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精细化工生产工艺学第二章表面活性剂返回目录目录•第一节表面活性剂的结构及性能•第二节表面活性剂的应用原理•第三节表面活性剂的分类•第四节阴离子型表面活性剂•第五节阳离子型表面活性剂•第六节两性离子表面活性剂•第七节非离子型表面活性剂返回目录第一节表面活性剂的结构与性能返回目录第一节表面活性剂的结构及性能•阅读P14《造纸工业表面活性剂应用现状》并思考表面活性剂有什么作用•一、表面活性及活性剂1.表面张力与表面活性①表面张力：促使液体表面尽量缩小的力表面张力现象：返回目录第一节表面活性剂的结构及性能②表面活性C浓度123加入物质浓度对溶液表面张力的影响实验表明：不同物质加入水中，其溶液表面张力会随加入物质浓度变化而变化γ表面张力返回目录第一节表面活性剂的结构及性能•表面活性：甲物质的加入能降低乙液体的表面张力时，称甲对乙具有表面活性。•由于水是最常用的溶剂，通常称表面活性都是对水而言•③表面活性剂（SAA）：取少量物质溶于水后就能引起水溶液表面张力显著降低的物质。•上图中哪种物质是SAA？123γ表面张力C浓度返回目录第一节表面活性剂的结构及性能④表面活性剂的应用：“工业味精”2007年品种：16000多年产量：1100万t~1200万t应用：从家用转移至工业产品结构：阴离子型占首位，其次为非离子型返回目录第一节表面活性剂的结构及性能•二、表面活性的结构及性能•（一）结构：不对称、极性、具有“双亲”结构•1.亲油基（疏水基）•都是由长烃链组成，易溶于“油”•2.亲水基（疏油基）•羟基、羧基、磺酸基、氨基、硫酸酯基、醚基等，易溶于水•结构示意图肥皂（脂肪酸钠盐）表面活性剂的分类返回目录第一节表面活性剂的结构及性能（二）表面活性剂的特性双亲结构改变表面张力1.加入互不相溶的两个液相中2.加入水中（CMC）不同浓度时表面活性剂在水中的分布形态不同浓度时表面活性剂在水中的分布形态返回目录第一节表面活性剂的结构及性能返回目录•3.HLB(亲水亲油平衡值)P23衡量表面活性剂亲水性能力大小，数值越大，越亲水。小于10多为亲油，大于10多为亲水第一节表面活性剂的结构及性能HLB数值用途3~6W/O乳化剂7~9湿润剂8~18O/W乳化剂13~15洗涤剂15~18增溶性HLB值与表面活性剂性能的关系返回目录•4.溶解度与温度的关系（1）临界溶解温度（克拉夫特点）离子型表面活性剂在水中的溶解度随温度的上升逐渐增加，当达到某一特定温度时，溶解度急剧上升，该温度称为临界溶解温度（KrafftPoint），以Tk表示。表1-1列出了一些离子型表面活性剂的克拉夫特点。离子型表面活性剂的溶解特点与它在水中能够形成胶团有密切关系。第一节表面活性剂的结构及性能返回目录（2）表面活性剂的浊点非离子表面活性剂在水中的溶解度随温度上升而降低，升至某一温度，溶液出现浑浊，这个温度称为该表面活性剂的浊点(Tp)。这个现象是可逆的，溶液冷却后，即可恢复成清亮的均相。表1-2列出了几个典型非离子表面活性剂的浊点。第一节表面活性剂的结构及性能返回目录•作业：•1.什么是CMC，它对于表面活性剂有什么意义•2.表面活性剂结构有什么特点。•3.克拉夫特点与浊点对表面活性剂的使用有何影响？返回目录第二节表面活性剂的应用原理返回目录第二节表面活性剂的应用原理一、润湿作用降低液面张力、促进液体在固体表面铺展，并渗透到物体中。作为湿润剂的多为非离子型和阴离子型的表面活性剂二、分散作用降低液体与固体微粒的界面张力，并在固体物质微粒周围形成一层亲水、稳定的吸附膜，使固体粒子均匀分散、悬浮在液体中返回目录第二节表面活性剂的应用原理三、乳化作用降低不相溶两种液体界面张力，促使某相以微小液粒均匀分散到另一相中形成乳化液的作用O/W：水包油型W/O：油包水型（牛奶）区别于分散作用四、泡沫作用降低水与空气之间表面张力，空气分散在水中形成泡沫，气泡表面吸附定向排列的一层表面活性剂P19图2.5泡沫形成模式图返回目录第二节表面活性剂的应用原理五、增溶作用表面活性剂在水溶液中形成胶束后，能使油类或非极性的碳氢化合物的溶解度有显著提高返回目录•作业：•1.