗去杂魔芋精粉,经酸解氧化成低聚糖醛酸与脂肪酸缩合新工艺,生产出纯天然的脂酰葡甘聚糖醛酸钠。该产品填补了国际医药保健品的表面活性剂空白。该产品为乳白色状液,其脂值大于140,酸值小于72,含钠量小于5%,总糖酸小于30%,砷含量小于3mg/kg,固体含量(96)大于10%。该产品具有保湿、成型、成膜、发泡、乳化、分散等活性葡甘聚糖的优良性能与降血脂,去胆固醇等特殊保健功效。用于配制系列中成药、保健品、药品等各种剂型。具有促进吸收、扩展疗效的增效效应。同时可应用于日用化妆品、保健食品作乳化剂使用,是一种通用的纯天然表面活性剂12天然混合羧酸盐为主的复配表面活性剂体系ZY5该技术是以ZY5(SD驱油剂)作为表面活性剂组分配制的ASP三元复合驱油体系,在中原胡状油田现场试验中应用,获得了很好的增油减水效果1羧酸盐为主的复配表面活性剂体系ZY5驱油剂ZY5:由混合羧酸盐SCD-O(77%)非离子表面活性剂+两性表面活性剂(10%)和助剂(13%)配成,曾用名SD驱油剂1,中原油田采油五厂生产模拟油:70时粘度3.4mPas,密度0.80g/cm3氯化钠氯化钙氯化镁为分析试剂1.1.2 界面力测定用Texas-500型旋转滴界面力仪测定驱油剂溶液与模拟油之间的界面力,取平衡值1.2 实验结果与讨论1.2.1抗盐性能40时浓度2.0g/dL的ZY5水溶液与模拟油之间的界面力随水溶液中氯化钠浓度的变化见图1图1实验结果说明,随氯化钠浓度增加,油水界面力逐渐降低,氯化钠浓度为6104mg/L时界面力达到最低值6.910-3mN/m,氯化钠浓度继续增加时界面力略有增加,但在氯化钠浓度为1.5 105mg/L时仍维持在10-2mN/m对于阴离子表面活性剂水溶液,盐起着使表面活性剂亲油化的“补偿”作用,引起极性基水化程度减弱,促使其相互聚结或增加其向烃环境的跃迁势和进入油相的潜能1.2.2 抗温性能氯化钠浓度6104mg/L的2.0g/dLZY5水溶液在不同温度下的界面力示于图2图2实验结果说明,ZY5在4070时有优异的界面活性,油水界面力保持10-3mN/m,在70105时界面活性良好,油水界面力维持在10-2mN/m不同浓度的两组ZY5溶液在密闭的充氮气安瓿瓶中,在70长达636小时的热老化过程中,油水界面力变化幅度不大,表现出良好的热稳定性实验结果见图31.2.3 钙镁离子的影响羧酸盐与其他阴离子表面活性剂可与Ca2+Mg2+等高价金属离子反应生成沉淀而损失图4为40时2.0g/dLZY5水溶液与模拟油之间的界面力随Ca2+浓度的变化该实验结果说明,ZY5在Ca2+浓度高达3000mg/L时仍能保持低界面力图5为40时含3000mg/LCa2+的2.0g/dLZY5水溶液与模拟油间的界面力随氯化钠浓度的变化当有3000mg/LCa2+存在时,氯化钠浓度增加使油水界面力持续减少,氯化钠浓度大于1.0105mg/L后ZY5又具有了良好的界面活性这是由于随着离子强度增大,阴离子表面活性剂的反离子浓度增加,胶束的扩散双电层平均厚度减小,表面活性剂的CMC值降低,胶束化程度提高,促使沉淀的表面活性剂溶解2进一步的实验结果说明,在氯化钠浓度1.5105mg/L,Ca2+浓度5000mg/LMg2+浓度700mg/L时,2.0g/dLZY5水溶液与模拟油之间的界面力仍能达到10-2mN/m的低值1.2.4 乳化性能ZY5在矿化度1.638105mg/L,Ca2+浓度5000mg/L盐水中的溶液与等体积的模拟油在70振荡10小时,各相体积与ZY5浓度的关系见图6随ZY5浓度的增大,乳化层体积迅速增大这说明在高盐高钙条件下,以混合天然羧酸盐为主的复合表面活性剂ZY5仍具有较强的增溶模拟油的能力2 岩心驱油能力2.1 实验部分2.1.1 药剂与实验材料(1)岩心:胡状油田与桥25块天然岩心(2)配液和驱替用水:胡状油田注入水,矿化度1.1105mg/L,其中Ca2+2980mg/L,Mg2+875mg/L(3)实验用油:胡状联合站外输原油,70时粘度7.04mPas(4)天然羧酸盐驱油剂ZY5,中原油田采油五厂生产,见1.1.1节;黄胞胶(XC),美国进口品Flocon4800,600mg/L溶液70时粘度7.0mPas;Na2CO3,KCl,化学纯或分析纯试剂2.1.2 实验方法岩心实验程序如下:将岩心在105干燥8小时,准确称量;抽真空饱和注入水,准确称量,计算孔隙体积;在70下饱和实验原油,原始油饱和度在75%左右,在70放置57天;水驱油至岩心出口含水大于95%以上;注入驱油段塞;后续水驱至岩心出口含水100%注入流量0.44mL/min岩心实验温度702.2 实验结果与讨论2.2.1 不同驱油剂对比分别测定了2.0g/dL(2%)ZY5溶液600mg/L(0.06%)XC溶液与等体积的ZY5+XC混合溶液提高水驱剩余油采收率的效果,结果列于表1(A组)表1A组实验结果说明,注入0.3PV2.0g/dLZY5使水驱采收率提高9.0%,高于相同注入量的600mg/LXC的采收率提高值(3.33%),注入0.3PV2.0g/dLZY5+600mg/LXC更使采收率提高12.77%2.2.2 不同浓度ZY5对比在渗透率相近的岩心上,0.2PV不同浓度ZY5溶液的驱油结果见表1B组数据采收率提高值反而随ZY5浓度的提高而降低,1.0g/dLZY5的驱油效果最好,在水驱基础上采收率提高了22.41%2.2.3 注入量在渗透率相近的岩心上,不同注入量的2.0g/dLZY5溶液的驱油结果见表1C组数据注入量由0.1PV提高到0.3PV时,采收率提高值由8.49%增加到17.46%,注入量进一步提高到0.6PV时,采收率不再提高这一组数据说明,注入量小于0.3PV时,增加ZY5注入量才能提高采收率2.2.4碱对ZY5驱油效果的影响2.0g/dLZY5溶液与加入1.0g/dL碱(Na2CO3)的2.0g/dLZY5溶液在相同条件下的岩心驱油结果,见表1D组数据加碱后ZY5溶液的pH值为10,采收率明显提高,提高幅度达6.44%加入的碱可与原油中的石油酸生成表面活性物质,并减少表面活性剂在油砂上的吸附损耗3,这些因素导致采收率的大幅度提高2.2.5 ZY5+XC三级注入驱油效果在不同渗透率的3块岩心上进行了驱油剂(2.0g/dLZY5+600mg/LXC)三级注入驱油实验水驱后的注入程序如下:0.3PV驱油剂1PV水0.3PV驱油剂1PV水0.3PV驱油剂水驱至出口含水100%实验结果见表2这一组实验结果说明,虽然在化学剂每一级注入后采收率都有所提高,但提高幅度都不大,以致化学剂的有效利用率不高这种多级注入方式不是一种有效的方式班级：石化09-4（2）班9 / 9