非离子表面活性剂讲解

2020/6/20表面活性剂化学1第三章表面活性剂的合成•第一节阴离子表面活性剂•第二节阳离子表面活性剂•第三节两性离子表面活性剂•第四节非离子表面活性剂•第五节特殊类型表面活性剂一、概述非离子型表面活性剂在水溶液中不电离其亲水基主要是由具有一定数量的含氧基团（醚基或羟基）与水构成氢键实现溶解的一类表面活性剂正是这一特点决定了非离子型表面活性剂在某些方面比离子型表面活性剂优越什么是非离子性表面活性剂？性能(1)是表面活性剂家族第二大类，产量仅次于阴离子表面活性剂。(2)由于非离子表面活性剂不能在水溶液中离解为离子，因此，稳定性高，不受酸、碱、盐所影响，耐硬水性强。(3)与其它表面活性剂及添加剂相容性较好，可与阴、阳、两性离子型表面活性剂混合使用。(4)由于在溶液中不电离，故在一般固体表面上不易发生强烈吸附。(5)非离子表面活性剂的物理化学性质强烈依赖于温度，随温度升高，在水中变得不溶(浊点现象)。但糖基非离子表面活性剂的性质具有正常的温度依赖性，如溶解性随温度升高而增加。浊点非离子表面活性剂温度较低时澄清透明，当加热到溶液变浑浊时的温度。原因：温度——氢键(6)非离子表面活性剂具有高表面活性，其水溶液的表面张力低，临界胶团浓度低，胶团聚集数大，增溶作用强，具有良好的乳化力和去污力。(7)与离子型表面活性剂相比，非离子表面活性剂一般来讲起泡性能较差，因此适合于配制低泡型洗涤剂和其它低泡型配方产品。(8)非离子表面活性剂在溶液中不带电荷，不会与蛋白质结合，因而毒性低，对皮肤刺激性也较小。(9)非离子表面活性剂产品，大部分呈液态或浆状，这是与离子型表面活性剂不同之处。非离子表面活性剂具有良好的洗涤、分散、乳化、增溶、润湿、发泡、抗静电、杀菌和保护胶体等多种性能，广泛地应用于纺织工业、造纸工业、食品工业、化妆品工业、洗涤工业、橡胶工业、塑料工业、涂料工业、医药和农药工业上、化学肥料工业、金属加工工业、矿业、建构和环境保护等方面。随着脂肪醇自给能力的提高和环氧乙烷商品量的增加及其质量的提高，非离子表面活性剂发展极为迅速，我国非离子表面活性剂的生产将会得到更快的发展。用途与前景2.多元醇型1.聚氧乙烯醚型分类品种最多、产量最大、应用最广结构类型凡有活性氢的化合物均可与环氧乙烷缩合制成聚乙二醇型非离子表面活性剂。这类表面活性剂的亲水性，是靠分子中的氧原子与水中的氢形成氢键产生水化物而具有的。两种状态:在无水状态时为锯齿型，而在水溶液中主要是曲折型。1.聚氧乙烯醚型当它一旦在水中成为曲折型时，亲水性的氧原子即被置于链的外侧，憎水性的-CH2-基位于里面，因而链周围就变得容易与水结合。此结构虽然很大，但其整体恰似一个亲水基。因此，聚氧乙烯链显示出较大的亲水性。分子中环氧乙烷的聚合度越大，即醚键-O-越多，亲水性越大。H2O聚氧乙烯非离子表面活性剂根据疏水基的种类可分为长链脂肪醇聚氧乙烯、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、聚氧乙烯烷基胺、聚氧乙烯烷基酰胺等。合成方法：聚氧乙烯非离子表面活性剂是用具有活泼氢原子的疏水性原料，在酸或碱催化剂参与下与环氧乙烷起加成反应制得的。a.