（有机化学专业论文）醚酯型季铵盐阳离子表面活性剂的合成与应用.pdf

s y n t h e s i sa n da p p l i c a t i o no f e t h e r - e s t e rt y p eq u a t e r n a r ya m m o n i u m c a t i o n i cs u r f a ct a n ts at h e s i ss u b m i t t e dt o s h a a n x iu n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y i np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n tf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro fs c i e n c e b ym e n gx i a o h u a t h e s i s s u p e r v i s o r ：。p r o f e s s o r y a n g j i a n z h o u m a y , 2 0 1 0 醚一酯型季铵盐阳离子表面活性剂的合成与应用 摘要 本文通过大量参考文献及实验数据，对醇醚型季铵盐阳离子表面活性 剂及新型醚酯季铵盐阳离子表面活性剂作了详细论述。醇醚型季铵盐表面 活性剂是在原有长链烷基季铵盐结构的基础上引入醚键及醇羟基，使该表 面活性剂除了具有柔软、抗静电、乳化、消毒杀菌等多种性能外，还具有 高水溶性、高表面活性等特点。结构及性质上的独到之处，使其能在洗涤、 纺织、油田、矿物浮选、造纸等多个行业得以应用。 将醇醚季铵盐中的醇羟基酯化后便得到新型双长链醚酯型季铵盐，双 长链烷基进一步增大了表面活性剂的柔软性、抗静电性及乳化力等性能， 酯基结构由于其较好的生物降解性和对水生物无毒性的特点成为环境友好 型表面活性剂开发的重点。以这两种结构为基础合成的新型醚酯季铵盐阳 离子表面活性剂必定应用价值高、市场前景广阔。 本文以环氧氯丙烷( e c h ) 、三乙胺盐酸盐( t r i e t h y l a m i n eh y d r o c h l o r i d et h c ) 、脂肪醇等为原料先合成出醇醚型季铵盐阳离子表面活性剂3 十 四烷氧基2 羟基丙基三乙基氯化铵( 3 t e t r a d e c y la l k o x y - 2 - h y d r o x yp r o p y l t r i e t h y la m m o n i u mc h l o r i d et h t a c ) 。进一步与硬脂酰氯反应合成出醚酯 型季铵盐阳离子表面活性剂3 十四烷氧基一2 硬脂酰氧基丙基三乙基氯化铵 ( 3 - t e t r a d e c y la l k o x y - 2 - s t e a r o y lo x yp r o p y lt r i e t h y l a m m o n i u mc h l o r i d et s t a c ) 。 3 十四烷氧基2 羟基丙基三乙基氯化铵( t h t a c ) 是一种典型的阳离 子醇醚型表面活性剂，可广泛应用于纺织、造纸、环境保护等众多领域。 本文通过两种路线对其合成方法进行了研究。 第一种合成方法：以十四醇、环氧氯丙烷及氢氧化钠为原料在相转移 催化条件下反应得到中间体十四烷基缩水甘油醚( t e t r a d e c y lg l y c i d y le t h e r t g e ) ，最佳反应条件为：n ( c 1 4 h 2 9 0 h ) ：n ( e c h ) ：n ( n a o h ) = l ：2 ：1 2 ，反应时间4 h ，反应温度5 0 。经此条件下处理后，中间体t g e 收率可 达到8 6 9 。以该中间体为原料和三乙胺盐酸盐( t h c ) 进一步反应后得 到3 十四烷氧基2 羟基丙基三乙基氯化铵( t h t a c ) 。最佳反应条件为： n ( t g e ) ：n ( t h c ) = 1 ：l ，反应温度3 0 ，反应时间3 5 h ，此条件下终 产物收率可达8 9 7 。 第二种合成方法：先用三乙胺盐酸盐( t h c ) 与环氧氯丙烷反应得到 醚化剂3 一氯2 羟丙基三乙基氯化铵( 3 c h l o r o 2 h y d r o x y p r o p y lt r i e t h y l a m m o n i u mc h l o r i d ec t a ) 。醚化剂c t a 的最佳合成条件：n ( e c h ) ：n ( t h c ) = 1 ：1 ，p h = 9 ，反应温度3 5 ，反应时间4 h ，在此条件下测定产物c t a 产率为8 8 9 。