基础知识表面活性剂工业的兴起与演变

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表面活性剂的发展历史从肥皂开始。在很长一段时间里,肥皂、洗涤剂和表面活性剂的概念曾是混用的。肥皂的使用年代已久不可考,有记录的肥皂的使用历史可追溯到公元前年幼发拉底河流域的苏美尔人及公元前年腓尼基人用羊油和草木灰制造肥皂。在罗马时代的庞贝遗址中发现了肥皂的遗迹,还有制成的仍可以使用的肥皂。商品肥皂出现于13世纪。

我国在公元前年左右的商代就已经知道利用草木灰洗衣服,《礼记》中就有前人用草木灰洗涤衣帽的记录。到魏晋时期出现了皂角和猪胰这两种独特的洗涤剂,并一直在我国使用了上千年,直到清末及民国时期,国人改用肥皂(当时称为“洋胰子”)以及年我国第一家肥皂生产厂出现于上海。有意思的是,20世纪80年代和90年代,当时国际上表面活性剂和洗涤剂行业颇为新潮的烷基多苷和酶制剂,就分别类似于我们的祖先在多年前发明创造的皂角和猪胰。

19世纪中叶,肥皂开始实现工业化生产,而且出现了化学合成的表面活性剂。早期的化学合成的表面活性剂是土耳其红油,这是蓖麻油与硫酸反应的产物,它首先被用作染羊毛地毯的土耳其红染料(茜草)的染色助剂。以上产品的原料都是来自于植物和动物脂肪。第一个从矿物原料(如石油)制得的洗涤剂是石油磺酸及其皂,这是在精制石油时用硫酸处理石油得到的蜡和萘的磺化混合物,其碱中和产物也称为绿油。第一次世界大战期间,德国从煤焦油衍生物出发,开发了短链烷基萘磺酸盐类表面活性剂,如拉开粉(Nekal),通常是1~3个烷基取代的萘磺酸盐混合物。20世纪20~30年代,烷基硫酸盐变得普遍起来,之后被用于香波和化妆品等个人卫生用品。20世纪30年代,长链烷基苯磺酸盐出现于美国,很快几乎独占了洗涤剂领城。第二次世界大战后,出现了以四聚丙烯为原料的支链十二烷基苯磺酸钠(ABS),并被大量用于洗涤剂,部分取代了肥皂。20世纪60年代起,由于ABS的生物降解性差而被直链烷基苯磺酸钠(LAS)所取代。

非离子表面活性剂始于第一次世界大战败后的德国,主要为聚乙二醇与多种有机物,包括醇、醛、酸、胺、酰胺等衍生物。世界表面活性剂工业是在第二次世界大战期间,由于制皂的油脂十分质乏面得以发展。第二次世界大战后,由石油得到廉价乙烯的发展带来环氧乙烷和聚氧乙烯化技术的发展,使非离子表面活性剂迅速发展,大大促进了成体洗涤剂的发展。第二次世界大战之后形成了独立的工业体系。并随着石油化学工业的发展面日趋完善。与合成橡胶、合成纤维一起成为新兴的化工产品。在品种、质量、产量等方面均得到了迅速发展。

近半个多世纪,洗涤剂的要求越来越高,由此发展出多种类型的数百种表面活性剂商品,若算上用于基础理论研究的表面活性剂,目前表面活性剂的种类之事,已难以统计。另一方面,随着表面活性剂工业的发展,表面活性剂科学的基础研究也愈来愈深入,表面活性剂科学的发展加深了表面活性剂性质和功能的认识,其应用也不断地向新领城拓展,使得表面活性剂的应用范围由洗涤剂发展成为数十种功能剂而应用于众多传统工业和高新技术领域。

目前,发达国家在表面活性剂领城的研究已具备了完整的体系,能够实现产品研发多样化、系列化,开发力度非常大,并且开发理念已突破传统意义上的表面活性剂,表面活性剂的发展水平已被视为各国高新化工技术产业的重要标志,并成为当今世界化工激烈竞争的焦点。

