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現(xiàn)在是1頁\一共有65頁\編輯于星期四優(yōu)選兩性表面活性劑現(xiàn)在是2頁\一共有65頁\編輯于星期四本章重點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)用現(xiàn)在是3頁\一共有65頁\編輯于星期四陰離子型表面活性劑1陽離子型表面活性劑2兩性表面活性劑3非離子型離子型表面活性劑現(xiàn)在是4頁\一共有65頁\編輯于星期四6.1兩性表面活性劑概述廣義地說：所謂兩性表面活性劑，是指在分子結(jié)構(gòu)中，同時具有陰離子、陽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?，F(xiàn)在是5頁\一共有65頁\編輯于星期四通常所說的兩性表面活性劑，是指由陰離子和陽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)來講，在親水基一端既有陽離子(+)也有陰離子(-)?，F(xiàn)在是6頁\一共有65頁\編輯于星期四整個表面活性劑中開發(fā)較晚的一類：1937年美國專利開始報道；1940年美國杜邦公司首次報道了甜菜堿系兩性表面活性劑；1948年，法國研究出對電解質(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；我國自20世紀70年代前后開始研究，目前有少量品種逐漸投入市場?，F(xiàn)在是7頁\一共有65頁\編輯于星期四6.1.1兩性表面活性劑的特性1具有等電點可以和所有其他類型的表面活性劑復(fù)配23毒性低、對皮膚眼睛刺激性小耐水硬性和耐高濃度電解質(zhì)性45對織物優(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現(xiàn)在是8頁\一共有65頁\編輯于星期四

1、兩性表面活性劑具有等電點兩性表面活性劑通?？偤兴嵝曰鶊F和堿性基團，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)?，F(xiàn)在是9頁\一共有65頁\編輯于星期四以氨基丙酸為例PH﹥4PH﹦4PH﹤4現(xiàn)在是10頁\一共有65頁\編輯于星期四在PH﹥4，呈現(xiàn)陰離子型表面活性劑特征；在PH﹤4，呈現(xiàn)陽離子型表面活性劑特征；在PH﹦4附近，以內(nèi)鹽的形式存在，這種內(nèi)鹽一般成為“兩性離子”?，F(xiàn)在是11頁\一共有65頁\編輯于星期四

在PH﹦4左右的狹窄范圍內(nèi)，若將此溶液置于電場中，溶液的雙離子化合物不向任何方向移動，即分子內(nèi)的凈電荷為零，此點被稱作等電點。在等電點時，表面活性劑在水中的溶解度最低，它的發(fā)泡、潤濕及洗滌能力也最低。現(xiàn)在是12頁\一共有65頁\編輯于星期四2、幾乎可以同所有其他類型的表面活性劑進行復(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皮膚、眼睛刺激性，可以用在化妝品和洗發(fā)香波中?，F(xiàn)在是13頁\一共有65頁\編輯于星期四4、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?，F(xiàn)在是14頁\一共有65頁\編輯于星期四7、可以吸附在帶有負電荷或正電荷的物質(zhì)表面上，而不產(chǎn)生憎水薄層，因此有很好的潤濕性和發(fā)泡性。

現(xiàn)在是15頁\一共有65頁\編輯于星期四8、兩性表面活性劑的殺菌性能兩性表面活性劑作為殺菌劑，具有許多陽離子型表面活性劑所不及的優(yōu)點，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)、氨基酸等存在時殺菌力基本不變；3）對金屬有緩蝕作用，適于對金屬器皿的凈洗和殺菌；4）和其他類型的表面活性劑配伍性好?，F(xiàn)在是16頁\一共有65頁\編輯于星期四9、有良好的生物降解性當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95-100%?，F(xiàn)在是17頁\一共有65頁\編輯于星期四6.1.2兩性表面活性劑的分類6.1.2.1按陰離子部分的親水基團分類羧酸鹽型磺酸鹽型硫酸酯鹽型磷酸酯鹽型現(xiàn)在是18頁\一共有65頁\編輯于星期四6.1.2.2按整體化學(xué)結(jié)構(gòu)分類甜菜堿型咪唑啉型氨基酸型氧化胺型現(xiàn)在是19頁\一共有65頁\編輯于星期四1甜菜堿型陰離子部分還可以是磺酸基、硫酸酯基陽離子部分還可以是磷、硫現(xiàn)在是20頁\一共有65頁\編輯于星期四甜菜堿型表面活性劑，加水能呈透明溶液，泡沫多去污力好?？煽闯墒莾尚员砻婊钚詣┑拇怼Ｗ畲蟮奶攸c是無論是在酸性、中性或堿性都易溶于水。即使在等電點也無沉淀，且在任何pH值時均可使用。甜菜堿型表面活性劑現(xiàn)在是21頁\一共有65頁\編輯于星期四2咪唑啉型屬于甜菜堿型具有其他表面活性劑無可比擬的溫和性質(zhì)，對皮膚、眼睛刺激極小，無過敏反應(yīng)。多用于高檔、專用的洗發(fā)香波，而且在嬰兒用品上前景廣闊?，F(xiàn)在是22頁\一共有65頁\編輯于星期四3氨基酸型特點是：對環(huán)境和生物體的安全性高，對皮膚和頭發(fā)有親和性，前景最好的是對安全性要求極高的化妝品?，F(xiàn)在是23頁\一共有65頁\編輯于星期四4氧化胺型增泡、穩(wěn)泡作用明顯復(fù)配時能降低刺激性特點是：現(xiàn)在是24頁\一共有65頁\編輯于星期四氧化胺的化學(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離子特性。現(xiàn)在是25頁\一共有65頁\編輯于星期四6.2兩性表面活性劑的性質(zhì)6.2.1兩性表面活性劑的等電點pH<4pH=4pH>4陽離子表面活性劑陰離子表面活性劑現(xiàn)在是26頁\一共有65頁\編輯于星期四