之后继续与十四醇钠反应，得到醇醚型阳离子季铵盐表面 活性剂3 十四烷氧基2 羟基丙基三乙基氯化铵，较优反应条件为：四氢呋 喃为溶剂，n ( c 1 4 h 2 9 0 h ) ：n ( c t a ) = l ：1 ，反应温度6 0 ，反应时间6 h ，产率达到9 2 2 。 用上述醇醚型季铵盐阳离子表面活性剂3 十四烷氧基2 羟基丙基三乙 基氯化铵( t h t a c ) 为原料进一步与硬脂酰氯反应后得到醚一酯型阳离子表 面活性剂3 十四烷氧基2 硬脂酰氧基丙基三乙基氯化铵( t s t a c ) ，通过 正交试验确定最佳合成条件为：1 , 4 二氧六环为溶剂，1 1 ( t h t a c ) n ( 硬 脂酰氯) ：n ( 吡啶) = 1 ：l ：1 ，回流加热反应3 h ，t s t a c 收率为9 3 5 。 3 十四烷氧基2 硬脂酰氧基丙基三乙基氯化铵( t s t a c ) ，可应用在 纺织工业，作为织物的柔软整理剂，来代替传统的难生物降解的表面活性 剂型柔软剂，并且能改善双酯型结构的不稳定性。 分别采用红外、氢核磁及元素分析等手段对醇醚型表面活性剂3 十四 烷氧基2 羟基丙基三乙基氯化铵( t h r a c ) 及醚酯型季铵盐表面活性剂3 十四烷氧基一2 十八酰氧基丙基三乙基氯化铵( t s t a c ) 做表征；对两种物 质的表面活性、发泡力及稳泡性能、乳化性能等做了测定；对3 十四烷氧 基。2 一羟基丙基三乙基氯化铵( t h t a c ) 在相转移催化剂方面的应用，3 十 四烷氧基2 十八酰氧基丙基三乙基氯化铵( t s t a c ) 在纺织柔软整理剂方 面的应用进行了研究。 关键词：醚酯型季铵盐，醇醚型表面活性剂，3 氯2 羟基丙基三乙基氯化 铵，表面性能，相转移催化，柔软整理 i i s y n t h es i sa n da p p l i c a t i o n o fe t h e i o e s t e rt y p eq u a t e r n a r y a m m o n i u mc a t i o n i cs u r f a c t a n t s a b s t r a c t i nt h i s p a p e r ，e t h e rq u a t e r n a r y a m m o n i u mc a t i o n i cs u r f a c t a n ta n d e t h e r e s t e rq u a t e m a r ya m m o n i u mc a t i o n i cs u r f a c t a n tw e r ed i s c u s s e di nd e t a i l t h r o u g h a l a r g e n u m b e ro fr e f e r e n c e sa n de x p e r i m e n t a ld a t a s e t h e r - t y p e q u a t e m a r ya m m o n i u ms u r f a c t a n tc a nb eo b t a i n e db ya d d i n ge t h e rb o n da n d h y d r o x y l t o o r i g i n a l s t r u c t u r eo fl o n g c h a i na l k y lq u a t e m a r ya m m o n i u m s a l t s 。w h i c hm a k et h es u r f a c en o to n l yh a v es o f t y ，a n t i s t a t i c ，e m u l s i f y i n g ， d i s i n f e c t i o ns t e r i l i z a t i o np r o p e r t i e s ，b u ta l s oh a v eh i g hw a t e rs o l u b i l i t y ，h i g h s u r f a c ea c t i v i t ya n do t h e rc h a r a c t e r i s t i c s b e c a u s eo fu n i q u es t r u c t u r ea n dn a t u r e ， i tc a nb ea p p l i e di nw a s h i n g ，t e x t i l e ，o i l ，m i n e r a