精细化学品化学 第二章 表面活性剂.ppt

精细化学品化学 教材 精细化学品化学 主编 周立国段洪东刘伟化学工业出版社 第二章表面活性剂 冰淇淋是我们最喜爱的食物 有了化妆品我们的生活也变得如此美好 若没有表面活性剂 这两样东西都不会有 这真是太可悲了 但是 如果真的没有了表面活性剂 也不会有人为没有冰淇淋和洗涤剂而哭泣 因为没有表面活性剂 人也没有了 英国著名界面化学家ckint 眼影 指甲油 香水 表面张力与表面活性 当任意两相接触时 两相之间决非是一个没有厚度的纯几何面 而是一个具有相当厚度的过渡区 这一过渡区通常称之为界面 若其中一相为气体 这种界面通常称为表面 但由于历史的原因 这两个概念常常混用 常见的界面有 气 液界面 气 固界面 液 液界面 液 固界面 固 固界面 气 液界面 气 固界面 液 液界面 液 固界面 固 固界面 a b 表面活性剂分子 疏水基团 亲水基团 1消毒杀菌2腈纶匀染剂3抗静电剂4矿物浮选剂5相转移催化剂织物柔软剂分散剂 食品加工印染金属加工电镀采矿采油 甘油三酯的结构示意图 磷脂的内盐部分具有亲水性 脂肪酸长链烃基部分具有疏水性 因此磷脂是天然的表面活性剂 它在生物体内能使油脂乳化 有助于油脂的运输 消化和吸收 生物膜的化学组成 脂 蛋白质和糖 生物膜的流动镶嵌模型 表面活性剂一词来自英文surfactant 它实际上是短语surface 表面 active 活性 agent 添加剂 的缩合词 它还有一个名字叫做tenside 表面活性剂是这样一种物质 它活跃于表面和界面上 具有极高的降低表 界面张力的能力和效率 在一定浓度以上的溶液中形成分子有序组合体 从而具有一系列应用功能 降低表面张力为正吸附 溶质在溶液表面的浓度大于其在溶液本体中的浓度此溶质为表面活性物质增加表面张力为负吸附 溶质在溶液表面的浓度小于其在溶液本体中的浓度此溶质为表面惰性物质溶入少量就能显著降低表面张力的物质也称表面活性物质或表面活性剂 表面活性剂分类 表面活性剂分子 非极性烃链 疏水 极性基团 亲水 硬脂酸 阴离子表面活性剂 r oso3na硫酸酯盐 r so3na磺酸盐 r opo3na2磷酸酯盐 1 离子型 2 非离子型 表面活性剂 按离子类型 阳离子表面活性剂 ch3 r n hcl仲胺盐 h ch3 r n hcl叔胺盐 ch3 ch3 r n ch3cl 季胺盐 ch3 伯胺盐r nh3 季铵盐ch3 例如c16h33 n ch3br ch3十六烷基溴化铵 俗称1631 吡啶盐例如c12h25 nc5h5 两性表面活性剂 ch3 r n ch2coo h甜菜碱型 ch3 由于其特殊结构 具有许多优异性能 如良好的去污 起泡和乳化性能 耐硬水性好 对酸碱和多种金属离子都比较稳定 具有抗静电 杀菌 防腐蚀等使用性能 特别是其极低毒性和无刺激性以及良好的生物降解性能 使其在日用化学品应用中前景广阔 同时在纺织 印染 化纤 除锈方面都有相当用途 r c6h4 o c2h4o nh烷基酚聚氧乙烯醚 非离子表面活性剂 r2n c2h4o nh聚氧乙烯烷基胺 r conh c2h4o nh聚氧乙烯烷基酰胺 r cooch2 choh 3h多元醇型 脂肪醇聚氧乙烯醚r o ch2ch2o nh俗称平平加系列 具良好湿润性能 2 烷基酚聚氧乙烯醚r c6h4 o c2h4o nh俗称op系列 化学性质稳定 抗氧化性能强 4 多元醇型主要是失水山梨醇的脂肪酸酯及其聚氧乙烯加成物span类及tween类表面活性剂即属此类 具有低毒的特点 广泛用于医药工业 食品工业以及生化实验 3 聚氧乙烯烷基酰胺r conh c2h4o nh常用作起泡剂 增粘剂 非离子型表面活性剂稳定性高 