化學與生活 教師:林維莉

第06週：界面活性劑：原料與應用

界面活性劑 定義：凡能使液體之表面張力大幅度降低而顯現出濕潤、滲透、分散、乳化、清潔等作用之物質。至目前為止，市面上的界面活性劑大約有二千多種。 一般業者使用的是石油系的化學合成品，因其價格低廉，應用廣泛，功能強大。合成介面活性劑應用的層面非常廣，在紡織、金屬、塗料、塑膠、食品、制紙、皮革等都用到它，主要的用途為滲透、乳化、分散、起泡、消泡、潤滑、洗滌、防靜電、均染、防銹、殺菌…等等。 

界面活性劑基本結構，可分為親油基(lipophilic group)、連結基與親水基(hydrophilic group)三部分，溶於水後可視親油部分解離成陰離子、陽離子、兩性離子(因水溶液之pH而解離成陽或陰離子)或不解離成離子，而分為陰離子性界面活性劑、陽離子性界面活性劑、兩離子性界面活性劑和非離子性界活性劑等四大類 多元醇的脂肪酸酯型縮合物──無毒，可用於食品

為什麼非用它不可呢？舉例來說，我們常用的乳液是穩定的型態，本來水與油脂是互不相溶的物質，為了破壞二者的表面張力，使它們充分混合成乳化的狀態，業者便加入了合成介面活性劑，使它成為安定的乳霜狀。

而清潔用品的洗淨原理就是，把汙穢與洗潔液之間的介面張力降低，利用濕潤作用與浸透作用，把汙穢從表面分離，而被介面活性劑的微膠粒吸附，繼而被氣泡與攪伴的物理作用相互配合，來達到洗淨的目的。 

加入鹽巴（氯化鈉）時，水中的氯離子與鈉離子會破壞微胞結構。離子中的電荷，中和了界面活性劑的電性，減少 泡泡間的排斥力，泡泡合而為一，便容易消除，使洗碗精的起泡效果變差，便可解決洗碗精過多的問題。但如果一開始就沒有微胞產生，清潔劑就不能利用微胞的結 構去除油汙。台大研究發現：「鹽會使清潔劑所產生的泡泡變少，但不會增強清潔劑的洗淨效果。」 殘留碗盤上的洗碗精，藉食物進入身體，會干擾人體內的荷爾蒙變化。過去國內調查發現，洗碗精內的「壬基酚」成分，對人的生殖系統有極大傷害且易致癌。若從下水道進入河川，不僅會讓雄魚雌性化，人類吃到受汙的海產，也會受到傷害。

天然性界面活性劑 古時候並沒有各式清潔劑，古人是怎麼洗澡、洗頭、去污呢？古人懂得運用多種自然物質進行清潔。例如：洗衣服用草木灰、洗頭用淘米水，用皂角（即皂角樹的果實，功能雷同無患子）製成肥皂團洗澡，富貴人家則用豬苓，或是在皂角中加入香料製作肥皂團

合成清潔劑 合成清潔劑可分成硬性、軟性兩大類；其中硬性清潔劑的成份為烷基苯磺酸鹽 (Alkyl benzene sulfate(R-C6H4-SO3Na )，簡稱ABS)，是由石油化學品中的十二烷苯製得，因為它不容易被細菌分解，所以常常造成水污染，目前已漸被軟性清潔劑取代，軟性清潔劑的主要成份為直鍊烷基烴磺酸鹽 (LAS)，由石油化學品中的乙烯聚合或由正烷烴氮化或磺酸化，易為水中細菌分解，因此又被稱為「菌解性清潔劑」。 石化品多是因為使用不當會造成環境的負擔。尤其在人類對環境保護極為重視的今天，石化品的生產與使用也要注意與環境相容，「菌解性清潔劑」的發明與推廣就是一個很好的例子。

直鏈式烷基苯磺酸鈉(n-C6H4SO3Na) 石化合成洗劑不是單一的種類；依照用途於其中添加了許多駭人的化學物質LAS直鏈式十二烷基苯磺酸鈉〈早期是用ABS；硬性的界面活性劑〉，年產量約兩百萬噸為 何使用量這麼大呢?主要是廠商強力宣傳，行政機關背後撐腰，伴著噴流式洗衣機的流行，以及易溶於冷水和硬水的各項優點，使得銷售量直線上升，而這些石化工 業 廢棄 物造價便宜，要多少就有多少，使得大資本家競相投入此市場，於是在短短四十餘年就攻佔肥皂九成九以上的市場。 因為上述因素使得歐洲各國河川到處漂浮著白色泡沫，雖然歐洲各國已替換使用較易分解的軟性合成洗劑，但是軟性LAS的毒性，其實比硬式ABS強，對魚類產生的傷害問題更是嚴重，魚類只要被LAS污染到，就會立刻死亡，因此可見LAS 對生物有很強的殺傷力!這些都是對環境的破壞!為了促進LAS界面活性劑的功能，廠商會添加一些催化劑〈添加劑〉，但以安全面看來尚有許多嚴重的顧慮