lf l o t a t i o n ，p a p e rm a k i n ga n d m a n y o t h e ri n d u s t r i e s a f t e rt h eh y d r o x yo fe t h e r - t y p eq u a t e r n a r ya m m o n i u ms u r f a c t a n tw a s e s t e r i f i e d ，t h en e wt y p eo fd o u b l el o n g - c h a i n e t h e r e s t e rt y p eq u a t e r n a r y a m m o n i u ms a l tc a nb eo b t a i n e d t w ol o n g c h a i na l k y lc a nf u r t h e ri n c r e a s et h e s o f t n e s s 、a n t i s t a t i cf o r c ea n de m u l s i f y i n gp r o p e r t i e so fs u r f a c t a n t e s t e r - b a s e d s t r u c t u r eb e c o m e st h ee n v i r o n m e n t a l l yf r i e n d l y s u r f a c t a n td u et oi t s g o o d b i o d e g r a d a b i l i t y a n dn o n t o x i ct o a q u a t i c f e a t u r e s b a s e do nt h e s et w o s t r u c t u r e s ，t h en e wt y p ee t h e r - e s t e rq u a t e r n a r ya m m o n i u m c a t i o n i cs u r f a c t a n ti s b o u n dt oh a v ew i d ea p p l i c a t i o n 、h i g h v a l u es t u d ya n dt h eb r o a dm a r k e t p r o s p e c t i nt h i sp a p e r , e t h e r - t y p eq u a t e r n a r ya m m o n i u ms a l tc a t i o n i cs u r f a c t a n t 3 - t e t r a d e c y la l k o x y 2 h y d r o x yp r o p y lt r i e t h y la m m o n i u m c h l o r i d e ( t h t a c ) w a ss y n t h e s i z e db ye p i c h l o r o h y d r i n ( e c h ) 、t r i e t h y l a m i n eh y d r o c h l o r i d e ( t h c ) a n da l c o h o la sr a wm a t e r i a l t h e n ，i tf u r t h e rr e a c tw i t hs t e a r y lc h l o r i d e t os y n t h e s i z ee t h e r - e s t e rt y p eq u a t e r n a r ya m m o n i u ms a l tc a t i o n i cs u r f a c t a n t 3 - t e t r a d e c y la l k o x y 2 s t e a r o y l - - o x yp r o p y l t r i e t h y l a m m o n i u mc h l o r i d e ( t s t a c ) 3 - t e t r a d e c y l a l k o x y 2 h y d r o x yp r o p y lt r i e t h y l a m m o n i u mc h l o r i d e i i i ( t h t a c ) i sat y p i c a le t h e r - t y p ec a t i o n i cs u r f a c t a n t sw h i c hc a n b ew i d e l