不易受强电解质无机盐类存在的影响 也不易受酸碱的影响 与其它类型表面活性剂的相容性好 在水及有机溶剂中皆有良好的溶解性能 具有良好的乳化 润湿 渗透性 以及起泡 洗涤 稳泡 抗静电等作用 且无毒 广泛用作纺织业 化妆品 食品 药物等的乳化剂 消泡剂 增稠剂 以及医疗方面的杀菌剂以及洗涤 润湿剂等 胶束的形成 两亲分子溶解在水中达一定浓度时 其非极性部分会互相吸引 从而使得分子自发形成有序的聚集体 使憎水基向里 亲水基向外 减小了憎水基与水分子的接触 使体系能量下降 这种多分子有序聚集体称为胶束 胶束 临界胶束浓度cmccriticalmicellconcentration 表面活性剂在水中随着浓度增大 表面上聚集的活性剂分子形成定向排列的紧密单分子层 多余的分子在体相内部也三三两两的以憎水基互相靠拢 聚集在一起形成胶束 这开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度 a 是极稀溶液 界面上没聚集很多的表面活性剂 空气和水直接接触 水的表面张力下降不多 接近于纯水的状态 b 浓度相对升高 很快地聚集到水表面上 即表面吸附量大为增加 空气和水的接触相对减少 水表面张力下降 c 表面活性剂浓度逐渐升高 表面活性剂毫无间隙地密集于液面上 形成了单分子吸附膜 空气与水处于完全隔离状态 表面吸附达饱和 在溶液内部 增加表面活性剂 先是三三两两以疏水基互相靠拢 形成球形胶束的最初形式 水表面张力急剧下降 胶束结构示意图 临界胶束浓度 criticalmicelleconcentration 临界胶束浓度简称cmc 表面活性剂在溶液中开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度 在cmc附近 表面活性剂溶液的许多性质都会出现转折 如表面张力 电导率 去污能力等 可以利用测定表面张力 电导率等方法达到测定临界胶束浓度目的 表面活性剂水溶液其浓度只有稍高于其cmc值时 才能充分显示其作用 cmc 球形胶束 棒状胶束 层状胶束 脂质双层与细胞膜 胶束的作用 乳化作用泡沫作用分散作用增溶作用催化作用 润湿作用 乳化作用 分散作用 起泡与消泡 增溶作用 洗涤作用 肥皂 洗涤剂 化妆品 食品加工 纺织工业 金属加工 石油 建筑 功能 应用 润湿作用 润湿是固体表面的一种流体被另一种流体所取代的过程 接触角的示意图 young方程 杨氏方程 接触角 越小 润湿和渗透作用越好 90不润湿 90润湿 0铺展 这种借助表面活性剂来润湿物体的作用叫润湿作用 在固体表面发生定向吸附 这种能使液体湿润或能加速固体表面湿润的表面活性剂叫做湿润剂 润湿方面的应用 1矿物的泡沫浮选2金属的防锈 缓蚀3织物的防水 防油处理4农药中的应用 浮游选矿的原理图 选择合适的捕集剂 使它的亲水基团只吸在矿砂的表面 憎水基朝向水 当矿砂表面有5 被捕集剂覆盖时 就使表面产生憎水性 它会附在气泡上一起升到液面 便于收集 气泡的作用 矿物泡沫浮选 首先将粗矿磨碎 倾入浮选池中 在池水中加入捕集剂和起泡剂等表面活性剂 搅拌并从池底鼓气 带有有效矿粉的气泡聚集表面 收集并灭泡浓缩 从而达到了富集的目的 不含矿石的泥砂 岩石留在池底 定时清除 矿物泡沫浮选 2金属的防锈 缓蚀3织物的防水 防油处理 降低润湿作用 原理是用表面活性物质的极性部分选择性吸附 非极性部分向外呈憎水性 一次性抽血器中盛血的玻璃管 定量的 内壁要疏水水化 使用的是硅偶联剂 使血液在管内不残留 防水整理剂 纤维的防水整理 不透气 用橡胶和合成树脂涂在纤维织物上 在织物上形成连续的防水膜 穿着不适 透气 将织物表面变为疏水性 空气和水蒸气的透气性不产生阻碍 