表面活性剂的应用性能有哪些方面•2.名词解释O/WW/O第二节表面活性剂的应用原理返回目录第三节表面活性剂的分类P20返回目录第三节表面活性剂的分类•一、化学结构分类油溶性：种类和应用都较少水溶性离子型非离子型：溶于水时不能电离生产离子阴离子型阳离子型两性离子型返回目录•（一）阴离子型表面活性剂溶于水后生成离子，其活性成分为带负电的原子团第三节表面活性剂的分类（亲水基）CH3CH2…CH2—COONa溶于水CH3CH2…CH2—COO—+Na+•主要有四大类：•1.羧酸盐型：R—COONa•2.硫酸盐型：R—OSO3Na•3.磺酸盐型：R—SO3Na•4.磷酸酯盐型：R—OPO3Na返回目录第三节表面活性剂的分类•（二）阳离子型溶于水后生成的亲水基为带正电的原子团目前应用较多的有铵盐和季铵盐两大类铵盐类伯铵盐类仲铵盐类叔铵盐类季铵盐类铵盐类仲铵盐类叔铵盐类季铵盐类返回目录第三节表面活性剂的分类•（三）两性离子型溶于水后，分子内可同时带有两种离子性质（阴-阳，阴-非，阳-非）习惯上所说的两性表面活性剂指由阴阳两种离子组成酸性条件下，呈阳离子性质；碱性条件下，呈阴离子性质；中性条件下，呈非离子常见种类有三大类：氨基酸型、甜菜碱型、咪唑啉型返回目录第三节表面活性剂的分类•（四）非离子型表面活性剂在水中不会离解为离子，自然也不带电荷，但同样具有双亲结构，分子的亲水基不是离子而是聚氧乙烯醚链、酯键、多元醇等。返回返回目录第四节阴离子型表面活性剂返回目录第四节阴离子型表面活性剂•阴离子表面活性剂是目前世界上产量最大、应用最多的一类表面活性剂；其种类繁多，品种各异；主要用于洗涤行业，其中肥皂占40-50%；合成洗涤剂占60-50%。•一、羧酸盐型俗称皂类，使用最多的表面活性剂之一。返回目录第四节阴离子型表面活性剂•天然油脂与氢氧化钠进行皂化反应R-COOCH2R-COOCHR-COOCH2+NaOH3R-COONa+CH2—OHCH—OHCH2—OHR视天然油脂种类而定，油脂不同性质不同，最明显的是其适应温度范围的差异，洗涤用肥皂最常选用的是以C12~C18为主的混合油脂。碱金属钾皂也称软质皂，多用于液体洗涤剂或化妆品中肥皂返回目录•（一）肥皂P26•肥皂的历史•肥皂使用注意：酸性介质中生成不溶性脂肪酸；硬水中生成钙镁盐，导致失效；易受电解质影响第四节阴离子型表面活性剂返回目录•（二）多羧酸皂使用不多，较典型的是作润滑油添加剂、防锈剂•（三）松香皂天然植物树脂酸用碱中和的产物，本身无洗涤作用，但有优良的乳化力和起泡力，与肥皂配合可提高洗涤效果•（四）N-酰基氨基羧酸盐脂肪酰氯与氨基酸的反应产物，优良的表面活性，突出的低毒、低刺激性，广泛用于人体洗涤品、化妆品、牙膏、食品等第四节阴离子型表面活性剂返回目录•二、硫酸酯盐型高级醇及其他含—OH的化合物或含双键的烯烃硫酸化可得（一）高级醇硫酸酯盐（AS）优点：具有良好洗净力、乳化力，泡沫丰富，易于生物降解。水溶性和去污力比肥皂好，溶液成中性不损衣物，广泛用于家用及工业洗涤剂、化妆品。缺点：热稳定性差，强酸、碱中易水解,硬水中效能降低（以前加螯合剂三聚磷酸钠）第四节阴离子型表面活性剂无磷洗衣粉返回目录•AS的生产工艺：1.原料制备2.高级醇的硫酸化3.高级醇硫酸盐的中和第四节阴离子型表面活性剂R-OH+SO3R-O-SO3H硫酸化NaOHR-O-SO3Na+H2O如何用方块图表示工艺流程？返回目录•AS的生产工艺：第四节阴离子型表面活性剂R-OH+SO3R-O-SO3H硫酸化NaOHR-O-SO3Na+H2O返回目录（二）高级醇醚硫酸酯盐（AES）脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐简称醇醚硫酸盐，商品名为AES,其化学结构式为RO(CH2CH2O)nSO3M,其中R：C12~C15、的烷基,n=2~3,M主要为Na+。