yu s e d i nt e x t i l e 、p a p e rm a k i n g 、e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n a n d m a n yo t h e rf i e l d s i nt h i s p 印e r , t w ok i n d so fs y n t h e s i sm e t h o dw e r ed i s c u s s e d t h ef i r s ts y n t h e t i cm e t h o d ：t h ei n t e r m e d i a t et e t r a d e c y lg l y c i d y le t h e r ( t g e ) w a ss y n t h e s i z e db yt e t r a d e c v la l c o h o l 、e p i c h l o r o h y d r i na n ds o d i u m h y d r o x i d ew i t ht h eh e l po fp h a s et r a n s f e rc a t a l y s i s t h eb e s tr e a c t i o nc o n d i t i o n s w e r e ：n ( c 1 4 h 2 9 0 h ) ：n ( e c h ) ：n ( n a o h ) = 1 ：2 ：1 2 ，r e a c t i o nt i m e4 h ，r e a c t i o n t e m p e r a t u r e5 0 u n d e rt h e s ec o n d i t i o n t h ey i e l do ft h ei n t e r m e d i a t ec a nr e a c h t o8 6 9 t h i si n t e r m e d i a t ef u r t h e rr e a c t e dw i t ht r i e t h y l a m i n eh y d r o c h l o r i d e ( t h c ) a n d 3 - t e t r a d e c y la l k o x y 2 h y d r o x yp r o p y lt r i e t h y la m m o n i u mc h l o r i d e ( t h t a c ) w a so b t a i n e d t h eo p t i m u mr e a c t i o nc o n d i t i o n sw e na sf o l l o w s ：n ( t g e ) ：n ( t h c ) = l ：1 ，r e a c t i o nt e m p e r a t u r e3 0 ，r e a c t i o nt i m e3 5 h u n d e r t h e s ec o n d i t i o n s ，t h ey i e l do ff i n a lp r o d u c tc a nb eu pt o8 9 7 t h es e c o n ds y n t h e t i cm e t h o d ：f i r s t ，t r i e t h y l a m i n eh y d r o c h l o r i d e ( t h c ) r e a c tw i t h e p i c h l o r o h y d r i ( e c h ) t oy i e l d e t h e r i f i c a t i o n a g e n t 3 - c h l o r o 一2 - h y d r o x yp r o p y lt r i e t h y la m m o n i u mc h l o r i d e ( c t a ) e t h e r i f i c a t i o n a g e n tc t a sb e s ts y n t h e t i cc o n d i t i o n ：n ( e c h ) ：n ( t h c ) = 1 ：1 ，p h _ 9 ，r e a c t i o n t e m p e r a t u r e35 ，r e a c t i o nt i m e4 h ，u n d e rt h e s e c o n d i t i o n st h ey i e l do fc t aw a s 88 9 t h e n ，i tf u r t h e rr e a c t e dw i t