又称 拒水整理 增加润湿作用 农药喷洒 由于大多农药水溶性差 对植物的茎叶润湿不好 滚落浪费且不能展开 杀虫效果差 加入表面活性剂 提高润湿程度 即可大大提高药效 乳化与破乳作用 一种或多种液体以微滴状分散到另一种不相混溶的液体中所形成的多相分散体系 称为乳状液 这种形成乳状液的过程称为乳化 分散相 内相 不连续相 分散介质 外相 连续相 水相 油相 改善 水 蛋白质 脂肪 糖类 乳化剂 水 蛋白质 脂肪 糖类 乳化剂 乳化现象 油 水 乳化剂 乳化液 油 水 乳化剂的作用 表面活性剂 在分散相表面形成保护膜 降低界面张力 界面张力 使物体保持最小表面积的趋势 10ml油 分散 0 1um 小油滴 300m2 100万倍 面积 乳状液的类型及形成 1乳状液的类型和鉴别 1水包油o w2油包水w o3套圈型 强烈振荡 油 水 水包油型 o w 油包水型 w o 天然乳化液 人工乳化液 牛奶 油包水 w o 型 奶油 水包油 o w 型 乳 多重型 w o w 型 冰淇淋 椰奶 乳状液类型的鉴别 稀释法 水包油型乳状液能与水混溶 油包水型乳状液能与油混溶 电导法 利用水和油的电导率相差很大的原理 水包油型乳状液电导率大 可使电路中串联的氖灯发光 染色法 加入 苏丹iii 苏丹iii 为油溶性染料 在乳状液加入少量 苏丹iii 染料 油包水乳状液整体呈红色 水包油乳状液 染料保持原状 加入亚甲基蓝 亚甲基蓝为水溶性 在乳状液加入少量亚甲基蓝染料 水包油乳状液整体呈蓝色 油包水乳状液染料保持原状 检验o w乳状液 加入水溶性染料如亚甲基蓝 说明水是连续相 加入油溶性的染料红色苏丹 说明油是不连续相 另外 还有滤纸濡湿法 影响乳状液稳定性的因素 有两相界面存在是热力学不稳定体系 1表面张力2界面膜的性质3界面电荷4乳状液分散介质的黏度5固体粉末的加入 乳化剂可以降低两相之间的表面张力 使形成的乳状液保持稳定 并通过形成单分子界面膜及空间的或静电阻挡层 防止乳化粒子聚集 提高乳液稳定性 1表面张力 为使乳状液体系较长时间的稳定 需要加入降低界面能的第3种成分 使其在热力学上是稳定的 这第3种成分称为乳化剂 2界面膜的性质 亲油基和亲水基与所亲合的基团结构越相似 则他们的亲合性越好 在乳化液中 乳化剂分子为求自身的稳定状态 在油水两相的界面上 乳化剂分子亲油基伸入油相 亲水基伸入水相 这样 不但乳化剂自身处于稳定状态 而且在客观上又改变了油 水界面原来的特性 使其中一相能在另一相中均匀地分散 形成了稳定的乳化液 亲水基位置在亲油基链一端的乳化剂比亲水基靠近亲油基链中间的乳化剂亲水性要好 分子量大的乳化分散能力比分子量小的好 乳化剂必须赋予粒子以电荷 使粒子间产生静电排斥力 或在粒子周围形成一种稳定的 粘度高的保护层 3界面电荷 表面活性剂分子膜将液滴包住 由于形成表面双电子层 防止了碰撞的液滴彼此合并 保护乳液的稳定性 4乳状液分散介质的黏度 5固体粉末的加入 乳化剂的破乳 有两相界面存在是热力学不稳定体系 物理法 离心法电沉积法超声波法过滤法 化学法 破乳剂顶替作用湿润作用絮凝作用 破坏界面膜 乳化和破乳的应用 农药生产 金属加工 沥青乳化食品 化妆品原油开采 在江河湖海经常会出现大面积的原油或其他有机溶液的泄漏事故 往往由于面积过大 泄漏量也很大 无法收集 大量的这类不溶于水的物质如果不处置 一方面会造成相当严重的环境污染 另一方面可能造成大面积火灾发生 石油处理剂就是将这些因非常事故而流出的油类物质严密地进行化学处理的药剂 包括集油剂 沉降剂 凝固剂 乳化分散剂等 其主要成分乳化分散剂即为表面活性剂 增溶作用solubilization 表面活性剂在水溶液中达到临界胶束浓度后 