由于表面活性剂拥具有优良的润湿、乳化、去污、分散及渗透等特性。它的应用领域不断扩大。与人民日常生活紧密相连的如香皂、香波、家用洗涤剂等,再如纺织行业中从纤维精纺、整理到染色,均有不同种类的表面活性剂与这些加工过程配套。在造纸工业中表面活性剂则用作蒸煮剂、施胶利、废纸脱墨剂、柔软剂和消泡剂等,在医药行业中用作消毒杀菌剂,药物的增溶剂、助悬剂等,在食品工业中用作清洗利、乳化剂、分散利和稳定剂等。此外在皮革加工、金属加工、石油开采与精制、建筑等工业中也起着十分重要的作用。日前,表面活性剂已成为最主要的工业助剂,在各种产品的生产中起到画龙点睛的作用,以其用量小而效果好成为名副其实的“工业味精"。

目前全世界表面活性剂的品种有0多种,商品牌号10种以上,年产量已超过万吨,年增长率为3%-4%左右,呈缓慢、平稳的增长趋势。

表面活性剂包括家用、个人护理用、工业与公共设施用三部分,在不同时期各应用领城表面活性剂的消费量及所占市场份额有所变化。目前,家用表面活性剂占市场份额最大,约为50%,个人护理用品约占6%,工业与公共设施用表面活性剂占40%~50%。

工业用表面活性剂所占比例的大小,从一个侧面反映了这个国家工业的发达程度,同时它也为工业的发展提供条件并起促进作用。发达国家的工业用表面活性剂几乎占整个表面活性剂产量的一半,例如日本在20世纪80年代初工业用表面活性剂占62%,到90年代末期增加到75%以上。目前我国家用表面活性剂的产量占总产量的51%,工业用表面活性剂占33%~37%。而西欧在年工业用表面活性剂的消费量就达到43%,美国在年达到44%,日本在年达到78%。表面活性剂在工业领域中的应用结构也发生着显著的变化。40年代左右用于纤维工业的表面活性剂约占一半以上,进入80年代以后减至30%~35%,而其他部分特别是在能源、造纸、橡胶、塑料、土木建筑工业等方面有较大的发展。其中增长最快的如水泥工业的减水剂、石油工业的破乳剂和合成树脂工业供乳液聚合的乳化剂等。

从品种上讲,世界表面活性剂市场以阴离子表面活性剂为主,阴离子表面活性剂约占55%的市场份额。其中直链烷基苯磺酸盐一种就占市场份额的30%以上。非离子表面活性剂约占35%,主要品种为脂肪醇聚氧乙烯醚和烷基酯聚氧乙烯醚,阳离子和两性表面活性剂的消费量约10%。从品种上看,表面活性制市场中,直直链烷基苯磺酸盐(LAS)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐(AES)、脂肪醇硫酸盐(AS).脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)、烷基酚聚氧乙烯醚(APEs)等5大类表面活性剂占60%以上的份额。

目前国外科技发达国家的表面活性剂品种向专用性、功能性高度发展,并不断开发新技术,表面活性剂的理化性能亦受到了重视,理论研究已日趋完善。

我国的制造工业起步于年,而表面活性剂行业的发展则始于20世纪50年代末60年代初。年中国科学院植物保护研究所开发成功我国第一个表面活性剂蓖麻油聚氧乙烯醚,标志着我国表面活性剂工业的形成。在最初阶段发展缓慢,为了改变这种状况,加快我国表面活性剂的发展,“七五”和“八五”期间都加大了研究开发和引进国外先进技术及设备的投资力度,通过引进三氧化硫连续磺化装置、乙氧基化装置、油脂水解装置以及脂肪醇、脂肪胺和烷基酚的生产装置,使我国多种表面活性剂基本原料的生产能力很快达到世界水平,解决了原料缺乏和质量低下的问题。进入90年化时品种增长较快,从年的种增加至现在的多种,表面活性剂的产量也的始终保持稳步增长。

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