表面活性剂的生态性：环保染化助剂与生态纺织品

（一）水生物毒性

化学品的使用和排放对人类生活的环境产生的影响极为重要，几乎所有工业化国家都制定了相应的法规和指令。表面活性剂及其代谢产物对环境的影响可调查其对各种水域环境中的鱼类、藻类等水生物的毒性。

表面活性剂对鱼类的急性毒性用LC50（mg/L）表示，所有表面活性剂的鱼类急性毒性很相似，一般都在1～15mg/L的范围内。对水生细菌和藻类的毒性以ECO50（mg/L）表示，它表示24h内对水生细菌和藻类运动抑制程度的性质，一般在1～67mg/L的范围内。与LD50一样，数值越低则毒性越大。

（二）生物降解性

染整加工使用后的表面活性剂最终大部分被排放到水体中，被环境中的细菌等微生物分解净化。但是，不是所有的表面活性剂都能被微生物分解，某些结构的表面活性剂，微生物对其不发生降解作用，将在环境中长久留存下来，从而给环境造成巨大的危害。

生物降解是指微生物将有机物氧化为结构比较简单组分的过程，自然界中的生物降解主要是由环境中的细菌来完成。细菌能够以有机物为养料进行新陈代谢，通过一系列生物酶催化将其氧化为较为简单的化合物，最终转化为CO2和H2O以及其他元素的氧化物。

欧盟制定了较完整的指令性规则，指出环保型表面活性剂必须具有80%的最初生物降解率（一般是指5～10天）和90%的平均生物降解率，并规定了各种类型表面活性剂生物降解性测定的方法，如阴离子表面活性剂适用73/405/EEC和82/243/EEC，非离子表面活性剂适用82/242/EEC；尚未有阳离子和两性离子表面活性剂的生物降解率的指令性测定方法。表7-1是一些阴离子和非离子型表面活性剂的生物降解性。

表7-1　一些阴离子和非离子型表面活性剂的生物降解性

续表

表面活性剂的生物降解性与分子结构有关。对于阴离子表面活性剂一般直链比支链好，羧酸盐比硫酸盐或磺酸盐好，磷酸盐的生物降解性也好。硫酸盐和磺酸盐需要硫细菌参与才能完全分解，降解时间较长。阴离子表面活性剂的生物降解性的难易程度大致存在下列规律：(www.xing528.com)

线型脂肪皂类＞高级脂肪醇硫酸酯＞线型脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯（AES）＞线型烷基或烯基磺酸盐（AS，SAS，AOS）＞线型直链苯磺酸盐（LAS）＞支链高级烷烃硫酸酯＞支链脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯＞支链烷基苯磺酸盐。

对于非离子表面活性剂的分子结构与生物降解性的一般规律了解得不如阴离子表面活性剂。在非离子表面活性剂中，脂肪醇聚氧乙烯醚的生物降解性最好，直链烷基和α-甲基支链的烷基聚氧乙烯醚的生物降解性差不多，支链增多，生物降解性下降。吐温型的生物降解性较好。烷基酚聚氧乙烯醚特别是带支链的烷基酚聚氧乙烯醚的生物降解性很差。非离子表面活性剂的分解速度一般按聚氧乙烯醚的长短来决定，链越长，分解越慢，生物降解性越差，OPEO就不如NPEO。

阳离子表面活性剂由于其具有较大的毒性，常因为杀死细菌而使生物降解受阻。单长链的阳离子表面活性剂的生物降解性相对较好，而双长链季铵盐，如双（氢化牛油烷基）二甲基氯化铵（DTDMAC）、二硬脂肪酰基二甲基氯化铵（DSDMAC）和二（硬化牛油）二甲基氯化铵（DHTDMAC）的生物降解性很差。Eco-label规定不能使用生物降解率低于95%的洗涤剂、柔软剂和螯合剂，因此欧盟2002/371/EC指令禁止使用上述三个季铵盐。

两性离子型表面活性剂的生物降解性一般较好，最初生物降解率大于80%，甚至90%，例如氧化胺两性表面活性剂的生物降解率两周后达到80%，四周后达到93%。

（三）最终生物降解

以上的生物降解性的测试值是表面活性剂的初级生物降解率，表征的是表观的生物降解，不能代表表面活性剂被生物降解成什么碎片以及降解到什么程度。已经丧失了表面活性剂性质的这些降解中间体一般会继续生物降解直至原始分子全部消失，所有原子都转化为CO2、H2O和N2，这就是最终生物降解。

有机化合物的碳（有机碳）不可能100%降解为CO2，因为降解过程中微生物合成新的细胞以及形成可溶性有机物中间体均需耗费一小部分有机碳。BASF公司规定绿色表面活性剂的有机碳去除率应大于70%。表7-1中，大部分阴离子表面活性剂都符合这一指标，非离子表面活性剂中脂肪醇型聚氧乙烯醚（AEO）最好。

若要求提供表面活性剂的详细生物降解数据，不但要有初级生物降解率，还要有最终生物降解率。欧共体提供的EEC指令的测试方法是不能为之的，1993年OECD（经济合作和发展组织）报道了301-B，301-F方法。

OECD301-B法通过测量在密闭容器的生物降解过程中产生的CO2量，占CO2理论值（Th-CO2）的百分比使生物降解定量化。301-B法规定一种化合物必须在28天内至少产生60%ThCO2，并在10天内产生10%ThCO2，则可被OECD法认为是可以生物降解的。两性表面活性剂烷基（C14～C15）甜菜碱的ThCO2为81%，烷基（C12）甜菜碱为91%，最终生物降解性较好。NPEO的代谢氧化物NPEC和NPEC2很接近这一指标，所以认为这些氧化物在有氧和水的环境中不可能存在，而继续生物降解为CO2和H2O。

OECD 301-F法是由水中微生物作用下O2的消耗量与理论氧消耗量（ThOD）的百分数评价试验物质的生物降解性。301-F法规定经过28天的三次平行测定，至少消耗60%ThOD。NP的有氧降解率为57.4%～68.4%，平均为62%，所以NP不会存在于环境中。