一些水不溶性或微溶性物质在胶束溶液中的溶解度可显著增加并形成透明胶体溶液 这种作用即增溶作用 cmc 增溶作用的方式 1非极性分子在胶束内的增溶 在胶束内部 被增容的物质完全处于非极性环境中 2在表面活性剂分子间的增溶 分子结构与表面活性剂类似的极性有机化合物栅栏之间甚至拉入内部 3在胶束表面的吸附增溶 既不溶于水也不溶于油的小分子极性有机化合物在胶束表面增容 4聚氧乙烯基间的增溶 以聚氧乙烯基为亲水基的非离子表面活性剂包裹在胶束外层的长链中 增溶作用的应用 乳液聚合开采石油胶片生产洗涤剂 增溶作用的应用在乳液聚合中的应用乳液聚合是使原料分散于水中形成乳状液 在引发剂作用下进行聚合 原料单体在表面活性剂水溶液中乳化 处于3种状态 在乳状液滴中 溶于水中 增溶于胶束中 使用水溶性引发剂时 在水相中引发反应 聚合反应在胶束中进行 分散于水相中的乳状液滴仅作为提供反应原料的储库 在石油生产中的应用借助增溶作用可提高石油的采收率 其有效办法是将粘附在岩层砂石上的油 驱赶 出来 即所谓 驱油 利用表面活性剂在溶液中形成胶束的性质 将表面活性剂 助剂 醇类起促进胶束形成作用 和油混合在一起 经搅动 形成均匀的 胶束溶液 该溶液能溶解原油 很好的润湿岩层 遇水不分层 当流过石岩层时能有效地洗下粘附在砂石上的原油 从而达到提高石油的采收的目的 起泡和消泡作用 打开啤洒 香槟瓶即有大量泡沫出现等 液体泡沫 人们通常所说的泡沫多指 面包 蛋糕等弹性大的物质以及泡沫塑料 饼干等为固体泡沫 液体泡沫也是本节要讨论的主要内容 泡 就是由液体薄膜包围着气体 泡沫的形成及其稳定性 泡沫 是气体分散于液体中的分散体系 表面活性剂的起泡和稳定作用 在肥皂水里加入一小匙的砂糖或少许的茶叶 放在阴暗处过夜后 就会发现这种肥皂水吹出来的泡泡颜色不但鲜艳 而且比较不容易破裂 肥皂 热水 1表面张力2界面膜的性质3表面张力的修复作用4表面电荷5泡内气体的扩散 泡沫的稳定性与那些条件相关呢 1降低局部表面张力 2破坏界面膜的弹性使其失去自动修复作用 3降低膜黏度 4固体颗粒 总之 液膜的强度最重要 在制糖 制药 微生物工程 发酵酿造工业以及减压蒸馏 溶液浓缩和机械洗涤过程中泡沫太多 要加入适当的表面活性剂降低薄膜强度 消除气泡 防止事故 表面活性剂的消泡作用 消泡剂 1降低局部表面张力2破坏界面膜的弹性使其失去自动修复作用3降低膜黏度4固体颗粒 1天然油脂 矿物油2固体颗粒3合成表面活性剂 消泡剂是指能够破除已经存在的泡沫的物质 抑泡剂是指能够阻止泡沫的产生的物质 无论是消泡剂或是抑泡剂 都是易于在溶液表面铺展的液体 当消泡剂吸附 铺展于液膜上时 液膜的局部表面张力便降低 同时带走液膜下层邻近液体 导致液膜变薄 泡沫破裂 消泡剂在溶液表面上铺展得越快 则液膜变得越薄 消泡作用也就越强 一般要求具有消泡能力的液体具有足够低的表面张力 以便它们能够在已有的或将要有的泡膜上自动铺展 有机极性化合物类消泡剂 如脂肪酸及脂肪酸酯 磷酸酯等广泛用于纤维 涂料 金属 元机药品和发酵等工业 某些多元醇脂肪酸酯是无毒性的 可用作食品添加剂 故对食品制造和食品发酵工业十分有用 1天然油脂 矿物油 2固体颗粒 有机硅类 主要是烷基硅油 消泡剂具有良好的消泡能力和抑泡能力 其表面张力很低 容易吸附于表面 在液面上易铺展且形成的表面膜强度不高 硅油不仅用于水溶液体系 对于非水体系也有效 而且用量较少 这类消泡剂广泛用于纤维 涂料 发酵等各工业部门 但其价格较高 聚醚型非离子表面活性剂的起泡能力较差 多是低泡型表面活性剂 有些甚至是很好的消泡剂和抑泡剂 3合成表面活性剂 起泡和消泡的应用 1起泡作用在灭火中的应用 燃烧的条件 温度 氧气 如何灭火呢 