精细化工概论-第二章表面活性剂

1、精细化工生产工艺学,第二章 表面活性剂,目 录,第一节 表面活性剂的结构及性能 第二节 表面活性剂的应用原理 第三节 表面活性剂的分类 第四节 阴离子型表面活性剂 第五节 阳离子型表面活性剂 第六节 两性离子表面活性剂 第七节 非离子型表面活性剂,第一节 表面活性剂的结构与性能,第一节 表面活性剂的结构及性能,阅读P14造纸工业表面活性剂应用现状并思考表面活性剂有什么作用 一、表面活性及活性剂 1.表面张力与表面活性 表面张力：促使液体表面尽量缩小的力 表面张力现象：,第一节 表面活性剂的结构及性能,表面活性,C浓度,1,2,3,加入物质浓度对溶液表面张力的影响,实验表明：不同物质加入水中，其

2、溶液表面张力会随加入物质浓度变化而变化,表面张力,第一节 表面活性剂的结构及性能,表面活性：甲物质的加入能降低乙液体的表面张力时，称甲对乙具有表面活性。 由于水是最常用的溶剂，通常称表面活性都是对水而言 表面活性剂（SAA）：取少量物质溶于水后就能引起水溶液表面张力显著降低的物质。 上图中哪种物质是SAA？,第一节 表面活性剂的结构及性能,表面活性剂的应用：“工业味精” 2007年品种：16000多 年产量：1100万t 1200万t 应用：从家用转移至工业 产品结构：阴离子型占首位，其次为非离子型,第一节 表面活性剂的结构及性能,二、表面活性的结构及性能 （一）结构： 不对称、极性、具有“双

3、亲”结构 1.亲油基（疏水基） 都是由长烃链组成，易溶于“油” 2.亲水基（疏油基） 羟基、羧基、磺酸基、氨基、硫酸酯基、醚基等， 易溶于水 结构示意图,肥皂（脂肪酸钠盐）,表面活性剂的分类,第一节 表面活性剂的结构及性能,（二）表面活性剂的特性,双亲结构,改变表面张力,1.加入互不相溶的两个液相中 2.加入水中（CMC）,不同浓度时表面活性剂在水中的分布形态,不同浓度时表面活性剂在水中的分布形态,第一节 表面活性剂的结构及性能,3.HLB(亲水亲油平衡值) P23 衡量表面活性剂亲水性能力大小，数值越大，越亲水。 小于10多为亲油，大于10多为亲水,第一节 表面活性剂的结构及性能,HLB值与

4、表面活性剂性能的关系,4.溶解度与温度的关系 （1）临界溶解温度（克拉夫特点） 离子型表面活性剂在水中的溶解度随温度的上升逐渐增加，当达到某一特定温度时，溶解度急剧上升，该温度称为临界溶解温度（Krafft Point），以Tk表示。表1-1列出了一些离子型表面活性剂的克拉夫特点。离子型表面活性剂的溶解特点与它在水中能够形成胶团有密切关系。,第一节 表面活性剂的结构及性能,（2）表面活性剂的浊点 非离子表面活性剂在水中的溶解度随温度上升而降低，升至某一温度，溶液出现浑浊，这个温度称为该表面活性剂的浊点(Tp)。这个现象是可逆的，溶液冷却后，即可恢复成清亮的均相。表1-2列出了几个典型非离子表面

5、活性剂的浊点。,第一节 表面活性剂的结构及性能,作业： 1.什么是CMC，它对于表面活性剂有什么意义 2.表面活性剂结构有什么特点。 3.克拉夫特点与浊点对表面活性剂的使用有何影响？,第二节 表面活性剂的应用原理,第二节 表面活性剂的应用原理,一、润湿作用 降低液面张力、促进液体在固体表面铺展，并渗透到物体中。 作为湿润剂的多为非离子型和阴离子型的表面活性剂 二、分散作用 降低液体与固体微粒的界面张力，并在固体物质微粒周围形成一层亲水、稳定的吸附膜，使固体粒子均匀分散、悬浮在液体中,第二节 表面活性剂的应用原理,三、乳化作用 降低不相溶两种液体界面张力，促使某相以微小液粒均匀分散到另一相中形成

6、乳化液的作用 O/W：水包油型 W/O：油包水型（牛奶） 区别于分散作用 四、泡沫作用 降低水与空气之间表面张力，空气分散在水中形成泡沫，气泡表面吸附定向排列的一层表面活性剂 P19图2.5泡沫形成模式图,第二节 表面活性剂的应用原理,五、增溶作用 表面活性剂在水溶液中形成胶束后，能使油类或非极性的碳氢化合物的溶解度有显著提高,作业： 1.表面活性剂的应用性能有哪些方面 2.名词解释 O/W W/O,第二节 表面活性剂的应用原理,第三节 表面活性剂的分类,P20,第三节 表面活性剂的分类,一、化学结构分类,油溶性：种类和应用都较少,水溶性,离子型,非离子型：溶于水时不能电离生产离子,阴离子型,

