有机物中的明星（六）环氧乙烷和表面活性剂
本集我们的主角叫环氧乙烷，它在中学课本里没有，甚至在大学非相关专业的化学课本里也见不着，但它却堪称精细化工的重要中间体，在我们的世界里扮演着重要的角色！下面我们就看看，它在精细化工的舞台上都有哪些表现？
环氧乙烷的结构，不要小看它哦
(CH2CH2)O H2O → HO–CH2CH2–OH
如上图，前两篇乙烯的四个用途那张图中也提到，环氧乙烷和水反应生成乙二醇，确实，约三分之二的环氧乙烷被做成了乙二醇。中学课本告诉我们乙二醇是一种防冻液，但现在的世界大部分乙二醇是被做成聚酯纤维，这个名字大家可能比较生疏，它比较熟悉的名字是"涤纶"，如果你还反应不过来，它还有一个小名："的确良"。
涤纶现在是世界上合成纤维中产量最大的，约占2/3市场份额。中国的纺织业带动了中国的化纤产业，好几个沿海省份都以化纤产业为支柱产业，中国的乙二醇和环氧乙烷供应有限，每年还需要进口好几百万吨的乙二醇，最主要的流向就是用于化纤产业中的涤纶制造。之所以进口乙二醇而不进口环氧乙烷，是因为环氧乙烷是一种剧毒易燃易爆化学品，而乙二醇的性质比较温和。
合成纤维中最主要的还是涤纶纤维
环氧乙烷还可以做成聚乙二醇（PEG），这是一个简单的高分子，根据不同的聚合度，聚乙二醇有从200分子量到数百万分子量，形态有从低分子量的液体到高分子量的蜡状物。每个产品用它的平均分子量命名，比如PEG200，PEG1000等，不要以为你拿到的PEG400产品里面全部都是400分子量的聚乙二醇，实际上它是一个很多种不同分子量聚乙二醇的混合物。这也是高分子化学品的一个特点：通常得到应用的都是一个系列的混合物，那么其中的分子量或者聚合度的分布也对这个混合物的物化性质有很大影响，每个生产厂家的工艺不同会导致成品差别很大。
聚乙二醇的主要性质是亲水、透明、润滑，所以它的应用非常广泛，在我们身边也随处可见，从牙膏到护肤膏霜，到隐形眼镜，也包括治疗痔疮的软膏。
乙二醇在四氯化锡催化下聚合生成聚乙二醇
聚乙二醇的用途：透明牙膏、膏霜、隐形眼镜、痔疮软膏等
环氧乙烷和氨反应生成乙醇胺，有一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺三种。
这又是一个应用十分广泛的化学中间体三兄弟，一乙醇胺可以用来合成牛磺酸，这是一种特殊的氨基酸，堪称营养药物中的明星，在红牛、各种儿童益智药物甚至护肤品中都能找到。二乙醇胺主要用于生产除草剂草甘膦，目前世界上75%草甘膦的生产都集中在中国，另外二乙醇胺还用于合成表面活性剂6501，这种非常大众的表面活性剂在洗发水、洗手液中都有应用。三乙醇胺主要用来合成水泥添加剂，我们在享受新建的桥梁、高速公路的交通便利的时候，要想到三乙醇胺的贡献。除此之外，三种乙醇胺都相当于是用乙醇来改性氨，所以它们都可以用来起到PH调节剂的作用，在各种化学实验室里都可以看到它们的身影。
(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，都由环氧乙烷和氨合成。
乙醇胺的用途：牛磺酸、草甘膦除草剂、洗发香波、桥梁道路
环氧乙烷还堪称非离子表面活性剂的结构单元。前面在水性化趋势中，我们提到过，最早的表面活性剂就是肥皂，但是肥皂存在它的问题，不够温和，不能耐硬水，另一方面由于肥皂的原材料是天然油脂，供应量有限，不能满足社会发展的需要，所以化学工程师们需要开发基于石油下游的新型表面活性剂。
表面活性剂的结构，很简单，由一个亲水基（hydrophile）和一个亲油基（hydrophobe）组成，但是亲水亲油基的不同可以创造出千变万化的表面活性剂，这是一个大家庭！
表面活性剂可以改变液体的表面张力，我们小时候都喜欢吹肥皂泡，能把肥皂水吹成超薄的泡泡，就是表面张力的体现。图中，是英国人吹出有史以来最大的泡泡。
最早得到大规模应用的是阴离子表面活性剂烷基苯磺酸钠（LAS），用于洗衣粉中，仍然不能满足所有的需求，非离子表面活性剂开始走上舞台，比如直链烷基聚氧乙烯醚（AEO），烷基酚聚氧乙烯醚（NPE），嵌段聚醚（EO-PO共聚物）等。它们的优点是以不同的碳链或环氧丙烷（PO）为亲油基，以不同长度的聚环氧乙烷链（EO链）为亲水基，通过调节碳链和EO链的长短，就可以得到不同类型的表面活性剂，满足不同情况下生产生活的需要。这种类型的不同在化学上可以按照HLB值来区分，意思就是亲水亲油的平衡值，HLB值越大，说明它更亲水，越小说明更亲油。
HLB值具有加和性，两种非离子表面活性剂复配后的混合物可以简单按照比例计算出混合物的HLB值。所以化学工程师通常会选择一只高HLB值和一只低HLB值的非离子表面活性剂，然后调整配方比例，适合他的需要。
非离子表面活性剂还可以被磺酸化、磷酸化、硫酸化被加工成阴离子表面活性剂，可以更加耐酸耐碱耐硬水，应用可以更加广泛。
表面活性剂实在是一种很奇妙的东西，它具有：乳化、润湿、渗透、起泡、消泡、增溶、清洗等功能，广泛用于：涂料、纺织、清洗、日化、造纸、农药、水处理、油田、润滑油等行业，贴近国计民生，简直是一种万能添加剂，有人说："如果没有表面活性剂，90%的化学工程师都要失业！"。
对于表面活性剂的研究已经成为一门学科，未来的发展潜力非常巨大。
表面活性剂千变万化，在精细化工中到处都能找到它们的身影，在我们身边也到处能找到：洗发水、化妆品、洗洁精、洗衣液、洗手液、乳胶漆甚至一些食品添加剂中，我所服务的公司的八个部门全部都是根据表面活性剂的应用而建立起来的。如同我在水性化那篇文章中提到的那样，未来表面活性剂将肩负着水性化、减少VOC、绿色环保的重任，让我们的未来更加健康。
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