由于泡沫中所含水分的冷却效果 以及在火苗表面上覆盖的泡沫层 胶束膜或凝胶层 使火苗和氧隔绝 而起到灭火作用 作为抗静电整理剂 预防静电火花点火源 核心内容 钻井液的流变性能 钻井液处理剂 钻井液的造壁性 钻井液体系 2起泡作用在原油开采中的应用 钻井液 钻井液的主要作用 简图 钻井液功用类型组成 钻井液 凡钻进中一切有助于从井眼产生和清除钻屑的流体 液 气 液 气 广义钻井液 一切与产层接触的流体 各种盐水 聚合物溶液 钻井液 泡沫等 狭义钻井液 钻开油气层的钻井液 洗涤剂中通常要加入多种辅助成分 增加对被清洗物体的润湿作用 又要有起泡 增白 占领清洁表面不被再次污染等功能 洗涤和去污作用 洗涤体系是复杂的多相分散体系 润湿 渗透 吸附 乳化 分散 增溶 解吸 起泡等等的物理的化学的过程 加入表面活性剂后 憎水基团朝向织物表面和吸附在污垢上 使污垢逐步脱离表面 污垢悬在水中或随泡沫浮到水面后被去除 洁净表面被活性剂分子占领 其中占主要成分的表面活性剂的去污过程可用示意图说明 作为一良好的洗涤剂应具备如下条件 良好的润湿性能以使洗涤剂能与待清洁的表面紧密地接触具有将油垢移入本体溶液的能力 具有溶解或分散已被移去的油垢防止其重新沉积于固体表面或形成浮垢的能力 表面活性剂在洗涤剂中具有两个基本作用 一降低污垢与物体表面的结合力 具有促使污垢脱离物体表面的能力 二具有防止污垢再沉积的功能 表面活性剂在洗涤剂中的应用 由于阴离子表面活性剂伴生泡沫丰富且脱脂力低 洗涤手感好 常用于丝毛织物和地毯及玻璃器皿的清洗 其使用缺点是对钙镁离子的作用较为敏感 在高硬度水中的去污力显著下降 0100200300 9080706050 去污力 水的硬度 caco3 10 6 阴离子表面活性剂的去污力 1 aes c12 c15eop 3 0 2 aos c14 c18 3 s c12 c15 4 las c10 c14 1 2 3 4 las是各类洗涤剂中使用范围最广用量最大的阴离子表面活性剂品种 由于目前多采用万吨级的工业生产装置 因此产品来源稳定 价格较低 最常用的las是直链十二烷基苯磺酸钠 涂料 墨水 消字液 改正液 分散的作用 感光材料 纳米材料 钻井泥浆 油墨 絮凝的作用 废水 污水的处理 聚丙烯酰胺共聚物阳离子絮凝剂 聚乙烯醇 定义 能降低纤维间的摩擦系数 使纤维制品增加柔软性的特殊表面活性剂 原理 纤维在使用某种含表面活性剂为主要成分的油剂后 纤维就具有良好的亲水性 且表面活性剂的亲水端排列在纤维的表面 减少了纤维表面的摩擦而产生柔软平滑作用 柔软平滑作用 表面活性剂化学结构和其与纤维之间的柔软性关系 1 憎水基种类的影响 要求是接近直链的16 18个碳的脂肪族链烃 表面活性剂被吸附在纤维上 疏水基向外整齐排列 摩擦发生在互相滑动的疏水基之间 越细长 越不易挂位 易于滑动 2 亲水基种类的影响 作用在于协助憎水基发挥作用 聚乙二醇非离子 阴离子 多元醇非离子 阳离子 抗静电作用 表面活性剂的抗静电机理 1摩擦带电部分 表面电荷的逸散 摩擦生电是由于在局部表面存在的物质之间发生电子移动 电荷的逸散与表面活性剂的吸附量和吸湿性有关 可用已吸湿的水分为介质的离子移动引起电荷的移动来解释 具有抗静电作用的表面活性剂称为抗静电剂 2表面活性剂抗静电原理在于 疏水基吸附在物体表面 亲水基趋向空气形成一层亲水性膜 由于单分子膜可降低合成纤维的摩擦系数从而难以产生静电 亲水性膜吸收空气中的水分 因此好像物体表面多了一层水层 产生的静电易于传递到大气中 从而降低了物体表面的电荷 杀菌作用 定义 能与蛋白质发生作用的一类表面活性剂 杀菌机理 首先表面活性剂吸附于菌体 然后浸透菌体的细胞膜并破坏之 以阳离子表面活性剂和两性表面活性剂为主 