97表面活性剂

第二章表面活性剂表面活性剂是一类具有双亲结构的有机化合物，至少含有两种极性、亲液性迥然不同的基团部分，它在加入量很少时即能大大降低溶液表面张力，改变体系界面状态，从而产生润湿、乳化、起泡以及增溶等一系列作用，有“工业味精”之美称。第一节表面活性剂的特点及分类在加入很少量时就能显著降低溶液表面张力、改变体系界面状态的物质，称为表面活性剂。一、表面活性剂的特点1、双亲性2、溶解性3、表面吸附性4、界面定向排列5、形成胶束亲油基亲水基临界胶束浓度是指表面活性剂分子或离子在溶液中开始形成胶束的最低浓度，简称CMC。CMC越小，表面活性越高。6、多功能性二、表面活性剂的分类表面活性剂的品种大约有6000多种，其分类方法也不一致。水溶性表面活性剂油溶性表面活性剂离子型表面活性剂非离子型表面活性剂阴离子表面活性剂阳离子表面活性剂两性离子表面活性剂按溶解性分类按是否离解分类按离子类型分类阴离子型表面活性剂羧酸盐型R-COONa磺酸盐型R-SO3Na硫酸酯盐型R-OSO3Na磷酸酯型R-OPO3Na阳离子型表面活性剂胺盐类伯胺盐R-NH2HCl仲胺盐R-NH(CH3)HCl叔胺盐R-N(CH3)2Cl季胺盐类R-N(CH3)3Cl两性离子型表面活性剂氨基酸类RNHCH2CH2COONa甜菜碱类RN+(CH3)2CH2COO-咪唑啉类氧化胺类R-CNNCH2CH2CH3CH2CH2CH2COO-NR1R2R3O非离子型表面活性剂聚乙二醇（聚氧乙烯醚）类多元醇酯类醚酯类醇酰胺类特殊类型表面活性剂第二节化学结构与性能表面张力的降低由于表面分子所处的状况与内部分子不同，因而表现出很多特殊现象，成为表面现象，例如，荷叶上的水珠、水中的油滴、毛细管的虹吸等。表面张力是指作用于液体表面单位长度上使表面收缩的力（mN/m)。在溶液中，表面活性剂使溶剂（一般为水）的表面张力降低是表面活性的标志，也是其最重要的性质之一。这个量度可分为两种：一是降低溶剂表面张力至一定值时所需要表面活性剂的浓度，称为表面活性剂表面张力降低的效率；二是表面张力降低能达到的最大程度，称为表面活性剂表面张力降低的能力。表面活性剂浓度变化和其活动情况的关系（扫描黄皮31）表面活性剂亲水亲油平衡值及其实用意义亲水亲油平衡常值(hydrophillipophilebalance,简称HLB)是表示表面活性剂的亲水性、亲油性好坏的指标。HLB值越大，该表面活性剂的亲油性越强。根据其数值大小，就可以知道表面活性剂的适宜用途。例如，HLB值在2~6范围，可作为水分散在油中的乳化剂，用符号W/O，表示油包水型；HLB值在8~10范围，可作为润湿剂、渗透剂；HLB值在16~18范围，可作为增容剂；HLB值在12~18范围，可作为水包油型O/W的乳化剂。表面活性剂亲水基的相对位置与性能亲水基在分子中间即在亲油基链的中间者，比在末端的润湿性强；亲水基在末端的，则比在中间的去污力好。亲油基结构中分支的影响如果表面活性剂的种类相同，相对分子质量也相同，则一般有分支结构的表面活性剂具有较好的润湿、渗透性能。亲油基种类与性质的关系分子大小的影响表面活性剂的生物活性表面活性剂的生物降解第三节表面活性剂的亲油基原料脂肪醇脂肪胺脂肪酸甲脂脂肪酸直链烷基苯烷基苯酚环氧乙烷环氧丙烷第四节阴离子表面活性剂一、磺酸盐型阴离子表面活性剂磺酸盐由于磺基硫原子与碳原子直接相连，较硫酸酯盐更稳定，在酸性溶液中不发生水解，加热时也不易分解。广泛应用于洗涤、染色、纺织行业，也常用作渗透剂、润滑剂、防锈剂等工业助剂。磺化反应向有机化合物分子中的碳原子上引入磺基(-SO3H)的反应称作磺化，生成的产物磺酸（R-SO3H）、磺酸盐（R-SO3M）或磺酰氯（R-SO2Cl）。磺化剂工业生产中常用的磺化剂是硫酸、发烟硫酸、三氧化硫、氯磺酸和氨基磺酸，有时也用到亚硫酸盐等。烷基苯磺酸盐扫描黄皮41图3-5α-烯烃磺酸盐（AOS）1，3-磺内酯1，4-磺内酯2-烯烃磺酸3-烯烃磺酸RCH2CHCHCH2SO3NaRCHCHCH2CH2SO3NaRCH2CH2CH2CH2OHSO3NaRCH2CH2CH2CH2OHSO3NaNaOHAOS生物降解性好，比较温和，pH应用范围广，是各种液体洗涤剂的重要成分。