有機物中的明星（六）環氧乙烷和表面活性劑

本集我們的主角叫環氧乙烷，它在中學課本裡沒有，甚至在大學非相關專業的化學課本裡也見不着，但它卻堪稱精細化工的重要中間體，在我們的世界裡扮演着重要的角色！下面我們就看看，它在精細化工的舞台上都有哪些表現？

環氧乙烷的結構，不要小看它哦

(CH2CH2)O H2O → HO–CH2CH2–OH

如上圖，前兩篇乙烯的四個用途那張圖中也提到，環氧乙烷和水反應生成乙二醇，确實，約三分之二的環氧乙烷被做成了乙二醇。中學課本告訴我們乙二醇是一種防凍液，但現在的世界大部分乙二醇是被做成聚酯纖維，這個名字大家可能比較生疏，它比較熟悉的名字是"滌綸"，如果你還反應不過來，它還有一個小名："的确良"。

滌綸現在是世界上合成纖維中産量最大的，約占2/3市場份額。中國的紡織業帶動了中國的化纖産業，好幾個沿海省份都以化纖産業為支柱産業，中國的乙二醇和環氧乙烷供應有限，每年還需要進口好幾百萬噸的乙二醇，最主要的流向就是用于化纖産業中的滌綸制造。之所以進口乙二醇而不進口環氧乙烷，是因為環氧乙烷是一種劇毒易燃易爆化學品，而乙二醇的性質比較溫和。

合成纖維中最主要的還是滌綸纖維

環氧乙烷還可以做成聚乙二醇（PEG），這是一個簡單的高分子，根據不同的聚合度，聚乙二醇有從200分子量到數百萬分子量，形态有從低分子量的液體到高分子量的蠟狀物。每個産品用它的平均分子量命名，比如PEG200，PEG1000等，不要以為你拿到的PEG400産品裡面全部都是400分子量的聚乙二醇，實際上它是一個很多種不同分子量聚乙二醇的混合物。這也是高分子化學品的一個特點：通常得到應用的都是一個系列的混合物，那麼其中的分子量或者聚合度的分布也對這個混合物的物化性質有很大影響，每個生産廠家的工藝不同會導緻成品差别很大。

聚乙二醇的主要性質是親水、透明、潤滑，所以它的應用非常廣泛，在我們身邊也随處可見，從牙膏到護膚膏霜，到隐形眼鏡，也包括治療痔瘡的軟膏。

乙二醇在四氯化錫催化下聚合生成聚乙二醇

聚乙二醇的用途：透明牙膏、膏霜、隐形眼鏡、痔瘡軟膏等

環氧乙烷和氨反應生成乙醇胺，有一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺三種。

這又是一個應用十分廣泛的化學中間體三兄弟，一乙醇胺可以用來合成牛磺酸，這是一種特殊的氨基酸，堪稱營養藥物中的明星，在紅牛、各種兒童益智藥物甚至護膚品中都能找到。二乙醇胺主要用于生産除草劑草甘膦，目前世界上75%草甘膦的生産都集中在中國，另外二乙醇胺還用于合成表面活性劑6501，這種非常大衆的表面活性劑在洗發水、洗手液中都有應用。三乙醇胺主要用來合成水泥添加劑，我們在享受新建的橋梁、高速公路的交通便利的時候，要想到三乙醇胺的貢獻。除此之外，三種乙醇胺都相當于是用乙醇來改性氨，所以它們都可以用來起到PH調節劑的作用，在各種化學實驗室裡都可以看到它們的身影。

(CH2CH2)O NH3 → HO–CH2CH2–NH2 （一乙醇胺）

2 (CH2CH2)O NH3 → (HO–CH2CH2)2NH （二乙醇胺）

3 (CH2CH2)O NH3 → (HO–CH2CH2)3N （三乙醇胺）

乙醇胺三兄弟，都由環氧乙烷和氨合成。

乙醇胺的用途：牛磺酸、草甘膦除草劑、洗發香波、橋梁道路

環氧乙烷還堪稱非離子表面活性劑的結構單元。前面在水性化趨勢中，我們提到過，最早的表面活性劑就是肥皂，但是肥皂存在它的問題，不夠溫和，不能耐硬水，另一方面由于肥皂的原材料是天然油脂，供應量有限，不能滿足社會發展的需要，所以化學工程師們需要開發基于石油下遊的新型表面活性劑。

表面活性劑的結構，很簡單，由一個親水基（hydrophile）和一個親油基（hydrophobe）組成，但是親水親油基的不同可以創造出千變萬化的表面活性劑，這是一個大家庭！

表面活性劑可以改變液體的表面張力，我們小時候都喜歡吹肥皂泡，能把肥皂水吹成超薄的泡泡，就是表面張力的體現。圖中，是英國人吹出有史以來最大的泡泡。

最早得到大規模應用的是陰離子表面活性劑烷基苯磺酸鈉（LAS），用于洗衣粉中，仍然不能滿足所有的需求，非離子表面活性劑開始走上舞台，比如直鍊烷基聚氧乙烯醚（AEO），烷基酚聚氧乙烯醚（NPE），嵌段聚醚（EO-PO共聚物）等。它們的優點是以不同的碳鍊或環氧丙烷（PO）為親油基，以不同長度的聚環氧乙烷鍊（EO鍊）為親水基，通過調節碳鍊和EO鍊的長短，就可以得到不同類型的表面活性劑，滿足不同情況下生産生活的需要。這種類型的不同在化學上可以按照HLB值來區分，意思就是親水親油的平衡值，HLB值越大，說明它更親水，越小說明更親油。

HLB值具有加和性，兩種非離子表面活性劑複配後的混合物可以簡單按照比例計算出混合物的HLB值。所以化學工程師通常會選擇一隻高HLB值和一隻低HLB值的非離子表面活性劑，然後調整配方比例，适合他的需要。

非離子表面活性劑還可以被磺酸化、磷酸化、硫酸化被加工成陰離子表面活性劑，可以更加耐酸耐堿耐硬水，應用可以更加廣泛。

表面活性劑實在是一種很奇妙的東西，它具有：乳化、潤濕、滲透、起泡、消泡、增溶、清洗等功能，廣泛用于：塗料、紡織、清洗、日化、造紙、農藥、水處理、油田、潤滑油等行業，貼近國計民生，簡直是一種萬能添加劑，有人說："如果沒有表面活性劑，90%的化學工程師都要失業！"。

對于表面活性劑的研究已經成為一門學科，未來的發展潛力非常巨大。

表面活性劑千變萬化，在精細化工中到處都能找到它們的身影，在我們身邊也到處能找到：洗發水、化妝品、洗潔精、洗衣液、洗手液、乳膠漆甚至一些食品添加劑中，我所服務的公司的八個部門全部都是根據表面活性劑的應用而建立起來的。如同我在水性化那篇文章中提到的那樣，未來表面活性劑将肩負着水性化、減少VOC、綠色環保的重任，讓我們的未來更加健康。

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!