如烷基二甲基苄铵盐 烷基三甲基铵盐 聚氨基单羧酸类等 带苄基的季胺氯化物 改变烷基的碳原子数 杀菌力会有很大的改变 一般以12 14为宜 10 的水溶液的杀菌力大于苯酚50 70倍 蜡染 挑染 匀染作用 匀染作用 在印染工业中 以达到均匀染色为目的的表面活性剂称为匀染剂 达到均匀染色的两种途径 降低染色速度 使染料分子与纤维缓慢接触 对已发生不匀染色的织物 能使深色部分的染料分子向浅色部分迁移 称为 移染 1 亲纤维匀染剂 表面活性剂与纤维的吸附亲和力较大 染料只能在匀染剂后追踪 延长染色时间达到缓染的目的 在染色工艺完成后 染料不能再移动 2 亲染料匀染剂 表面活性剂与染料有较大亲和力 在染色时可拉住染料分子 达到缓染目的 同时亦可移染 表面活性剂的国内外发展 1 表面活性剂要易于生物降解 原料可再生 广泛使用后 对环境无污染 对人 畜安全温和 2 表面活性剂要高效 多功能 除有清洁作用外 还要有抑菌 杀菌 滋润皮肤等作用 并应不断开发新用途 3 耐硬水 低温洗涤效果好 浓缩的表面活性剂洗涤用品是一个发展方向 这包括浓缩洗衣粉和液体洗涤剂 第二节阴离子表面活性剂 它们在整个表面活性剂生产中占有较大的比重 世界表面活性剂总产量的40 属于这一类 亲水性基团是阴离子的表面活性剂叫阴离子型表面活性剂 磺酸盐型阴离子表面活性剂 1十二烷基苯磺酸钠简称las 是一种黄色油状液体 经纯化后可形成六角形或斜方型薄片状结晶 理想的las结构应该是c10 c14的直链烷基 苯环在烷基的第三或第四个碳原子上连接 亲水基为苯环对位单磺酸基团 las溶于水后呈中性 对水的硬度较敏感 对酸碱水解的稳定性好 不易氧化 表面活性作用表现为起泡能力强 去污能力高 易与各种助剂复配 兼容性好 且成本较低 合成工艺成熟 因此应用领域广泛 合成方法 三氧化硫磺化法反应原理 对设备加工精度及材质均有较高要求 设备庞杂 造价均在几百万元以上 一般中小型企业和乡镇企业难以实现 发烟硫酸磺化法以发烟硫酸作为磺化剂与烷基苯反应如下 与三氧化硫磺化相比 发烟硫酸磺化反应速率较易控制 反应放热量也较小 但由于反应过程同时生成大量废酸 故生产成本偏高 月桂醇聚氧乙烯醚硫酸钠简称aes 淡黄色至无色黏稠液体 活性物含量一般为70 未硫酸化物含量小于2 硫酸钠含量小于2 ph值在7 8 5之间 总生物降解度大于90 无毒 硫酸酯盐 aes在碱性介质中是稳定的 在酸性介质中容易水解 在中性介质中 由于自动催化作用 也会引发水解反应 磷酸盐或柠檬酸盐缓冲剂 防止水解 aes在碱性介质中是稳定的 易于配成透明溶液 且其丝毫不会受到水硬度的影响 具备了优异的抗钙镁离子作用的能力 售价低 去污能力 润湿性 乳化性 钙皂分散性及增溶性等方面都较强 因此 aes在近二十粘中以惊人的速度迅猛增长 成为阴离子表面活性剂中发展最快的一个品种 据统计 1966 1980年美国aes产量增长了近70倍 在我国情况也基本如此 aes的最主要应用是与las复配成产轻垢型液体洗涤剂 如丝毛清洁剂和餐具清洁剂 洗手液等 此时 aes与las复配在泡沫性 去污性及溶液粘度等方面均有一定的协同作用 十二烷基硫酸钠月桂醇硫酸钠 简称k12 白色至微黄色粉末 微有特殊气体 易溶于水 起泡力强 有优良的乳化能力可作为发泡剂用 ch3 ch2 11oso3na 洗手液配方操作步骤1将abs na8g aes8g edta0 5g 苯甲酸钠适量 加入200ml烧杯中 加水至100ml 在水中溶解 在80 下恒温40min 并缓慢搅拌 2冷却至室温 加入香精 用柠檬酸调ph 7 3用氯化钠调节黏度 按市售标准洗涤剂为标准 肥皂 脂肪酸盐 钠盐为多 是一种最古老的表面活性剂 