新型表面活性剂的发展概况.docx

/sundae_meng新型表面活性剂的发展概况摘要表面活性剂是从50年代开始随着石油化工飞速发展与合成塑料、合成橡胶、合成纤维一并兴起的一种新型化学品。目前已被广泛应用于纺织、制药、化妆品、食品、造船、土建、采矿以及洗涤等各个领域，它是许多工业部门必要的化学助剂，其用量虽小，但收效甚大，往往能起到意想不到的效果。关键词：新型表面活性剂；两性表面活性剂；非离子表面活性剂；阳离子表面活性剂；阴离子表面活性剂。AbstractFrom the 1950s , as oil chemical developed rapiddly ,surfactants exist as a new chemical fiber up with the synthetic plastic, synthetic rubber, synthetic .Currently it has been widely used in textile, pharmaceutical, cosmetic, food, shipbuilding, civil construction, mining and washing, etc. It becomes to be many industry agencies necessary chemical agents. Its dosage is small, but its products are extremely large. It will make unexpected effect sometimes.Keywords: New surfactant；Amphoteric surfactant ；Nonionic surfactant；Cationic surfactant； Anionic surfactant.表面活性剂素有“工业味精”之称，新世纪中人们将会进一步拓宽其应用领域，除在造纸、食品、建 筑、交通、水处理和农业等方面开发应用之外，还会大力开发其在纺织和能源方面的应用。目前，我国表面活性剂工业已有相当大的规模，装备和技术已越来越向国际水平靠拢，产品产量、种类和质量都有大幅增长和提高。我国现有表面活性剂主要品种的变化趋势为：阴离子表面活性剂肥皂保持，烷基苯磺酸盐减少，脂肪醇硫酸盐增加，烷基磺酸盐减少，非离子表面活性剂脂醇醚增加，烷基多苷增加，葡糖酰胺增加，烷基酚醚停止使用，阳离子表面活性剂双十八烷基二甲基氯化铵减少，酯基季铵盐保持，两性离子表面活性剂甜菜碱保持。1、两性表面活性剂是指在同一分子结构中同时存在被桥链(碳氢链、碳氟链等)连接的一个或多个正、负电荷中心的表面活性剂。两性表面活性剂是今年发展较快的新型表面活性剂。由于盖表面活性剂几乎无毒性，对人体、眼睛的刺激极小并有良好的配伍性和配方的协同效果等卓越的性能，使其成为当今世界开发、研究和应用的焦点。而其中又以十二烷基氧化胺（OA-12）和十二烷基甜菜碱（BS-12）(图0)的应用范围最为广泛。我国两性表面活性剂发展较晚，目前所有种类两性活性剂生产量远不及需求量，供求矛盾非常突出，尤其是近几年来经济的飞速增长和人民消费水平的提高，其应用范围正在猛速扩大，需求量急剧上升，它是纺织工业的柔软剂、抗静电剂、分散剂、消毒杀菌剂、印染助剂；机械工业的金属清洗剂、润滑剂、缓蚀剂、螯合剂；石油工业的发泡和乳化剂；医药卫生行业杀菌洗涤剂；日化行业用于发质调理剂、皮肤清洗剂、香波、浴液等；因而，开发生产两性表面活性剂有着深远的意义。1图02、由于非离子表面活性剂比离子型表面活性剂具有更为独特的表面化学特性，因此它有可能在更为广泛的领域中得到应用，其需要量将得到徐速增长。