脂肪醇聚氧乙烯醚C12H25OHC14~C18常称平平加C12H25O-(CH2CH2O)n-HNaOH催化150~180oCC12~C13常称AEOC12H25OH1高碳醇的制备2环氧乙烷的制备3脂肪醇聚氧乙烯基醚的合成C12H25O-(CH2CH2O)n-HNaOH催化150~180oC实际上环氧乙烷的加成是逐渐进行的，首先加成1个环氧乙烷分子，继而加成上第2个、第3个……当加成上10～15个后，则显现出最佳的洗涤能力。常用的长链脂肪醇有月桂醇、油醇、棕榈醇、硬脂醇、环己醇、萜烯醇等。这类表面活性剂稳定性高，生物降解性和水溶性均较好，具有良好的乳化、润湿、渗透、分散和增溶的能力。常用于衣料用洗涤剂、洗发香波、浴用香波中。乳白色或米黄色软膏状，遇冷即冷冻。平平加：易溶于水，在硬水、酸液或碱液中不起变化而很稳定，是一种优良扩散剂。有很强的扩散能力。对各种纤维无结合能力，所以应用后亦易洗去。有润湿力，并能发生泡沫。对直接染料和还原染料有很高的亲和力，起缓染作用；有剥色能力。缺点：起泡力差和只能制成液体或半固体状。1作扩散剂2匀染剂3剥色助剂4半防染剂5增艳剂6净洗剂7防静电剂8乳化剂用途：b.烷基酚聚氧乙烯醚（APE）ROO(CH2CH2H)nOO(CH2CH2)10HCH919壬基酚聚氧乙烯醚OP-10常用的酚有辛基酚、壬基酚OO(CH2CH2)10HCH919nn=1~6油溶性n＞8水溶性，浊点＞50oCn=8~9润湿性、去污力、乳化性能皆佳n＞10润湿性、去污力下降，浊点升高特点烷基酚聚氧乙烯醚的制法与长链脂肪醇聚氧乙烯相似，其反应式如下：化学性质稳定耐酸碱耐高温耐氧化剂不易生物降解它的需要量呈逐渐减少的趋势，目前在家用洗涤用品中已较少使用，主要用在金属的酸性洗涤剂和碱性洗涤剂中。c.脂肪酸聚氧乙烯酯R-COO-(CH2CH2O)n-H脂肪酸与环氧乙烷在催化剂存在下起加成反应生成脂肪酸聚氧乙烯酯，反应式如下：另一种方法是用脂肪酸与聚乙二醇进行酯化反应制得：此反应中，聚乙二醇有两个羟基，如无特殊催化控制，酯化所得的非离子酯总会有一定比例的双酯，此外，通过酯交换亦形成聚乙二醇：这种表面活性剂的渗透力、洗涤力较脂肪醇和烷基酚的聚氧乙烯醚类差，主要用作乳化剂、分散剂、纤维油剂和染色助剂等。此外，它还易受酸、碱溶液水解而形成原脂肪酸和聚乙二醇，所以在强酸溶液中失去洗涤力，而在强碱溶液中其洗涤力远不及由同样脂肪酸制成的肥皂，但还是可以用作家庭用洗衣粉的成分。将橄榄油与聚乙二醇在碱催化下进行酯交换反应，可得到聚乙二醇油酸和油酸单甘油酯的混合物，反应过程如下：这种混合物是具有特殊性能的油溶性乳化剂，具有广泛用途。d.烷醇酰胺聚氧乙烯醚RCO-NH-(CH2CH2O)n-HRCO-NH-CH2CH2-OH烷基醇酰胺与环氧乙烷起加成，反应生成聚氧乙烯烷基醇酰胺，反应式如下：这种非离子表面活性剂具有较强的起泡和稳泡作用，故常用作泡沫促进剂和泡沫稳定剂，其中有的具有良好的洗涤力、增溶力和增稠作用。这类较早的产品是月桂酰二乙醇胺，它是由月桂酸和二乙醇胺在氮气流保护下加热进行缩合反应制得的：月桂酰二乙醇胺不溶于水，当再与一分子二乙醇胺结合成复合物时，才具有良好的水溶性和洗涤力，可用作洗涤剂中的稳泡剂，也可用作乳化剂和防锈剂及干洗皂等。这种表面活性剂的稳定性和耐水解性优于脂肪酸聚氧乙烯酯。e.聚氧乙烯烷基胺聚氧乙烯烷基胺同时具有非离子和阳离子表面活性剂的一些特性，如耐酸不耐碱，具有杀菌性能等。