现在仍大量应用于日常生活和生产中 肥皂比较容易制造 油脂与碱作用即生成脂肪酸钠与甘油 羧酸盐型阴离子表面活性剂 r coona 洗涤用的钠皂为硬质肥皂 钾皂为软质肥皂 其它二价和三价金属盐为不溶性肥皂 ph 7时生成不溶性游离脂肪酸 所以 肥皂这类表面活性剂不适用于硬水 酸性溶液和海水 肥皂除了具有清洗作用 还有润湿 乳化和发泡作用 碳链从c8开始能显著降低水的表面张力 c14 c18时达到最低值 而且与温度有关 碳链较长的肥皂 在温度较高时才能显著降低表面张力 例如硬脂酸肥皂最适宜温度为70 80 而椰子油肥皂最好在常温 硬脂酸钠的一个主要应用是在化妆品中作乳化剂 例如 以雪花膏为代表的o w型膏霜中 硬脂酸钠是必不可少的乳化剂 在剃胡膏 洗发膏制备中 硬脂酸钠也为最用的乳化剂 此外 一些工业用乳化产品 如油墨清洗剂 奶制品清洗剂等 也常用硬脂酸钠作为o w型产品的乳化剂 羧酸盐所存在的主要缺点是 它是一种弱酸强碱盐 易水解为游离酸 降低其水溶性 阴离子表面活性剂的生物降解性 生物降解性是有机化合物因受微生物作用而转化为细胞物质 同时分解成可为能源利用的 没有公害的二氧化碳和水等物质的一种性质 生物降解性也称为生物分解性能 完整的降解一般分为三步 a初级降解 母体结构消失 特性发生变化 b次级降解 降解得到的产物不再污染环境 c最终降解 完全转化为co2 nh3 h2o等 影响表面活性剂降解的因素自身的结构 微生物 光源 浓度 温度 氧化剂 ph值等 降解速度随磺酸基和烷基链末端间的距离的增大而加快 烷基链长在c6 c12间最易降解 当阴离子表面活性剂的烷基链带有支链 且支链长度愈接近主链愈难降解 表面活性剂在使用后 其残余量随工业废水排放至自然环境中 表面活性剂对环境的污染主要通过自然界微生物的生物降解得以消除 因此 使用表面活性剂时应尽可能选容易生物降解的表面活性剂 阳离子表面活性剂正好与阴离子表面活性剂结构相反 如图其亲水基一端是阳离子 故称阳离子表面活性剂 疏水基与阴离子类似主要为不同碳原子数的碳氢链 第三节阳离子表面活性剂 1928年 阳离子表面活性剂开始应用 当时用作杀菌剂 这类表面活性剂的产量增长较快 品种发展迅速 应用范围口益广泛 杀菌剂 腈纶匀染剂 纤维柔软剂 抗静电剂 浮选剂 目前阳离子表面活性剂的产量还比较小 但其增长速度要比阴离子和非离子大得多 r nh2 hcl伯胺盐 ch3 r n hcl仲胺盐 h ch3 r n ch3cl 季铵盐 ch3 ch3 r n hcl叔胺盐 ch3 主要为含氮的有机衍生物 其它含氮等的有机衍生物 阳离子表面活性剂的分类 r nh2 hcl伯胺盐 ch3 r n hcl仲胺盐 h ch3 r n hcl叔胺盐 ch3 胺盐型 该类产物是弱酸的盐 在酸性条件下具有表面活性 在碱性条件下 胺游离出来而失去表面活性 因面使它的使用受到限制 无杀菌能力 纤维柔软剂匀染剂浮选剂 an四声 季铵盐型 r1 r2 n ch3x 季铵盐 r3 季铵盐与胺盐不同 它在碱性和酸性介质中都能溶解 且离解为带正电荷的表面活性离子 季铵盐洗涤能力差但杀菌能力强 在阳离子表面活性剂中的地位最为重要 产量也最大 an三声 高级卤代烷与低级叔胺 十二烷基三甲基溴化铵1231 br 十六烷基三甲基溴化铵1631 br br 溴 含苯环的季铵盐 氯化苄 80 90oc3h 十二烷基二甲基苄基氯化铵 1227 洁尔灭 tan 高级烷基叔胺与低级卤代烷 1洁尔灭 1227是一种非氧化性杀菌剂 具有广谱 高效的杀菌灭藻能力 并具有一定的分散 渗透作用和一定的缓蚀作用 因此广泛应用于石油 化工 电力 纺织等行业的循环冷却水系统中用以控制循环冷却水系统菌藻滋生 