界面活性劑的分類 界面活性劑依其親水端的離子特性分為四大類型，有陰離子型、陽離子型、非陰離子型，以及兩性離子型。家庭清潔用品的成分大多混合陰離子型與非陰離子型兩種（如：洗碗精、洗衣精）；陽離子型則多應用在殺菌、防霉的清潔劑或消毒水，也有使用在柔軟精裡，濃度大於7.5%時具有腐蝕性，誤食的話比較危險。兩性離子型具有柔軟纖維的功能，常使用在柔軟精，以及個人清潔用品上。為了加強清潔劑的功能，常會另外添加不同的輔助成分，所以若誤食的話對人體也會有不同的刺激或影響，就讓我們來了解各式清潔劑的成分與其特性分析：

界面活性劑的分類 類型 產品種類 對生物與人體暴露的危害 陰離子型 清潔劑＊、洗衣粉 破壞水中生物細胞產能的機制，而使細胞壞死。低磷產品的添加製劑，誤食對人體可能有鹼性的腐蝕傷害。 非離子型 清潔劑＊、乳化劑、 化妝品 代謝物壬基苯酚使雄性生物產生雌性化。誤食對人體則有輕微的刺激性。 陽離子型 殺菌劑、衣物柔軟精 誤食對人體有刺激性，高濃度時可能產生腐蝕作用。 陰離子型界面活性劑（Anionic Surfactant） （通常使用在清潔劑裡…，洗人、洗狗、洗貓、洗車、洗地板、洗東洗西…等。） 陽離子型界面活性劑（Cationic Surfactant） （通常使用在潤濕精或護髮商品。） 兩性型界面活性劑（Amphoteric Surfactant） 非離子型界面活性劑（Ionic Surfactant） （通常使用在乳化劑較多。）

陰離子界面活性劑 排入河川中，會破壞生物細胞產能的機制， 而使細胞壞死。分為硬性(ABS)與軟性(LAS)，軟性的陰離子界面活性劑（直鏈型烷基苯磺酸鹽類，LAS）能在自然環境中分解，但是需要在溶氧量充足的水中才能分解，否則對環境仍具毒性。

陽離子型界面活性劑 多用在潤髮產品或護髮產品裡。因為頭髮帶正電荷，為了能順利的清洗掉污垢，所以使用了陰離子型界面活性劑，但是也因為洗完後，造成頭髮上的正負電荷混雜在一起，引起頭髮間彼此吸附在一起，造成糾結、難以梳理，所以在清洗完畢後立刻使用全部都帶有正電荷的陽離子型界面活性劑來跟陰離子起作用，殘餘的陰離子在與陽離子作用完後，可以輕易的用水就能沖洗掉，隨後頭髮裡就會全部充滿的正電荷，以同性相赤的原理，讓頭髮一根根的分別的排開，因此就能達到柔軟、抗靜電、好梳理的特性。

非陰離子界面活性劑 多運用在乳化的配方中。能在環境中分解，不過其壬基酚聚乙氧基醇類（NEPO）的分解產物「壬基苯酚（Nonylphenol, NP）」結構類似雌性荷爾蒙，會造成雄魚的精囊萎縮，如經過食物鏈也會進入人體，對生殖系統恐有不良影響。環保署已在今年(97)一月公告列管壬基酚、壬基酚聚乙氧基醇類兩種物質，並禁止使用於製造家用清潔劑，如：洗衣精等；另外衛生署也在6月中公告，洗面乳、洗髮乳、沐浴乳等用品，所含壬基苯酚濃度不得超過0.1％，違者產品須下架。

兩性型界面活性劑因為同時帶有正負電荷，因此可依pH值得不同來呈現出不同的功能。鹼性時呈現出陰離子型界面活性劑的功能，酸性時呈現出陽離子型界面活性劑的功能。 本身兩性型界面活性劑是俱有溫和的清潔力之效果，因此在訴求低刺激型的商品中，兩性型界面活性劑適用來當成清潔商品的主要成份，同時在一般的清潔商品裡，添加兩性型界面活性劑也可以用來降低或減輕以陰離子性界面活性劑為主劑之商品對皮膚的刺激性，或是以溫和不刺激作為訴求之商品。（EX：嬰兒用清潔商品。）

造成公害問題 A. 1916年德國化學家以人工合成原料作為洗潔劑，僅供工業用途。 B. 1933年美國成功地自石油副產物中提煉，肥皂公司將之商品化推銷給消費者使用。二次大戰後該項技術引進日本，隨著洗衣機的普及化，石化清潔劑更深入了每個家庭。 C. 1953年引入臺灣市場。 D. 1952年英國的河川出現合成洗劑污染事件。 E. 1959年德國也發生整條運河被泡泡所覆蓋的事件，引起世人對此環保問題的關注。 根據世界環保單位的調查統計指出:地球水質與土壤的污染，竟然有70%來自每個家庭排放出的廢水，也就是以石化原料製造出來的各式清潔劑所污染。

