兩性表面活性劑詳解演示文稿

兩性表面活性劑詳解演示文稿當(dāng)前1頁(yè)，總共65頁(yè)。優(yōu)選兩性表面活性劑當(dāng)前2頁(yè)，總共65頁(yè)。本章重點(diǎn)1．掌握兩性表面活性劑的基本性質(zhì)2.掌握兩性表面活性劑的分類(lèi)方法3．理解兩性表面活性劑的合成4．了解兩性表面活性劑的應(yīng)用當(dāng)前3頁(yè)，總共65頁(yè)。陰離子型表面活性劑1陽(yáng)離子型表面活性劑2兩性表面活性劑3非離子型離子型表面活性劑當(dāng)前4頁(yè)，總共65頁(yè)。6.1兩性表面活性劑概述廣義地說(shuō)：所謂兩性表面活性劑，是指在分子結(jié)構(gòu)中，同時(shí)具有陰離子、陽(yáng)離子和非離子中的兩種或兩種以上離子性質(zhì)的表面活性劑。當(dāng)前5頁(yè)，總共65頁(yè)。通常所說(shuō)的兩性表面活性劑，是指由陰離子和陽(yáng)離子所組成的表面活性劑。換言之，單就兩性表面活性劑結(jié)構(gòu)來(lái)講，在親水基一端既有陽(yáng)離子(+)也有陰離子(-)。當(dāng)前6頁(yè)，總共65頁(yè)。整個(gè)表面活性劑中開(kāi)發(fā)較晚的一類(lèi)：1937年美國(guó)專(zhuān)利開(kāi)始報(bào)道；1940年美國(guó)杜邦公司首次報(bào)道了甜菜堿系兩性表面活性劑；1948年，法國(guó)研究出對(duì)電解質(zhì)穩(wěn)定的氨基酸系兩性表面活性劑，并應(yīng)用于外科消毒殺菌等方面；我國(guó)自20世紀(jì)70年代前后開(kāi)始研究，目前有少量品種逐漸投入市場(chǎng)。當(dāng)前7頁(yè)，總共65頁(yè)。6.1.1兩性表面活性劑的特性1具有等電點(diǎn)可以和所有其他類(lèi)型的表面活性劑復(fù)配23毒性低、對(duì)皮膚眼睛刺激性小耐水硬性和耐高濃度電解質(zhì)性45對(duì)織物優(yōu)異的柔軟平滑性和抗靜電性6具有良好的乳化性和分散性特性7好的潤(rùn)濕性和發(fā)泡性9良好的生物降解性有一定的殺菌性和抑霉性8當(dāng)前8頁(yè)，總共65頁(yè)。

1、兩性表面活性劑具有等電點(diǎn)兩性表面活性劑通常總含有酸性基團(tuán)和堿性基團(tuán)，因此，在溶液中表現(xiàn)出最大的特征是有著兩性化合物物共同具有的等電點(diǎn)性質(zhì)。它與兩性表面活性劑的許多性質(zhì)，如吸附、溶解等密切相關(guān)。當(dāng)前9頁(yè)，總共65頁(yè)。以氨基丙酸為例PH﹥4PH﹦4PH﹤4當(dāng)前10頁(yè)，總共65頁(yè)。在PH﹥4，呈現(xiàn)陰離子型表面活性劑特征；在PH﹤4，呈現(xiàn)陽(yáng)離子型表面活性劑特征；在PH﹦4附近，以?xún)?nèi)鹽的形式存在，這種內(nèi)鹽一般成為“兩性離子”。當(dāng)前11頁(yè)，總共65頁(yè)。