常用作染色助剂，也常用于人造丝生产中以增强再生纤维丝的强度，还可保持喷丝孔的清洁，防止污垢沉积。烷基胺与环氧乙烷起加成反应可生成两种反应产物：在后一反应中，最终产物实际上是异构体的混合物。合成方法：聚醚类产品主要是以丙二醇为起始剂而合成的以各种不同分子量的聚氧丙烯-聚氧乙烯共聚而成的一系列产品的总称，其中有代表性的为Pluronic型表面活性剂，其分子式如下：CH3式中(CH2CHO)b是聚氧丙烯段，在分子中呈现疏水性质，(CH2CH2O)a和(CH2CH2O)c是聚氧乙烯段，在分子中呈现亲水性质；a、b、c代表分子数目，改变分子数目可以得到亲水性不同的产物。f.聚醚类聚醚的分子量可达数千以上，显著地高于普通的表面活性剂的分子量，因此也可将归属于高分子表面活性剂中。聚醚的毒性和起泡力均较低，分子量为2000～3000的聚醚有良好的去污力；分子量更高的分散力较好。此外，聚醚还具有强乳化力。可用于低泡洗涤剂、乳化剂，消泡剂以及织物匀染剂、抗静剂、金属切削冷却液、润滑剂和黏结剂。结构类型多元醇型非离子表面活性剂是指由含多个羟基的多元醇与脂肪酸进行酯化反应而生成的酯类，此外，还包括由带有NH2或NH基的氨基醇以及带有-CHO基的糖类与脂肪酸或酯进行反应制得的非离子表面活性剂。由于它们在性质上很相似，故统称之为多元醇型非离子表面活性剂。多元醇型非离子表面活性剂按多元醇的种类可分为甘油脂肪酸酯、季戊四醇脂肪酸酯、失水山梨醇脂肪酸酯、蔗糖脂肪酸酯等非离子表面活性剂。2.多元醇表面活性剂2CHCHCHCHCH2CHOHOHOHOOCOR单硬脂酸甘油酯季戊四醇酯失水山梨醇酯a.脂肪酸失水山梨醇酯2CHCHCHCHCH2CHOHOHOHOHOHOHH2SO4，140oC-H2O2CHCHCHCHCH2CHOHOHOHOHO山梨醇1,4失水山梨醇2CHCHCHCHCH2CHOHOHOHOOCOROHCOR单酯双酯三酯Span(司盘)系列抗静电剂、润滑剂2CHCHCHCHCH2CHOHOHOHOOCOR2CHCHCHCHCH2CHOOCOROOO2OCHCH2()HpsH)(2CHCHO2q2OCHCH2()HTwen系列Span(司盘)系列b.脂肪酸甘油酯和季戊四醇酯酯交换反应c.蔗糖脂肪酸酯食品、化妆品、医药特点是：易生物降解，可为人体吸收，不刺激皮肤和粘膜。对环境和生物体的安全性高，是联合国国际粮农组织和世界卫生组织推荐的可作为食品添加剂的表面活性剂。Test1你的化妆水够温和吗?试纸一试便知!如果测出来接近pH7中性或是接近皮肤酸碱值pH5.5，代表你的化妆水很温和不会刺激肌肤。操作：滴一些化妆水在试纸上，如果pH值小于７，试纸呈现红色就是酸性；大于７且呈现蓝色就是碱性。但若是想要你的化妆水具有收敛或去角质功能，pH值4~5则是最理想。Test2精华露是否好吸收?先拿化妆棉吸吸看！操作：将精华露滴在一叠面纸或化妆棉上观察渗透力，愈容易向下渗透，表示分子小、穿透力强容易被皮肤吸收。如果只是在表面扩散，就表示渗透力差，不好吸收。Test3乳液好不好吸收?一杯水真的就能知道!操作：将乳液或是乳霜取绿豆般大小放入水中，通常水包油型会浮在水面上，而且稍微搅拌就会慢慢溶解变成乳白色。简单地说，可区分为水包油或是油包水两种剂型水包油型较易被吸收且较清爽油包水型则不好吸收大部分油包水型的乳液或乳霜会沉于水面下且不易溶于水中。