RCH2CH2CHCH2SO3RCH2CHCHCH2SO3HRCHCHCH2CH2SO3HRCH2CH2CH2CH2OSO2RCH2CH2CH2CH2OSO240%40%烷基磺酸盐（SAS）RH2SO2++H2O紫外光RSO3H+H2SO4RSO3H+NaOHRSO3Na+H2ORH+SO2+Cl2RSO2Cl+HClRSO2Cl+2NaOHRSO2Na+NaCl+H2O1、磺氧化法2、磺氯酰化法CCHCHCROROOO+NaHSO3CCH2CHCROROOOSO3NaH13C6CH3CHR琥珀酸酯磺酸盐（渗透剂T）渗透剂T为淡黄至棕黄色粘稠液体，可溶于水。由于分子内有酯键故不耐强酸、强碱。它的渗透性快速均匀，润湿性、乳化性、起泡性均良好。渗透剂T主要应用于织物的快速渗透，另外也可以做为农药的乳化剂。脂肪酰胺磺酸盐（胰加漂T）OCH2H2C+NaHSO3HOCH2CH2SO3NaCH3NH2+HOCH2CH2SO3NaCH3NHCH2CH2SO3NaC17H33COCl+CH3NHCH2CH2SO3NaC17H33CONCH2CH2SO3NaCH3脂肪酰胺磺酸盐的代表性产品为N-油酰基-N-甲基牛磺酸钠，商品名为胰加漂T。二、硫酸酯盐型阴离子表面活性剂ROSO3Na在有机分子中的氧原子上引入-SO3H或在碳原子上引入-OSO3H的反应叫“硫酸化”。高级醇及其他还有-OH的化合物均可硫酸化生成硫酸酯，含双键的烯烃也可硫酸化生成硫酸酯，以上两种酯经过中和后即得到各种硫酸酯盐型表面活性剂。高级脂肪醇硫酸酯盐（AS）高级脂肪醇硫酸酯盐也称为伯烷基硫酸酯盐。它有良好的去污、乳化、分散、润湿、泡沫性能，易于生物降解。ROH+H2SO4ClSO3HSO3ROSO3HNaOHROSO3Na脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯盐（AES）ROH+OCH2H2CnROCH2CH2OHnClSO3HROCH2CH2OSO3HnNaOHROCH2CH2OSO3NanAES泡沫丰实，对水硬度不敏感，有良好的生物降解性，不刺激皮肤，与非离子表面活性剂有良好的复配性能，是家用洗涤剂中最重要的表面活性剂之一，可广泛地用来配制香波、餐具洗涤剂、洗衣粉等。第五节阳离子表面活性剂亲水基是阳离子的表面活性剂。阳离子表面活性剂的最大特征是其表面吸附力在表面活性剂中最强。几乎没有洗涤作用。可用作天然或合成纤维的柔软剂，抗静电及剂和纺织助染剂，肥料的抗结块剂，农作物除莠剂，沥青和石子的黏结促进剂，金属防腐剂，颜料分散剂，头发调理剂，化妆品用乳化剂，矿石浮选剂和杀菌剂等。胺盐型阳离子表面活性剂RCOOH+NH3RCONH2+OH2RCN+OH2RCN+H2NiRCH2NH2+NH3脂肪伯胺可以由脂肪腈加氢得到，反应是伯仲叔胺的混合物。反应过程中为什么要有氨气才存在？RCN+2H2RCH2NH2Ni2RCN+4H2Ni(RCH2)2NH+NH33RCN+6H2Ni(RCH2)3N+2NH3脂肪伯胺也可以从脂肪酸，氨，氢直接在催化剂上反应得到。RCOOH+NH3OH2RCH2NH2+H2+季铵盐型阳离子表面活性剂RN+R3R1R2亲水基为季铵阳离子的表面活性剂季铵盐是由叔胺和烷基化试剂反应而成，常见的烷基化试剂有卤代烷硫酸二甲酯环氧乙烷等。H2CCH2OCH3X(CH3)2SO4CH2X从伯、仲、叔胺制取季铵盐RNH2+2CH3Cl+2NaOHRN(CH3)2+2NaCl+H2ORNCH3CH3+RN+CH3CH3CH3CH3SO4(CH3)2SO4RBr+NCH3CH3CH3RN+CH3CH3CH3Br-60~80℃加压RNCH3CH3+CH3ClRN+CH3CH3CH3Cl-十二烷基三甲基氯化铵（防黏剂DT）CH2X+RNCH3CH3RN+CH3CH3CH2Cl-(Br)当R为十二烷基，X为Cl时，商品名为“洁尔灭”；当R为十二烷基，X为Br时，商品名为“新洁尔灭”；它们都是杀菌剂。H2CCH2O+RNH2RNHCH2CH2OHH2CCH2ORNCH2CH2OHCH2CH2OHH2CCH2ORN+CH2CH2OHCH2CH2OHCH2CH2OHCl-环氧乙烷，环氧丙烷作烷基化试剂时，能向分子中引入羟基。当环氧乙烷或环氧丙烷和叔胺反应是，要在碱性条件下进行。