在PH﹦4左右的狹窄范圍內(nèi)，若將此溶液置于電場(chǎng)中，溶液的雙離子化合物不向任何方向移動(dòng)，即分子內(nèi)的凈電荷為零，此點(diǎn)被稱(chēng)作等電點(diǎn)。在等電點(diǎn)時(shí)，表面活性劑在水中的溶解度最低，它的發(fā)泡、潤(rùn)濕及洗滌能力也最低。當(dāng)前12頁(yè)，總共65頁(yè)。2、幾乎可以同所有其他類(lèi)型的表面活性劑進(jìn)行復(fù)配，而且在一般情況下都產(chǎn)生加和增效作用。3、具有較低的毒性和對(duì)皮膚、眼睛刺激性，可以用在化妝品和洗發(fā)香波中。當(dāng)前13頁(yè)，總共65頁(yè)。4、具有極好的耐硬水性和耐高濃度電解性，甚至在海水中也可以有效地使用。5、對(duì)織物有優(yōu)異的柔軟平滑性和抗靜電性。例如：滌綸線用月桂酸為原料的咪唑啉兩性表面活性劑處理后，表面電阻可7.5×1011歐姆降到1.2×107歐姆。6、具有良好的乳化性和分散性。當(dāng)前14頁(yè)，總共65頁(yè)。7、可以吸附在帶有負(fù)電荷或正電荷的物質(zhì)表面上，而不產(chǎn)生憎水薄層，因此有很好的潤(rùn)濕性和發(fā)泡性。

當(dāng)前15頁(yè)，總共65頁(yè)。8、兩性表面活性劑的殺菌性能兩性表面活性劑作為殺菌劑，具有許多陽(yáng)離子型表面活性劑所不及的優(yōu)點(diǎn)，甜菜堿、咪唑啉型尤為突出：1）具有良好的洗凈力和浸濕能力，毒性低。2）殺菌能力受PH值影響小，在蛋白質(zhì)、氨基酸等存在時(shí)殺菌力基本不變；3）對(duì)金屬有緩蝕作用，適于對(duì)金屬器皿的凈洗和殺菌；4）和其他類(lèi)型的表面活性劑配伍性好。當(dāng)前16頁(yè)，總共65頁(yè)。9、有良好的生物降解性當(dāng)ABS、LAS、AES分別降解10%、55%、80%的情況下，兩性表面活性劑一般可達(dá)95-100%。當(dāng)前17頁(yè)，總共65頁(yè)。6.1.2兩性表面活性劑的分類(lèi)6.1.2.1按陰離子部分的親水基團(tuán)分類(lèi)羧酸鹽型磺酸鹽型硫酸酯鹽型磷酸酯鹽型當(dāng)前18頁(yè)，總共65頁(yè)。6.1.2.2按整體化學(xué)結(jié)構(gòu)分類(lèi)甜菜堿型咪唑啉型氨基酸型氧化胺型當(dāng)前19頁(yè)，總共65頁(yè)。1甜菜堿型陰離子部分還可以是磺酸基、硫酸酯基陽(yáng)離子部分還可以是磷、硫當(dāng)前20頁(yè)，總共65頁(yè)。甜菜堿型表面活性劑，加水能呈透明溶液，泡沫多去污力好。可看成是兩性表面活性劑的代表。最大的特點(diǎn)是無(wú)論是在酸性、中性或堿性都易溶于水。即使在等電點(diǎn)也無(wú)沉淀，且在任何pH值時(shí)均可使用。甜菜堿型表面活性劑當(dāng)前21頁(yè)，總共65頁(yè)。2咪唑啉型屬于甜菜堿型具有其他表面活性劑無(wú)可比擬的溫和性質(zhì)，對(duì)皮膚、眼睛刺激極小，無(wú)過(guò)敏反應(yīng)。多用于高檔、專(zhuān)用的洗發(fā)香波，而且在嬰兒用品上前景廣闊。當(dāng)前22頁(yè)，總共65頁(yè)。3氨基酸型特點(diǎn)是：對(duì)環(huán)境和生物體的安全性高，對(duì)皮膚和頭發(fā)有親和性，前景最好的是對(duì)安全性要求極高的化妝品。當(dāng)前23頁(yè)，總共65頁(yè)。4氧化胺型增泡、穩(wěn)泡作用明顯復(fù)配時(shí)能降低刺激性特點(diǎn)是：當(dāng)前24頁(yè)，總共65頁(yè)。氧化胺的化學(xué)性質(zhì)與兩性表面活性劑相似，既與陰離子表面活性劑相容，也與陽(yáng)離子表面活性劑、非離子表面活性劑相容；在中性和堿性溶液中顯示非離子特性，在酸性溶液中顯示弱陽(yáng)離子特性。當(dāng)前25頁(yè)，總共65頁(yè)。6.2兩性表面活性劑的性質(zhì)6.2.1兩性表面活性劑的等電點(diǎn)pH<4pH=4pH>4陽(yáng)離子表面活性劑陰離子表面活性劑當(dāng)前26頁(yè)，總共65頁(yè)。