由于石油化工的发展，可获得价廉质优的原料氧化乙烯（环氧乙烷），因此，聚氧乙烯系非离子型表面活性剂发展尤为迅速，并成为非离子型表面活性剂的主要品种。近几年来，新型的以聚氧乙烯为亲水及的非离子型表面活性剂得到不断开发。以下几种便是该类新型非离子表面活性剂的代表。(1)“多功能”非离子型表面活性剂2与通常的聚氧乙烯非离子型表面活性剂不同，“多功能”聚氧乙烯系非离子型表面活性剂，除了显示非离子性的聚氧化乙烯基团外，还含有不同特性的基团（即分子中具有混合型基团），因而，表面活性剂就具有“多功能”或“多效”的性质和作用。也就是说，这类表面活性剂，不仅具有非离子型表面活性剂应有的表面活性，而且还具有诸如催化、络合、分解等功能。由朱雄精一等人合成的氨基酰亚胺化合物就属于这类多功能表面活性剂。他们从非对称的二甲基肼、1,2-环氧链烷和羧酸酯，用Slagel方法合成了多种新的安吉酰亚胺类化合物(1)(2)(图1)，并对它们的表面活性及其功能，尤其对环氧乙烷数对于表面活性及性能的影响作了充分的研究。研究表明，这类新型表面活性剂，而且还可以与金属离子相互作用，故可作相转移催化剂及脂肪酸酯的加水分解催化剂。尤其如式(1)所示的化合物，由于在两个氨基酰亚胺基之间引入了氧化依稀集团，使其相转移能力得到很大提高。(2)冠醚类非离子型表面活化剂3冠醚的大环是由聚氧乙烯构成的，或看成是由两个聚氧化乙烯链的两末端羟基间脱水缩合而成。因此，在性质上可看成是非离子表面活性剂，但当在还上引入长链烷基后，就成为一类既能选择性地络合阳离子、阴离子及中性分子，又具有表面活性剂以及能形成胶团等符合性能的表面活性剂，这在生物化学、分析化学、药物化学及有机化学等领域有很大用途。此外，当它与极性基团或某些金属离子形成络合物后，使之从非离子型表面活性剂变成离子型表面活性剂。冠醚类非离子型表面活性剂中，又分硫代冠醚(图2)、有氨基酰亚胺基的4类冠醚(图3)、有羟基的冠醚、有光学活性和表面活性的冠醚、有聚氧化乙烯侧链的冠醚、在冠醚环的聚氧乙烯侧链上引入羟基的冠醚等等。(3)嵌段非离子型表面活性剂4,5嵌段非离子型表面活性剂，通常是用两种或两种以上氧化烯烃，在酸性或碱性催化剂存在下，于基本无水条件下，经加温加压加成到含有一个或几个活泼氢的水溶性有机化合物而制得的。根据制备条件，可获得匀嵌/匀嵌、匀嵌/杂嵌、杂嵌/杂嵌非离子型表面活性剂。这类表面活性剂的最大优点是只要稍微改变分子结构，就可得到所希望的分子特性(分子量和组成)和所需的表面活性，尤其对需要稳定的胶态体系(如填料的分散、乳液、胶乳)效果特佳，是传统的表面活性剂所达不到的。为此，这类表面活性剂在热塑性弹性体、粘合剂、掺合物等方面，越来越引起人们的关注。图4研究和应用最多的嵌段非离子型表面活性剂是环氧乙烷-环氧丙烷嵌段共聚物，它们可用于分散剂、加速剂、乳化剂、润湿剂、鼓泡剂等的制备中；此外，还可作医学配方中的乳化剂及工业用破乳剂。最近陆续开发了带有更高级的嵌段共聚物。如经环氧乙烷、环氧丙烷嵌段共聚物改性的聚硅氧烷6,与化妆品基料有良好的相容性，可作为具有抗静电性的润滑剂，广泛用于护发、护肤领域，图(4)中的两个化合物就属于这种。(4)有机金属化合物非离子型表面活性剂目黑谦次郎等人7以有机钛和有机硅为原料，与聚氧化乙烯高级醇醚反应，合成各种各样的有机金属化合物非离子型表面活性剂(图5)，并研究了它们的表面活性。他们发现这类表面活性剂的最大特点是无论在有机溶剂中，还是在水中，都能使无机颜料很好地分散，而且它们的性质可通过改变环氧乙烷链长(改变n)及烷基的链长进行改性。