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的性質(zhì)，這是兩性表面活性劑區(qū)別于其他類型表面活性劑的重要特點。

現(xiàn)在是27頁\一共有65頁\編輯于星期四臨界膠束濃度與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?，F(xiàn)在是28頁\一共有65頁\編輯于星期四6.2.3PH值對表面活性劑溶解度和發(fā)泡性的影響

1、等電點時溶液的PH﹦4，在等電點時，由于活性劑以內(nèi)鹽形式存在，其溶解度及泡沫量均最低。2、當介質(zhì)的PH﹥4，即高于等電點時，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、當介質(zhì)的PH值﹤4，即低于等電點時，呈現(xiàn)陽離子表面活性劑的特征，泡沫量和溶解度也較高。現(xiàn)在是29頁\一共有65頁\編輯于星期四6.2.4在基質(zhì)上的吸附量及殺菌性與PH值的關(guān)系

PH值低于等電點的溶液中，顯示陽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，殺菌力也比較強；

PH值高于等電點的溶液中以陰離子的形式存在，上述性能不理想?，F(xiàn)在是30頁\一共有65頁\編輯于星期四6.2.5甜菜堿型兩性表面活性劑的臨界膠束濃度與碳鏈長度的關(guān)系

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

lgcmc=A-Bn式中，n為烷基長碳鏈中碳原子的個數(shù)；常數(shù)A=1.5-2；B=29。此類表面活性劑的臨界膠束濃度可由上式計算外，也可以由實驗測得。隨著烷基鏈碳數(shù)的增加，cmc明顯降低?，F(xiàn)在是31頁\一共有65頁\編輯于星期四

改變兩性表面活性劑中的陽離子或陰離子基團，也會對cmc產(chǎn)生影響；例如含季銨陽離子的兩性表面活性劑的cmc高于含季磷陽離子的品種；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-現(xiàn)在是32頁\一共有65頁\編輯于星期四6.2.6兩性表面活性劑的溶解度和Krafft溫度點

1、對于羧酸甜菜堿，當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，對其溶解度和Krafft點影響不大。2、當烷基取代基的結(jié)構(gòu)相同時，磺酸甜菜堿和硫酸酯甜菜堿的Krafft溫度點明顯高于羧酸甜菜堿，即前兩者的溶解度較低。

現(xiàn)在是33頁\一共有65頁\編輯于星期四

通常羧基甜菜堿型兩性表面活性劑的Krafft溫度點低于4-18℃,而大部分磺酸甜菜堿的Krafft溫度點在20-89℃之間，硫酸酯甜菜堿則均高于90℃?，F(xiàn)在是34頁\一共有65頁\編輯于星期四

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

現(xiàn)在是35頁\一共有65頁\編輯于星期四

在非離子表面活性劑中影響不十分明顯，會使活性劑的溶解度略有降低，Krafft點略有提高。在兩性表面活性劑溶液中，加入電解質(zhì)使溶解度提高，Krafft點降低。現(xiàn)在是36頁\一共有65頁\編輯于星期四6.2.7表面活性劑結(jié)構(gòu)對鈣皂分散力的影響LSDR數(shù)值越低，表面活性劑對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，恰好無鈣皂沉淀發(fā)生的分散劑的質(zhì)量（g）現(xiàn)在是37頁\一共有65頁\編輯于星期四1、兩性表面活性劑的烷基R的碳鏈增長，或氮原子與羧基間的碳原子數(shù)n由1增加至3時，活性劑的鈣皂分散力有所提高，LSDR值降低。2、當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，會使鈣皂分散力大大提高，LSDR數(shù)值降低?，F(xiàn)在是38頁\一共有65頁\編輯于星期四6.2.8去污力烷基鏈為12-16個碳原子是去污效果最佳現(xiàn)在是39頁\一共有65頁\編輯于星期四6.3兩性表面活性劑的合成6.3.1羧酸甜菜堿的合成現(xiàn)在是40頁\一共有65頁\編輯于星期四