兩性表面活性劑最突出的特性之一是它具有兩性化合物所共同具有的等電點(diǎn)的性質(zhì)，這是兩性表面活性劑區(qū)別于其他類(lèi)型表面活性劑的重要特點(diǎn)。

當(dāng)前27頁(yè)，總共65頁(yè)。臨界膠束濃度與PH值的關(guān)系

兩性表面活性劑的臨界膠束濃度隨著溶液PH值的增加而增大。當(dāng)前28頁(yè)，總共65頁(yè)。6.2.3PH值對(duì)表面活性劑溶解度和發(fā)泡性的影響

1、等電點(diǎn)時(shí)溶液的PH﹦4，在等電點(diǎn)時(shí)，由于活性劑以?xún)?nèi)鹽形式存在，其溶解度及泡沫量均最低。2、當(dāng)介質(zhì)的PH﹥4，即高于等電點(diǎn)時(shí)，呈現(xiàn)陰離子表面活性劑的特征，發(fā)泡快，泡沫豐富而且松大，溶解度迅速增加；3、當(dāng)介質(zhì)的PH值﹤4，即低于等電點(diǎn)時(shí)，呈現(xiàn)陽(yáng)離子表面活性劑的特征，泡沫量和溶解度也較高。當(dāng)前29頁(yè)，總共65頁(yè)。6.2.4在基質(zhì)上的吸附量及殺菌性與PH值的關(guān)系

PH值低于等電點(diǎn)的溶液中，顯示陽(yáng)離子表面活性劑的特征，在羊毛和毛發(fā)上的吸附量大，親和力強(qiáng)，殺菌力也比較強(qiáng)；

PH值高于等電點(diǎn)的溶液中以陰離子的形式存在，上述性能不理想。當(dāng)前30頁(yè)，總共65頁(yè)。6.2.5甜菜堿型兩性表面活性劑的臨界膠束濃度與碳鏈長(zhǎng)度的關(guān)系

對(duì)于甜菜堿兩性表面活性劑，其臨界膠束濃度與烷基R碳鏈長(zhǎng)度的關(guān)系可用下式表示：

lgcmc=A-Bn式中，n為烷基長(zhǎng)碳鏈中碳原子的個(gè)數(shù)；常數(shù)A=1.5-2；B=29。此類(lèi)表面活性劑的臨界膠束濃度可由上式計(jì)算外，也可以由實(shí)驗(yàn)測(cè)得。隨著烷基鏈碳數(shù)的增加，cmc明顯降低。當(dāng)前31頁(yè)，總共65頁(yè)。

改變兩性表面活性劑中的陽(yáng)離子或陰離子基團(tuán)，也會(huì)對(duì)cmc產(chǎn)生影響；例如含季銨陽(yáng)離子的兩性表面活性劑的cmc高于含季磷陽(yáng)離子的品種；帶有不同的陰離子的表面活性劑的cmc按照下述順序遞減。-COO-＞-SO3-＞-OSO3-當(dāng)前32頁(yè)，總共65頁(yè)。6.2.6兩性表面活性劑的溶解度和Krafft溫度點(diǎn)

1、對(duì)于羧酸甜菜堿，當(dāng)表面活性劑分子中的羧基與氮原子之間的碳原子數(shù)由1增加至3時(shí)，對(duì)其溶解度和Krafft點(diǎn)影響不大。2、當(dāng)烷基取代基的結(jié)構(gòu)相同時(shí)，磺酸甜菜堿和硫酸酯甜菜堿的Krafft溫度點(diǎn)明顯高于羧酸甜菜堿，即前兩者的溶解度較低。

當(dāng)前33頁(yè)，總共65頁(yè)。

通常羧基甜菜堿型兩性表面活性劑的Krafft溫度點(diǎn)低于4-18℃,而大部分磺酸甜菜堿的Krafft溫度點(diǎn)在20-89℃之間，硫酸酯甜菜堿則均高于90℃。當(dāng)前34頁(yè)，總共65頁(yè)。

電解質(zhì)的存在對(duì)表面活性劑的Krafft溫度的影響：在陰離子或陽(yáng)離子表面活性劑中會(huì)起鹽析作用，從而使表面活性劑的溶解度降低，Krafft溫度點(diǎn)上升。

