洗發水、沐浴露、潔面乳是我們日常都會接觸到的洗護類產品，但了解它功效和原理的人并不多。今天，就讓我來給大家科普一下，這類產品發揮作用的核心成分是什么？


從大多數洗護類產品的成分背標上我們可以看到，除了水以外，排在前面的大多數都是月桂醇聚醚硫酸酯鈉、椰油酰胺丙基甜菜堿、椰油酰甘氨酸鈉等成分。排位越靠前說明這些成分在該產品中的占比越大，對整個產品體系架構發揮著核心的作用，上述的這些成分的使用目的都是表面活性劑，也就是我們常說的表活。

表面活性劑與人們生活息息相關，在工業各個領域的發展中也起著重要的作用。這類物質具有良好的潤濕、乳化、去污、分散及滲透等功能。下文將向大家簡單介紹一下表面活性劑。

1、表面活性劑的概述


表面活性劑應當是這樣一類物質，在加入量很少時即能明顯降低溶劑（通常為水）的表面（或界面）張力，改變物系的界面狀態，能夠產生潤濕、乳化、起泡、增溶及分散等一系列作用，從而達到實際應用要求。

1.1 表面活性劑的分類


表面活性劑的品種有很多，可以從不同的角度進行分類。例如按離子類型分類可分為非離子型和離子型，離子型又可分為陰離子、陽離子和兩性表面活性劑。按表面活性劑的特殊性分類可分為碳氟表面活性劑、含硅表面活性劑、高分子表面活性劑、生物表面活性劑、冠醚表面活性劑。此外還可以按照親水基結構、疏水基種類分類等等。


2、表面活性劑的結構特點


表面活性劑分子通常由兩部分構成：一部分是疏水基團（hydrophobic group）,它是由疏水、親油的非極性碳氫鏈構成，也可以是硅烷基、硅氧烷基或碳氟鏈；另一部分是親水基團（hydrophilic group）,通常由親水、疏油的極性基團構成。這兩部分分子處于表面活性劑分子的兩端，形成不對稱結果。因此，表面活性劑分子是一種雙親分子，具有既親油、又親水的雙親性質。

當它們在溶液中以很低的濃度溶解分散時，優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層。使表面或界面張力（或自由能）顯著降低，改變體系的界面狀態；當達到一定濃度時，溶液中締合成膠團，從而直接地產生潤濕或反潤濕、乳化或破乳、起泡或消泡、分散、加溶和洗滌等作用。（如下圖所示）

3、表面活性劑的作用原理


從表面活性劑的定義可以看出，表面活性劑產生的特殊作用主要來源于兩方面：一方面是降低體系的表面張力；另一方面是膠束的形成。



3.1 表面張力


表面或界面可看作是兩種或兩種以上不相混溶相的邊界。在多相的體系中，盡管從理論上看，界面對其主體（界面以外部分）性質沒有影響，但相之間的界面是決定整個體系特性和行為的主要因素。多相體系在科學和工業的各種應用都取決于相界面和相間反應的控制能力。


在化妝品實際應用中，遇到5種類型的界面，其中包括：固-氣，液-氣，固-液，液-液，固-固。習慣上，將包含一種氣相和一種凝聚相的界面稱為“表面”。在討論表面活性劑對體系表面性質的影響時，主要是研究含有一種液相的分散體系。

如果沒有外力的影響或影響不大時，液體總是趨向于成為球狀，如水銀珠和荷葉上的水珠那樣。體積一定的幾何形體中，球體的表面積最小，因此，一定量的液體自其他形狀變為球形時就伴隨表面積的縮小，從而降低表面自由能。故液體表面有自動收縮的趨勢。


表面張力是由于液體表面范德華力不平衡引起的（如圖2）。在液體內部，平均來說分子受到周圍鄰近分子的吸引力是對稱和平衡的；但在液體表面，因為上面氣相中分子的密度很小，它對液體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。結果，表面的分子總是盡力向液體內部擠，從而，使液體表面有張力，有自動收縮的傾向。當分子從內部移向表面時，必須克服表面分子所受到的指向內部的合力作用，故需要供給能量。增加液體的表面積就是把一定數量的內部分子變為表面上的具有較高能量的分子。為此，外界必須對體系做功，導致體系能量升高。對液體表面自由能做出貢獻的分子間相互作用力隨液體組成和狀態而異，可以是范德華力的各種成分、氫鍵、金屬鍵等。總之，表面上存在過剩能量和表面張力現象是構成界面的兩體相性質不同和分子間存在相互作用的結果。

3.2 表面活性劑膠束

形成膠束是表面活性劑的重要性質之一，也是產生增溶、乳化、洗滌、分散和絮凝等作用的根本原因。

表面活性劑分子的親油基團之間因疏水性存在顯著的吸引作用，易于相互靠攏、締合，從而逃離水的包圍。當表面活性劑在溶液表面的吸附達到飽和后，它們便在溶液內部由分子或離子分散狀態締合成由數個乃至數百個離子或分子所組成的穩定膠束。此時，再提高表面活性劑的濃度已不能顯著增加溶液中單個分子或離子的濃度，而只能形成更多的膠束。

在水介質中，表面活性劑將極性的親水基團朝外形成與水接觸的外殼，將朝內排列的非極性基團包在其中，使它們不與水接觸。可見，膠束的形成實際是表面活性劑分子為緩和水和疏水基之間的排斥作用而采取的另一種穩定化方式，疏水作用導致表面活性劑在表面上的吸附和在溶液內部膠束的生成，其根本的決定因素是活性劑分子的雙親結構。


膠束的結構主要由內核和外殼兩部分構成，對于離子型表面活性劑，外殼的外側還有擴散雙電層，但非離子膠束沒有雙電層結構。


在表面活性劑的溶液中，膠束與分子或離子處于平衡狀態，它起著表面活性劑分子倉庫的作用，在其被消耗時釋放出單個分子或離子。另一方面，膠束自身能夠產生乳化、分散及增溶等作用，因此表面活性劑通常在一定的濃度以上，即形成膠束時使用。

臨界膠束濃度是衡量表面活性劑的表面活性和表面活性劑應用中的一個重要物理量。其定義為：開始形成膠束的最低濃度被稱為臨界膠束濃度，簡稱CMC。臨界膠束濃度越小，表明此種表面活性劑形成膠束和達到表面（界面）吸附飽和所需的濃度越低，從而改變表面（界面）性質，產生潤濕，乳化、起泡等作用所需的濃度也越低。可見，臨界膠束濃度是表面活性劑溶液性質發生顯著變化的“分水嶺”。


總而言之，表面活性劑的很多應用均與膠束有關，詳細內容將在后期介紹。


參考文獻


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