工业上常用的是月桂醇醚硫酸钠、月桂醇醚硫酸按和月桂醇醚乙醇胺的盐。AES是阴离子表面活性剂的重要品种，广泛应用于香波、浴液、餐具洗涤剂、复合皂等洗涤化妆用品；用于纺织工业润湿剂、清洁剂等。第四节阴离子型表面活性剂返回目录•三、磺酸盐型比硫酸酯盐型更稳定，酸性溶液中不发生水解，加热时也不易分解。广泛用于洗涤、染色、纺织行业，也常用作渗透剂、润湿剂、防锈剂等工业助剂。（一）烷基苯磺酸盐（LAS）阴离子表面活性剂中最重要的一个品种，占其生产总量的90%，其中烷基苯磺酸钠是我国洗涤剂活性物的主要成分，洗涤性能优良，去污力强，泡沫稳定及起泡力均良好第四节阴离子型表面活性剂返回目录•LAS的生产过程可分为三部分：1.烷基苯的制备；2.烷基苯的磺化；（精细有机合成）3.烷基苯磺酸的中和第四节阴离子型表面活性剂R-磺化-SO3HR-中和-SO3NaR-NaOHH2SO4H2SO4返回目录•（二）烷基磺酸盐（SAS）表面活性与LAS相近，在碱性、中性和弱酸性溶液中较稳定，硬水中有良好的润湿、乳化、分散和去污能力，易于生物降解。1.磺氯化法第四节阴离子型表面活性剂（1）烷烃烷基磺酰氯RH+SO2+Cl2紫外线RSO2Cl+HCl（2）皂化RSO2Cl+NaOHRSO3Na+H2O+NaCl2.磺氧化法返回目录•生产工艺流程图第四节阴离子型表面活性剂返回目录•（三）α-烯烃磺酸盐（AOS）特点：生物降解好，皮肤刺激小，去污好，泡沫细腻、丰富、持久；在较大PH范围内较为稳定。用途：广泛用来制取液体洗涤剂，如餐具洗涤剂，洗发香波。第四节阴离子型表面活性剂返回目录•四、磷酸酯盐型具有优良的抗静电、乳化、防锈和分散等性能，广泛用于纺织、加工、国防、金属加工和轻工等部门第四节阴离子型表面活性剂返回目录•作业：1.名词解释：AESLASASAOS2.AS的生产工艺包括哪几个主要流程？请写出主要反应式第四节阴离子型表面活性剂返回目录第五节阳离子表面活性剂返回目录•最早作为杀菌剂，后来品种和应用范围扩大：柔软剂、抗静电剂、助染剂、防锈剂乳化剂等等•一、概述1.定义2.用途：杀菌效果显著3.作用机理：具有乳化、湿润、去污作用，但很少用于洗涤第五节阳离子型表面活性剂为什么叫阳离子型？-----+++++基质水但中和负电后，增加抗静电性，织物变得柔软返回目录第五节阳离子型表面活性剂•4.使用注意事项：不能与肥皂或其他阳离子表面活性剂共用，否则引起阳离子活性物沉淀；同样不能与硝酸盐、蛋白质、羟甲基纤维素、大部分生物碱共用；能与直接染料或荧光染料作用，导致织物褪色•5.种类：主要为含氮化合物R-NH2·HCl伯胺盐CH3|R-N-HCl仲胺盐|HCH3|R-N+-CH3Cl-季铵盐|CH3CH3|R-N-HCl叔胺盐|CH3其它含氮等的有机衍生物返回目录•二、铵盐型高级伯仲叔胺与酸中和产物常用酸有：HCl、HCOOH、CH3COOH、HBr、H2SO4胺的制取方法：1.高级伯胺的制取（1）脂肪酸法（动植物油中）（2）脂肪醇法：最早由鲸蜡，后由人工合成2.仲、叔铵盐的制取第五节阳离子型表面活性剂返回目录•三、季铵盐型阳离子表面活性剂中最重要的一类，在工业上有重要的应用，性能上由于亲水基强碱性结构，对介质PH值适应强，与其他表面活性剂配伍强。典型制取方法：第五节阳离子型表面活性剂CH3|R-N+-CH3Cl-季铵盐|CH3RN(CH3)2+ClCH2-微量水40~100℃CH3|R-N-CH2-|CH3·ClR为十二碳时，便是十二烷基二甲基苄基氯化铵，商品名“洁尔灭”，消毒杀菌剂，阴离子为溴化物时，为“新洁尔灭”在我国使用较普遍返回目录•四、其他阳离子型表面活性剂除直连含氮化合物外，一些环状含氮化合物也可制成优良的阳离子型表面活性剂。代表产品如下第五节阳离子型表面活性剂返回目录第六节两性离子表面活性剂返回目录第六节两性离子表面活性剂•一、概述优良性能：去污、起泡、乳化好；耐硬水；对酸碱和各种金属离子稳定，毒性和皮肤刺激性低；生物降解好，并具有抗静电和杀菌等特殊性能