图5(5)其他类型非离子表面活性剂除上述几类非离子表面活性剂外，还有氟表面活性剂和硫表面活性剂。氟表面活性剂的特点是表面活性高，化学稳定性高和热稳定性高。硫表面活性剂广泛用于纺织印染、防锈防蚀、杀菌杀虫、采油、洗涤剂，乃至农药、医学等领域。图63、阳离子表面活性剂具有特殊的乳化性和吸附性。阳离子表面活性剂容易吸附于一般固体表面，因此常能赋予固体表面某些特性,于是具有某些特殊用途：如利用阳离子表面活性剂和阳离子染料在纤维上的竞争吸附，可将其作为染整行业的缓染剂。在造纸工业中，高分子型阳离子表面活性剂可作为纸张增强剂、松香乳化剂及中性施胶剂的乳化剂等等。此外，阳离子表面活性剂具有某些特殊的性能(如抗静电、柔软和杀菌等功能)，不能被其他类型的表面活性剂所取代，因此，阳离子表面活性剂用途广泛,性能优异。新型氧离子表面活性剂也多种，比如有在季铵盐类表面活性剂分子中引入带有非离子性质的羟基基团合成出的新型阳离子表面活性剂8，有以糖基和季铵阳离子为亲水基、以氮原子上连接的长链烷基为亲油基的含糖基季铵盐表面活性剂9(图6)，还有采用脂肪醇聚氧乙烯醚为主要原料合成的聚氧乙烯基缩水甘油三甲胺盐酸盐新型阳离子表面活性剂10(图7)等。 图74、阴离子表面活性剂是在溶于水后生成离子，其亲水基团为带有负电的原子团。水中解离后，生成憎水性阴离子。如脂肪醇硫酸钠在水分子的包围下，即解离为ROSO2-O-和Na+两部分，带负电荷的ROSO2-O-，具有表面活性。 阴离子表面活性剂分为羧酸盐、硫酸酯盐、磺酸盐和磷酸酯盐四大类，具有较好的去污、发泡、分散、乳化、润湿等特性。广泛用作洗涤剂、起泡剂、润湿剂、乳化剂和分散剂。产量占表面活性剂的首位。不可与阳离子表面活性剂一同使用，在水溶液中生成沉淀而失去效力。目前，传统该类表面活性剂产图8品性能优越，使用广泛，但也不乏一些新型产品，这些产品在某些性能下相对传统产品而言有不小的突破，如以长烷基链酮为原料在对甲苯磺酸的催化下与丙三醇反应制备了环缩醛中间体，所得中间体与1,3-丙磺酸内酯反应，合成的一种新型含1,3-二氧杂环戊烷的单阴离子型表面活性剂11(图8)；有新型阴离子表面活性剂磷酸二(2乙基己氧基)乙基酯钠(DEEPA)12(图图99)；还有以无水对氨基苯磺酸、1,2-二溴乙烷、溴代十二烷等为主要原料制备的双阴离子（Gemini）表面活性剂N,N-(十二烷基二对苯磺酸钠)乙二胺图10(HY-12)13(图10)等。当前,国外表面活性剂的主要研究方向为安全、温和、易生物降解，而我国在这方面的工作才刚刚起步。为适应国际发展潮流，有必要组成专业性较强的表面活性剂工程研究中心，系统地进行新产品开发和工程化研究。由于表面活性剂产品品种多，应用范围广，且由于中国在该领域基础薄弱，所涉及的亟待解决的问题也多，应首先解决以下问题：系统开发安全、温和、易生物降解、具有特殊作用的表面活性剂，研究其构效关系，为新型产品的开发和应用提供理论基础。参考文献：1 钱向明等.新型两性表面活性剂M.技术与市场,2000,(4):17-18.2 杨树良.新型非离子表面活性剂及其功能M.化工进展,1995,(5):39.3 朱雄精一.油化学M,1988,37(3):157-165.4 杨树良.化工进展M,1993,(4):29-32.5 Bahadur Petal.Tenside Surf.DetJ.1991,28(3):173译文见日用化学工业译丛J,1992(4):29-32.6 朱林(译).日用化学工业译丛J,1994,(1):36-38.7 目黑谦次郎.油化学M,1988,37(4):228-239.8 李津等.新型阳离子表面