hs o d i u ma l k o x i d et op r o d u c ee t h e r - t y p e c a t i o n i cs u r f a c t a n t s3 - t e t r a d e c y la l k o x y - - 2 - - h y d r o x yp r o p y lt r i e t h y la m m o n i u m c h l o r i d e ( t 】扪队c ) t h eo p t i m u m s y n t h e t i cc o n d i t i o n sw e r ea sf o l l o w s ：t i a s s o l v e n t ，n ( c 1 4 h 2 9 0 n a ) ：n ( c t a ) = 1 ：l ，r e a c t i o nt e m p e r a t u r e6 0 ，r e a c t i o n t i m e6 h t h ey i e l do fp r o d u c ti su pt o9 2 2 e e t h e r - e s t e r - t y p e c a t i o ns u r f a c ea c t i v e a g e n t s3 - t e t r a d e c y l a l k o x y 一2 - s t e a r o y l - o x yp r o p y lt r i e t h y l a m m o n i u mc h l o r i d e ( t s t a c ) w a s s y n t h e s i z e df r o me t h e r - t y p eq u a t e r n a r ya m m o n i u m s a l tc a t i o n i cs u r f a c t a n t 3 - t e t r a d e c y la l k o x y - 2 - h y d r o x yp r o p y lt r i e t h y la m m o n i u mc h l o r i d e ( t h t a c ) a n ds t e a r o y l c h l o r i d e t h r o u g ht h eo r t h o g o n a lt e s tt h eo p t i m u ms y n t h e t i c c o n d i t i o n sw e r ed e t e r m i n e d ：1 , 4 一d i o x a n ea ss o l v e n t ，n ( t h t a c ) ：n ( s t e a r o y l c h l o r i d e ) ：n ( p y r i d i n e ) = 1 ：1 ：1 ，r e f l u xh e a t e dr e a c t i o n3 h ，t s t a cy i e l dc a n r e a c ht o9 3 5 3 - t e t r a d e c y la l k o x y - 2 - s t e a r o y l - o x yp r o p y lt r i e t h y la m m o n i u mc h l o r i d e ( t s t a c ) c a nb ea p p l i e di nt h et e x t i l et o r e p l a c et h et r a d i t i o n a lh a r d l y i v 一一一一_ 一_ _ _ 一一 b i o d e g r a d a b l es u r f a c t a n tf o r m u l a t i o n ss o f t e n e r sa saf a b r i cs o f t e n e r , a n di tc a n i m p r o v ei n s t a b i l i t yo ft h ed o u b l e e s t e rt y p es t r u c t u r e n es t r u c t u r e so f e t h e r - t y p e c a t i o n i c s u r f a c t a n t s 3 - t e t r a d e c y l a l k o x y - 2 一h y d r o x yp r o w lt r i e t h y l a m m o n i u mc h l o r i d e ( t h t a c ) a n d 3 - t e t r a d e c y l a l k o x y 一2 一s t e a r o y l o x yp r o p y l t r i e t h y l a m m o n i u mc h l o r i d e ( t s t a c ) w e r ec h a r a c t e r i z e d r e s p e c t i v e l yb yi rh 、n m ra n de l e m e n t a l a n a l y s i s 砀ep r o p e r t i e ss u c ha ss u r f a c ea c t i v i t y 、f o a m i n ga b i l i t ya n df o a m s t a b i l i t ya n de m u l s i f i e dp e r f o r m a n c ew e r ed e t e r m i n e d ；t h ea p p l i c a t i o no f 3 - t e t r a d e c y la l k o x y 一2 - h y d r o x yp r o p y lt r i e t h y la m m o n i u mc h l o r i d e ( 1 胍a c ) a s p h a s et r a n s f e rc a t a l y s ta n dt h ea p p l i c a t i o no f3 一t e t r a d e c y la l k o x y 一2 s t e a r o y l o x y p r o p y lt r i e t h y la m m o n i u mc h l o r i d e ( t s t a c ) i nt h et e x t i l es o f t e n e rw e r e s t u d i e d k e yw o r d s ：e t h e r - e s t e rq u a t e r n a r ya m m o n i u ms a l t ，a l c o h o le t h e r s u r f a c e a c t i v e a g e n t ，3 - c h l o r i n e - 2 - h y d r o x y lp r o p y lt r i e t h y la m m o n i u m c h l o r i d e ， s u p e r f i c i a lp e r f o r m a n c e ，p h a s et r a n s f e rc a t a l y s i s ，s o f t e n i n gf i n i s h v 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 1 弓i 言1 1 1 表面活性剂概述1 1 2 表面活性剂研究与发展2 1 - 3 阳离子表面活性剂4 1 3 1 阳离子季铵盐表面活性剂4 1 3 2 阳离子表面活性剂的应用8 1 4 本课题的意义和主要工作9 2 实验部分一1 1 2 1 实验用药品和仪器1 1 2 2 合成原理1 2 2 2 1t h l a c 的合成1 2 2 2 2t s t a c 的合成。1 2 2 3 合成方法1 2 2 3 1t h t a c 的合成方法路线一。1 2 2 3 2t h t a c 的合成方法路线二1 3 2 3 3t s t a c 的合成方法1 3 2 4 实验结果与讨论。1 3 2 4 1 活性中间体十四烷氧基缩水甘油醚( t g e ) 的合成影响因素1 3 2 4 2t h t a c 合成路线一影响因素1 7 2 4 33 氯2 羟基丙基三乙基氯化铵( c t a ) 的合成影响因素2 0 2 4 4t h t a c 的合成路线二影响因素2 3 2 4 5t s t a c 的合成影响因素2 6 2 5 小结2 8 3 结构表征及性能测定3 0 3 1 实验用药品和仪器3 0 3 2t h l a c 的结构表征3 0 3 2 1 红外光谱分析3 0 3 2 2 核磁共振氢谱分析3 1 3 2 3 元素分析3 2 3 3t s t a c 的结构表征3 2 3 3 1 红外光谱分析3 2 3 3 2 核磁共振氢谱分析3 3 3 3 3 元素分析3 4 3 4 临界胶束浓度c m c 及表面张力丫咖。的测定3 4 3 4 1 测定方法3 4 3 4 2 实验步骤3 5 3 4 3 测定结果3 6 3 5 发泡力与稳泡性的测定3 7 3 5 1 测定方法3 8 3 5 2 测定步骤3 8 3 5 3 实验结果3 9 3 6 乳化力的测定3 9 3 6 1 测定方法3 9 3 6 2 实验步骤4 0 3 6 3 实验结果4 0 3 7 小结。