泡泡排放入河川湖泊後，使污水與空氣隔絕，造成水中生物缺氧，製造腐敗物，使得污染更嚴重。其中磷酸鹽類在洗潔劑中能去除硬水中的鈣與鎂，使泡末豐富。卻提供了水草、綠藻的營養，使它們大量繁殖，導致水流量降低，引起腐敗、惡臭、缺氧、魚類無法存活。破壞了自然生態環境的平衡，可說是水污染的元兇。 合成洗潔劑是毒性高的焦油及苯的產品，日本曾經利用合成洗劑來代替農藥使用的例子，後來因價格高及農藥製造商抗議才作罷。 自然的產品，循環再利用後許多會回歸于自然，而合成的物品，則不會分解和消失，它會污染土壤、河流、海洋、是環境污染的大根源。

合成介面活性劑對皮膚的作用 合成介面活性劑能把皮膚的油脂與水溶合，破壞皮脂保護膜，繼而入侵做為防護壁的角質層與顆粒層。首先會破壞侵害角質層後，再溶解顆粒層的油脂，使防護壁喪失作用無法抵抗異物侵入，最終傷害「表皮之母」的基底細胞而向肌膚內部滲透。

當皮膚接觸到合成介面活性劑時， 1mm/gm中會有0.53%進入血液之中， 當皮膚有傷口時則會有十三倍於此的 劑量進入血液。而其中以黏膜組織、 汗腺發達部位以及角質層薄的臉部， 都較容易受到合成介面活性劑侵入。 合成介面活性劑不僅是化妝品、洗潔劑的主原料，在外用藥膏以及纖維柔軟加工劑方面也使用廣泛。這些物品都是直接接觸在人體皮膚上的，因接觸而產生皮膚障害的症狀，像時常接觸的美髮業、'廚房工作者的手部，常見粗糙、指掌角皮症(富貴手)等、與合成介面活性劑都有一定的因果關係。

合成介面活性劑對人體皮膚 會產生之作用 A.皮膚的脫脂作用---合成介面活性劑與水的作用及物理操作，使皮脂膜受損。 B.角質層的保濕物質流失，保水能力降低，有乾澀感。 C.合成介面活性劑的吸著作用,使皮膚蛋白質變性。 D.表皮細胞脫離作用。 E.皮膚刺激作用—取決於種類、濃度之因素，對皮膚有不同層度的刺激。 F.皮膚感受作用—過敏性接觸皮膚炎。 G.對既存皮疹的影響---富貴手會因接觸而惡化。 H.促進化學物質的經皮吸收---合成介面活性劑會破壞皮膚的障壁功能,使許多化學成份，藉機侵入皮膚內部。

臨床測試易引起皮膚刺激、紅斑的界面活性劑 取用自《化妝品的真相－清潔保養用品須知》一書（聯經‧張麗卿著，作者為化學碩士及大專講師，且曾任化妝品公司研製） ◆高度刺激者： 　  十二烷基硫酸銨（Ammonium lauryl sulfate） 　　同義字：Sulfuric acid, Monododecyl ester, ammonium salt 　  十二烷基硫酸鈉（Sodium lauryl sulfate, SLS）附註：有消息指出此物會致癌，但許多大廠牌產品都有使用，同時也有許多廠商故意不標示出來。 ◆中度刺激者： 　  聚氧乙烯烷基硫酸鈉（Sodium laureth sulfate‧3EO） 　　同義字：Ethoxylate alkyl sulfate 　　　　　　Sodium lauryl ether sulfate（或 SLES） 　　　　　　Sodium polyxyethylene lauryl sulfate 　  十二烷基硫酸三乙醇胺（Triethanolamine lauryl sulfate） 　   肥皂（Soap） ◆低度刺激者： 　  聚氧乙烯烷基硫酸鈉（Sodium laureth sulfate‧7EO） 　  椰子脂肪酸酯鈉鹽（Sodium cocoyl isethionate） ◆微弱刺激者： 　  聚氧乙烯烷基硫酸鈉（Sodium laureth sulfate‧12EO） 　  聚山梨糖醇酯二十（Polysorbate-20）

安全性高的界面活性劑 ◆中性磷酸酯鹽類：Monoalkyl phosphate: MAP ◆胺基酸系界面活性劑： Alkyl glutamine acids: AGS（麩醯胺酸） Potassium N-acyl glutamine Sodium N-lauroyl-N-methyl-β-amino propionate Alkyl glutamate ◆天然植物為原料之界面活性劑： 烷基聚葡萄糖甘（Alkyl polyglucoside, APGs） Decyl polygucose ◆兩性型界面活性劑：甜菜鹼（Betaines） 　　　　　　　　　　Mackam MLT 　　　　　　　　　　Lauric imidazoline 　　　　　　　　　　Cocoamidopropyl betaine 　　　　　　　　　　Lauryl amphocarboxyglycinate 　　　　　　　　　　Amphoteric-2 ◆溫和的界面活性劑：磺基琥珀酸酯類（Sulfosuccinate esters） 　　　　　　　　　　Disodium laureth sulfoccinate

卸妝油製作: 橄欖油或葡萄籽油 乳化劑 精油 配方: 油:乳化劑=90:10 或 清潔力較強: 油:乳化劑=85:15