十二烷基二甲基苄基氯化铵 1227 洁尔灭 tan 新洁尔灭 低级叔胺与高级卤代烷 性能更为优异的杀菌剂 十二烷基二甲基苄基溴化铵 阳离子活性剂1227易溶于水 稳定性良好 能耐热 耐光 耐压 无挥发性 但所带离子性与阴离子表面活性剂恰好相反 所以二者不能与阴离子表面活性混在一起使用 若混合 则产生沉淀并失去效能 阳离子表面活性剂的应用 1消毒杀菌 2腈纶匀染剂 3抗静电剂 4矿物浮选剂 5相转移催化剂 6织物柔软剂 第四节非离子表面活性剂 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呢 非离子表面活性剂特点 1234567 多元醇型 分类 1脂肪醇聚氧乙烯醚 环氧乙烷 平平加 2烷基酚聚氧乙烯醚 壬基 酚 聚氧乙烯 醚 op 10 3聚氧乙烯烷基酰醇胺 rco nh ch2ch2o n h rco nh ch2ch2 oh 尼诺尔 4脂肪酸聚氧乙烯烷酯 r coo ch2ch2o n h 5聚氧乙烯烷基胺 6多元醇表面活性剂 单硬脂酸甘油酯 季戊四醇酯 失水山梨醇酯 非离子表面活性剂的性质 亲油 亲水 hlb值013678101213151820 消泡 润湿剂 增溶剂 石蜡w o乳化剂 去污 聚乙二醇 渗透作用 o w乳化剂 生物降解性毒性 浊点及亲水性 h2o 1脂肪醇聚氧乙烯基醚aeo c12h25oh 平平加o c12h25o ch2ch2o n h peregalo 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 酸或碱中不起变化而稳定 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防白助剂6增艳剂7净洗剂8防静电剂9乳化剂 用途 2烷基酚聚氧乙烯基醚 1烷基酚的制备 op 10 1与烯烃反应 2与卤代烷反应 n n 1 6油溶性 n 8水溶性 浊点 50oc n 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 化学性质稳定 耐酸碱 耐高温 耐氧化剂 不易生物降解 渗透剂 乳化剂 洗涤剂 剥色剂 3脂肪胺聚氧乙烯 rnh2 naoh催化 4硬脂酸聚氧乙烯酯 r coo ch2ch2o n h 1脂肪酸与环氧乙烷反应 2脂肪酸与聚乙二醇反应 nho ch2ch2 oh 乙二醇 ho ch2ch2o n h 聚乙二醇 渗透性 去污能力 较差 低泡 易生物降解 乳化剂 分散剂 纤维整理剂 染色助剂 不耐酸碱 不耐高温 4脂肪酸失水山梨醇酯 山梨醇 1 4失水山梨醇 单酯 双酯 三酯 span系列 抗静电剂 润滑剂 twen系列 蔗糖脂肪酸酯 食品 化妆品 第五节两性表面活性剂 广义地说 所谓两性表面活性剂 是指同时具有两种离子性质的表面活性剂 通常所说的两性表面活性剂 是指由阴离子和阳离子所组成的表面活性剂 换言之 单就两性表面活性剂结构来讲 在亲水基一端既有阳离子 也有阴离子 1两性表面活性剂的特性 4耐水硬性和耐高浓度电解质性 2可以和所有其他类型的表面活性剂复配 3毒性低 对皮肤眼睛刺激性小 1具有等电点 5良好的生物降解性 两性表面活性剂的等电点 ph 4 ph 4 ph 4 阳离子表面活性剂 阴离子表面活性剂 1按整体化学结构分类 1甜菜碱型 阴离子部分还可以是磺酸基 硫酸酯基 阳离子部分还可以是磷 硫 2两性表面活性剂的分类 甜菜碱型表面活性剂 加水能呈透明溶液 泡沫多去污力好 可看成是两性表面活性剂的代表 最大的特点是无论是在酸性 中性或碱性都易溶于水 即使在等电点也无沉淀 且在任何ph值时均可使用 甜菜碱型表面活性剂 2