4 0 4 应用实验4 2 4 1 实验用药品和仪器4 2 4 2t h t a c 作为相转移催化剂的应用一4 2 4 2 1 相转移催化剂概述4 2 4 2 2 实验原理及方法4 3 4 2 3 结果与讨论4 4 4 3t s t a c 作为织物柔软剂的应用4 4 4 3 1 柔软整理剂概述4 4 4 3 2 实验原理及方法4 6 4 3 3 结果与讨论4 6 4 4 小结。4 7 5 结论4 8 霉| 【谢5 0 参考文献51 攻读学位期间发表的学术论文目录6 l i i 原创性声明及关于学位论文使用授权的声明6 2 i i i 醚酯型季铵盐阳离子表面活性剂的合成及应用 1 引言 1 1 表面活性剂概述 表面活性剂( s u r f a c t a n t ，是短语s u r f a c ea c t i v ea g e n t 的缩合词) 长被誉为“工业味 精 【1 1 ，因为它的性质极具特色，应用极为灵活、广泛，所以在现代社会中，从工用到 民用，从生产到生活，表面活性剂越来越多地在各个方面扮演着重要角色【2 圳。我们已 经生活在不能没有表面活性剂的世界里，正如英国著名界面化学家c k i n t 说：“冰淇淋 是我们最爱的食物；有了洗涤剂我们的生活才如此美好。若没有表面活性剂，这两样东 西都不会有，这真是太可悲了，l 副。 所谓的表面活性剂指的是这样一类物质：它在水溶液中加入少量时即能显著降低溶 液的表面( 界面) 张力，改变体系表面( 界面) 状态，达到一定浓度后便可缔合形成胶 团，从而具有润湿或抗粘、乳化或破乳、起泡或消泡以及增溶、分散、洗涤、防腐、抗 静电等一系列物理化学作用及相应的实际应用的化学品1 6 1 。正是由于这些独到的性质及 性能，使之逐渐被开发为洗涤剂、乳化剂、渗透剂、起泡剂、消泡剂、分散剂、杀菌剂、 湿润剂、柔软剂、抗静电剂、抑制剂、防锈剂、防结块剂、防雾剂、脱皮剂、增溶剂等 【7 母】，广泛应用于纺织、石油、轻工、印染、造纸、皮革、食品、化纤、化工、冶金、 煤炭、建筑、采矿、医药、农业等众多行业【l 叫2 1 ，成为一类灵活多样、用途广泛的精细 化工产品。 表面活性剂的这些性质与其分子结构悉悉相关。无论何种表面活性剂，从化学结构 上考虑，都是由两部分构成，即分子中的一部分具有亲水性质，称为“亲水基”，而另 一部分具有亲油性质，称为“亲油基 或“疏水基 。两类结构与性能截然相反的分子 碎片或基团处于同一分子的两端并以化学键相连接，形成了一种不对称的、极性的结构， 因而赋予了该类特殊分子既亲水、又亲油，但又不是整体亲水或亲油的特性。我们将这 种特有结构通常称之为“双亲结构”( a m p h i p h i l i cs t r u c t u r e ) ，表面活性剂分子因而也常 被称作“双亲分子”【1 3 】。表面活性剂的这种双亲结构使其溶于水时，为了达到稳定，通 常采取两种方式【1 4 l ：在液面形成单分子膜。将亲水基留在水中而将疏水基伸向空气， 以减小排斥。而疏水基与水分子间的斥力相当于使表面的水分子受到一个向外的推力， 抵消表面水分子原来受到的向内的拉力，亦即使水的表面张力降低。这就是表面活性剂 的发泡、乳化和湿润作用的基本原理。在油水系统中，表面活性剂分子会被吸附在油一 水两相的界面上，而将极性基团插入水中，非极性部分则进入油中，在界面定向排列。 这样便在油水相之间产生拉力，使油水的界面张力降低。这一性质对表面活性剂的广 泛应用有重要的影响。形成“胶束”。胶束可为球形，也可是层状结构，都尽可能地 将疏水基藏于胶束内部而将亲水基向外。如溶液中有不溶于水的油类( 不溶于水的有机 陕西科技大学硕士学位论文 液体的泛称) ，则可进入球形胶束中心和层状胶束的夹层内而溶解。 由于亲水又亲油，所以表面活性分子中亲水基团的亲水性和亲油基团的亲油性的比 例就成为表面活性剂的一个重要指标。1 9 4 9 年由w c g r i f f i n 率先提出h l b 理论， 说明表面活性剂分子中的亲水基团与亲油基团的平衡关系【l5 1 。在h l b 中h 为”h y d r o p h i l e ”表示亲水性，l 为”l i p o p h y l i c ”表示亲油性，b 是”b a l a n c e ”表示平衡的意 思。表面活性剂的h l b 值均以石蜡的h l b - - - 0 ，聚乙二醇的h l b - - 2 0 ，十二烷基硫酸 钠的h l b = 4 0 作为参考标准，其他表面活性剂的h l b 值可用浊度法( 它在水中的溶解 情况) 估计该表面活性剂的h l b 范副1 6 】。