當(dāng)前35頁(yè)，總共65頁(yè)。

在非離子表面活性劑中影響不十分明顯，會(huì)使活性劑的溶解度略有降低，Krafft點(diǎn)略有提高。在兩性表面活性劑溶液中，加入電解質(zhì)使溶解度提高，Krafft點(diǎn)降低。當(dāng)前36頁(yè)，總共65頁(yè)。6.2.7表面活性劑結(jié)構(gòu)對(duì)鈣皂分散力的影響LSDR數(shù)值越低，表面活性劑對(duì)鈣皂的分散能力越高。鈣皂分散力

(limesoapdisporsingrate,LSDR)鈣皂分散分散指數(shù)100g油酸鈉在硬度333mg/L的硬水中維持分散，恰好無(wú)鈣皂沉淀發(fā)生的分散劑的質(zhì)量（g）當(dāng)前37頁(yè)，總共65頁(yè)。1、兩性表面活性劑的烷基R的碳鏈增長(zhǎng)，或氮原子與羧基間的碳原子數(shù)n由1增加至3時(shí)，活性劑的鈣皂分散力有所提高，LSDR值降低。2、當(dāng)表面活性劑分子上引入酰氨基或?qū)Ⅳ然D(zhuǎn)換成磺酸基或硫酸基時(shí)，會(huì)使鈣皂分散力大大提高，LSDR數(shù)值降低。當(dāng)前38頁(yè)，總共65頁(yè)。6.2.8去污力烷基鏈為12-16個(gè)碳原子是去污效果最佳當(dāng)前39頁(yè)，總共65頁(yè)。6.3兩性表面活性劑的合成6.3.1羧酸甜菜堿的合成當(dāng)前40頁(yè)，總共65頁(yè)。

甜菜堿是由Sheihler早期從甜菜中提取出來(lái)的天然含氮化合物，其化學(xué)名為三甲基乙酸銨。目前“甜菜堿(Betaines)”一詞已冠于所有類(lèi)似此結(jié)構(gòu)的化合物，并已擴(kuò)展到含硫及含磷的類(lèi)似化合物。

當(dāng)前41頁(yè)，總共65頁(yè)。

天然甜菜堿不具有表面活性，只有當(dāng)其中一個(gè)CH3被長(zhǎng)鏈烷基取代后才具有表面活性，人們稱(chēng)該類(lèi)物質(zhì)為甜菜堿型表面活性劑。甜菜堿型兩性表面活性劑的基本分子結(jié)構(gòu)：一般由季銨鹽型陽(yáng)離子和羧酸鹽型陰離子（或其他類(lèi)型陰離子）所組成。當(dāng)前42頁(yè)，總共65頁(yè)。1氯乙酸鈉法叔胺+氯乙酸鈉當(dāng)前43頁(yè)，總共65頁(yè)。

最有代表性的是烷基二甲基甜菜堿兩性表面活性劑，工業(yè)上它由烷基二甲基叔胺與鹵代乙酸鹽進(jìn)行反應(yīng)制得。在此類(lèi)表面活性劑中開(kāi)發(fā)得最早。

當(dāng)前44頁(yè)，總共65頁(yè)。

式中的烷基的碳數(shù)一般為12～18。碳數(shù)為12的月桂基二甲基甜菜堿易溶于水，是透明狀溶液，具有良好的起泡力和洗滌力，對(duì)皮膚刺激性小，耐硬水，可用作香波起泡劑，也可用作染色助劑。碳數(shù)為18的硬脂基二甲基甜菜堿有柔軟、潤(rùn)滑、抗靜電性能，可用作纖維的柔軟劑和潤(rùn)滑劑，提高手感性能，也可用作護(hù)發(fā)劑和家庭用柔軟劑的成分。當(dāng)前45頁(yè)，總共65頁(yè)。舉例：BS-12的合成將氯乙酸用氫氧化鈉溶液調(diào)成pH=7，成為氯乙酸的鈉鹽，然后一次性投入等摩爾的十二烷基二甲胺，在三口瓶中60-80℃下，反應(yīng)5-10h，即得產(chǎn)品，濃度為30%左右。當(dāng)前46頁(yè)，總共65頁(yè)。2鹵代烷和氨基酸鈉3鹵代烷和氨基酸酯4α-溴代脂肪酸與叔胺5烷基氯甲基醚與氨基酸(用于制備含醚基的甜菜堿）6不飽和羧酸與叔胺（以丙烯酸、順丁烯二酸等不飽和羧酸為烷基化試劑）當(dāng)前47頁(yè)，總共65頁(yè)。