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

現(xiàn)在是41頁\一共有65頁\編輯于星期四

天然甜菜堿不具有表面活性，只有當其中一個CH3被長鏈烷基取代后才具有表面活性，人們稱該類物質(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)：一般由季銨鹽型陽離子和羧酸鹽型陰離子（或其他類型陰離子）所組成?，F(xiàn)在是42頁\一共有65頁\編輯于星期四1氯乙酸鈉法叔胺+氯乙酸鈉現(xiàn)在是43頁\一共有65頁\編輯于星期四

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行反應(yīng)制得。在此類表面活性劑中開發(fā)得最早。

現(xiàn)在是44頁\一共有65頁\編輯于星期四

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、潤滑、抗靜電性能，可用作纖維的柔軟劑和潤滑劑，提高手感性能，也可用作護發(fā)劑和家庭用柔軟劑的成分?，F(xiàn)在是45頁\一共有65頁\編輯于星期四舉例：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?，F(xiàn)在是46頁\一共有65頁\編輯于星期四2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）現(xiàn)在是47頁\一共有65頁\編輯于星期四

甜菜堿型兩性表面活性劑的長鏈也可以不在氮原子上，而在羧基的α碳原子上；制法：長鏈脂肪酸與溴反應(yīng)生成α–溴代脂肪酸，然后與三甲胺反應(yīng)現(xiàn)在是48頁\一共有65頁\編輯于星期四6.3.2磺酸甜菜堿的合成叔胺+氯乙基磺酸鹽現(xiàn)在是49頁\一共有65頁\編輯于星期四

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，以后使用了長碳鏈烷基二甲胺和溴乙基磺酸鈉的反應(yīng)制得?，F(xiàn)在是50頁\一共有65頁\編輯于星期四叔胺叔胺+環(huán)氧乙烷+SO2+環(huán)氧氯丙+NaHSO4現(xiàn)在是51頁\一共有65頁\編輯于星期四叔胺+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?，F(xiàn)在是52頁\一共有65頁\編輯于星期四叔胺+氯代丙烯+NaHSO4現(xiàn)在是53頁\一共有65頁\編輯于星期四合成示例：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無水甲醇中，加入氯丙烯（0.15mol），混合物加熱回流約14h，此時幾乎95%以上的十八烷基二甲胺已反應(yīng)（通過檢驗游離胺，游離胺可用0.1mol/L的HCl滴定，以溴酚藍作指示劑），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水溶液和叔丁基過氧化苯甲酸酯（0.001mol），通入氮氣，在沸水浴中加熱回流7h；反應(yīng)完成后，把溶劑蒸出，在殘留物中加入300mL無水乙醇，乙醇不溶物乘熱過濾分離；濾液進行蒸餾去除乙醇，干的殘留物為粗產(chǎn)物，提純產(chǎn)物可用300mL石油醚-無水乙醇（體積比5：100）混合溶劑進行重結(jié)晶，最后得到白色結(jié)晶狀純產(chǎn)物?，F(xiàn)在是54頁\一共有65頁\編輯于星期四6.3.3硫酸酯甜菜堿的合成N=2-3現(xiàn)在是55頁\一共有65頁\編輯于星期四HSO3Cl，2NaOH1叔胺+氯醇引入羥基再硫酸酯化現(xiàn)在是56頁\一共有65頁\編輯于星期四SO3酯化2鹵代烷+羥基叔胺引入羥基再硫酸酯化現(xiàn)在是57頁\一共有65頁\編輯于星期四6.3.4含磷甜菜堿的合成叔磷鹽現(xiàn)在是58頁\一共有65頁\編輯于星期四

磷酸酯甜菜堿是一類新型低刺激、高科技的兩性表面活性劑，具有很強的發(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，且潤濕、洗滌、脫脂能力強，被視為高效、安全的表面活性劑。適用于人體護膚、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?，F(xiàn)在是59頁\一共有65頁\編輯于星期四6.3.5咪唑啉型的合成RCH2COOH+NH2CH2CH2NHCH2CH2OH氯乙酸鈉脫水