h l b 值越大，表示该表面活性剂的亲水性越 强，反之，则亲油性越强，h l b 值在1 0 附近的亲水亲油能力均衡。h l b 取值不同，表 面活性剂的性能也不同。在使用表面活性剂时，就可以根据h l b 的取值来进行合适的 选择。比如：h l b 取值l 3 可作消泡剂；3 6 可作w o 型乳化剂；7 - 9 可作润湿剂； 8 1 8 可作o w 型乳化剂；1 3 一1 8 可作增溶剂等。 表面活性剂种类繁多，各种表面活性剂都有其独特的结构和性质，如何合理地选 择和使用，一直是这一领域人们致力于解决的重要问题1 1 7 1 。所以对成千上万种表面活性 剂作一科学分类，才有利于进一步研究和生产新品种，并为筛选、应用表面活性剂提供 便利。表面活性剂的分类方法很多，比如根据亲油基不同进行分类，有直链烃基、支链 烃基、芳烃基、含杂原子烃基等；根据亲水基不同进行分类，有羧酸及羧酸盐、磺酸及 磺酸酯盐( 或称硫酸盐) 、胺盐及季铵盐、聚氧乙烯衍生物、内酯等。另外还可以根据 原料来源、水溶性、化学结构特征等不同要求进行分类。但是众多分类方法都有其局限 性，很难将表面活性剂合适定位，并在概念及内涵上不发生重迭。因此，我们采用一种 综合分类法，以表面活性剂的离子性进行种类划分，同时将一些属于某种离子类型、但 具有极其显著的化学结构特征，已发展成一个独立分支的品种单独列出。在基本不破坏 分类系统性的前提下，使得分类更明确，并对表面活性剂各个近代发展分支有较为清晰 的了解。所谓根据离子类型进行分类，就是在表面活性剂溶解于水时，经过电离后产生 离子( 离子型) 还是不产生离子( 非离子型) 为标准，可将其分为阴离子、阳离子、两 性离子和非离子。还有一些具有特殊结构的常被称为特种表面活性剂包括有：含氟表面 活性剂、含硅表面活性剂、氨基酸系列表面活性剂、高分子表面活性剂、有机金属表面 活性剂、冠醚类大环化合物、生物表面活性剂等【l 引。 1 2 表面活性剂研究与发展 肥皂是使用最早的表面活性剂之一，但它遇到硬水会产生沉淀，且在酸性溶液中不 稳定的特点，使人们在不断研制其替代品。以石油化工原料衍生的合成表面活性剂和洗 涤剂的出现打破了肥皂一统天下的局面。合成表面活性剂经历了近一个世纪的发展，目 2 醚酯型季铵盐阳离子表面活性剂的合成及应用 前它已形成了个相对完整的工业体系和理论体系。表面活性剂已成为一类重要的有机 化工产品，目前表面活性剂世界年产量不记肥皂已接近一千万吨，品种约两万种，并还 以每年4 5 的速率增加【1 9 1 。与此同时，尽管表面活性剂所应用的体系通常都是较复 杂的体系，但在胶体和表面化学的推动下，表面活性剂结构与性能的关系以及作用机理 研究已取得了显著进展，与表面活性剂相关的许多现象得到了令人满意的解释。 1 8 7 5 年德国巴登苯胺纯碱公司合成了第一个合成的表面活性剂一红油，是蓖麻油 硫酸化的产物( 阴离子表面活性剂) ，用于纺织和皮革工业1 2 叭。第一次世界大战时，德 国研究成功用萘、丙醇或丁醇与发烟硫酸生产烷基萘磺酸盐，可以用来代替肥皂，至今 仍被广泛采用【2 l 】。1 9 3 6 年随着石油化工的发展，美国首先研究成功由苯和煤油制成烷 基苯磺酸盐。后来，由于添加各种助剂和改进生产技术，以烷基苯磺酸盐为主要组分的 合成洗涤剂，在应用性能和成本方面都比肥皂优越，开始大量在生产和生活中应用l 冽。 此后，合成洗涤剂在洗涤用品总量中所占的比重逐年上升，以合成洗涤剂为代表的表面 活性剂的研究和生产也发展迅速，发达国家表面活性剂的产量逐年增长，已成为国民经 济的重要支柱。五 中国的表面活性剂和合成洗涤剂工业起始于5 0 年代【2 引，尽管起步较晚，但发展较 快。综合能力及整体工业水平已进入世界强国之列。其中合成洗涤剂的生产量从1 9 8 0 年的4 0 万吨上升到1 9 9 5 年的2 3 0 万吨，净增4 7 倍，并以年平均增长率大于1 0 的速 度增长 2 4 1 。2 0 0 2 年我国表面活性剂总产量为1 5 7 2 3 万吨，其中工业表面活性剂占5 7 9 5 ，仅次于美国。 随着科学技术日新月异的发展，表面活性剂的开发及应用不再局限于工业原料，而 在朝着表面催化、膜科学、超分子化学、药物载体、分子器件、纳米材料和新型表面材 料【2 5 倒】等方向发展。 在表面活性剂溶液中组装分子膜，通过分子聚合、复制及氢键网络连接的超分子构 筑可以制备超分子材料和器件f 3 1 】；通过分子间相互作用组装成的表面活性剂聚集体像 生命体一样具有对称性破缺选择和缺陷自我修复功能，可作为模拟酶，生物膜模型和仿 生光化学能转化装置【3 2 。3 3 1 ，并可能在多项基因研究和技术开发方面得到应用【3 4 】；表面活 性剂胶团溶液和微乳液囊泡是制备纳米材料、纳米器