甜菜堿型兩性表面活性劑的長(zhǎng)鏈也可以不在氮原子上，而在羧基的α碳原子上；制法：長(zhǎng)鏈脂肪酸與溴反應(yīng)生成α–溴代脂肪酸，然后與三甲胺反應(yīng)當(dāng)前48頁(yè)，總共65頁(yè)。6.3.2磺酸甜菜堿的合成叔胺+氯乙基磺酸鹽當(dāng)前49頁(yè)，總共65頁(yè)。

磺酸甜菜堿是1885年由James合成制得的，最早采用三甲胺和氯乙基磺酸反應(yīng)得到，以后使用了長(zhǎng)碳鏈烷基二甲胺和溴乙基磺酸鈉的反應(yīng)制得。當(dāng)前50頁(yè)，總共65頁(yè)。叔胺叔胺+環(huán)氧乙烷+SO2+環(huán)氧氯丙+NaHSO4當(dāng)前51頁(yè)，總共65頁(yè)。叔胺+磺酸環(huán)內(nèi)酯1，3-亞丙基亞磺酸內(nèi)酯，即磺化丙烷，該物質(zhì)有致癌作用，所以一般不采用。當(dāng)前52頁(yè)，總共65頁(yè)。叔胺+氯代丙烯+NaHSO4當(dāng)前53頁(yè)，總共65頁(yè)。合成示例：N-十八烷基-N-[3-2-磺酸基）丙基]二甲基甜菜的合成

把N-十八烷基二甲胺（0.1mol）溶解于300mL無(wú)水甲醇中，加入氯丙烯（0.15mol），混合物加熱回流約14h，此時(shí)幾乎95%以上的十八烷基二甲胺已反應(yīng)（通過(guò)檢驗(yàn)游離胺，游離胺可用0.1mol/L的HCl滴定，以溴酚藍(lán)作指示劑），未反應(yīng)的氯丙烯與甲醇共沸蒸餾出；在剩下的甲醇溶液中加入NaHSO3水溶液和叔丁基過(guò)氧化苯甲酸酯（0.001mol），通入氮?dú)猓诜兴≈屑訜峄亓?h；反應(yīng)完成后，把溶劑蒸出，在殘留物中加入300mL無(wú)水乙醇，乙醇不溶物乘熱過(guò)濾分離；濾液進(jìn)行蒸餾去除乙醇，干的殘留物為粗產(chǎn)物，提純產(chǎn)物可用300mL石油醚-無(wú)水乙醇（體積比5：100）混合溶劑進(jìn)行重結(jié)晶，最后得到白色結(jié)晶狀純產(chǎn)物。當(dāng)前54頁(yè)，總共65頁(yè)。6.3.3硫酸酯甜菜堿的合成N=2-3當(dāng)前55頁(yè)，總共65頁(yè)。HSO3Cl，2NaOH1叔胺+氯醇引入羥基再硫酸酯化當(dāng)前56頁(yè)，總共65頁(yè)。SO3酯化2鹵代烷+羥基叔胺引入羥基再硫酸酯化當(dāng)前57頁(yè)，總共65頁(yè)。6.3.4含磷甜菜堿的合成叔磷鹽當(dāng)前58頁(yè)，總共65頁(yè)。

磷酸酯甜菜堿是一類(lèi)新型低刺激、高科技的兩性表面活性劑，具有很強(qiáng)的發(fā)泡能力，泡沫穩(wěn)定性好，具有理想的增稠、乳化、鈣皂分散、抗靜電和柔軟性能，且潤(rùn)濕、洗滌、脫脂能力強(qiáng)，被視為高效、安全的表面活性劑。適用于人體護(hù)膚、口腔清潔產(chǎn)品的應(yīng)用，也是工業(yè)上理想的抗靜電劑和柔軟劑。當(dāng)前59頁(yè)，總共65頁(yè)。6.3.5咪唑啉型的合成RCH2COOH+NH2CH2CH2NHCH2CH2OH氯乙酸鈉脫水-H