7、阳离子型,两性离子型,（一）阴离子型表面活性剂 溶于水后生成离子，其活性成分 为带负电的原子团,第三节 表面活性剂的分类,（亲水基）,+ Na+,主要有四大类： 1.羧酸盐型：RCOONa 2.硫酸盐型：ROSO3Na 3.磺酸盐型：RSO3Na 4.磷酸酯盐型：ROPO3Na,第三节 表面活性剂的分类,（二）阳离子型 溶于水后生成的亲水基为带正电的原子团 目前应用较多的有铵盐和季铵盐两大类,铵盐类,伯铵盐类,仲铵盐类,叔铵盐类,季铵盐类,铵盐类,仲铵盐类,叔铵盐类,季铵盐类,第三节 表面活性剂的分类,（三）两性离子型 溶于水后，分子内可同时带有两种离子性质（阴-阳，阴-非，阳-非） 习惯上所

8、说的两性表面活性剂指由阴阳两种离子组成 酸性条件下，呈阳离子性质；碱性条件下，呈阴离子性质；中性条件下，呈非离子 常见种类有三大类：氨基酸型、甜菜碱型、咪唑啉型,第三节 表面活性剂的分类,（四）非离子型表面活性剂 在水中不会离解为离子，自然也不带电荷，但同样具有双亲结构，分子的亲水基不是离子而是聚氧乙烯醚链、酯键、多元醇等。,返回,第四节 阴离子型表面活性剂,第四节 阴离子型表面活性剂,阴离子表面活性剂是目前世界上产量最大、应用最多的一类表面活性剂；其种类繁多，品种各异；主要用于洗涤行业，其中肥皂占40-50%；合成洗涤剂占60-50%。 一、羧酸盐型 俗称皂类，使用最多的表面活性剂之一。,第

9、四节 阴离子型表面活性剂,天然油脂与氢氧化钠进行皂化反应,R视天然油脂种类而定，油脂不同性质不同，最明显的是其适应温度范围的差异，洗涤用肥皂最常选用的是以C12C18为主的混合油脂。,碱金属钾皂也称软质皂，多用于液体洗涤剂或化妆品中,（一）肥皂P26 肥皂的历史 肥皂使用注意： 酸性介质中生成不溶性脂肪酸； 硬水中生成钙镁盐，导致失效； 易受电解质影响,第四节 阴离子型表面活性剂,（二）多羧酸皂 使用不多，较典型的是作润滑油添加剂、防锈剂 （三）松香皂 天然植物树脂酸用碱中和的产物，本身无洗涤作用，但有优良的乳化力和起泡力，与肥皂配合可提高洗涤效果 （四）N-酰基氨基羧酸盐 脂肪酰氯与氨基酸的

10、反应产物，优良的表面活性，突出的低毒、低刺激性，广泛用于人体洗涤品、化妆品、牙膏、食品等,第四节 阴离子型表面活性剂,二、硫酸酯盐型 高级醇及其他含OH的化合物或含双键的烯烃硫酸化可得 （一）高级醇硫酸酯盐（AS） 优点：具有良好洗净力、乳化力，泡沫丰富，易于生物 降解。水溶性和去污力比肥皂好，溶液成中性不损衣物，广泛用于家用及工业洗涤剂、化妆品。 缺点：热稳定性差，强酸、碱中易水解,硬水中效能降低（以前加螯合剂三聚磷酸钠）,第四节 阴离子型表面活性剂,AS的生产工艺： 1.原料制备 2.高级醇的硫酸化 3.高级醇硫酸盐的中和,第四节 阴离子型表面活性剂,如何用方块图表示工艺流程？,AS的生产

11、工艺：,第四节 阴离子型表面活性剂,（二）高级醇醚硫酸酯盐（AES） 脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐简称醇醚硫酸盐，商品名为AES,其化学结构式为RO(CH2CH2O)nSO3M,其中R：C12C15、的烷基,n=23,M主要为Na+。工业上常用的是月桂醇醚硫酸钠、月桂醇醚硫酸按和月桂醇醚乙醇胺的盐。AES是阴离子表面活性剂的重要品种，广泛应用于香波、浴液、餐具洗涤剂、复合皂等洗涤化妆用品；用于纺织工业润湿剂、清洁剂等。,第四节 阴离子型表面活性剂,三、磺酸盐型 比硫酸酯盐型更稳定，酸性溶液中不发生水解，加热时也不易分解。广泛用于洗涤、染色、纺织行业，也常用作渗透剂、润湿剂、防锈剂等工业助剂。 （一）

12、烷基苯磺酸盐（LAS） 阴离子表面活性剂中最重要的一个品种，占其生产总量的90%，其中烷基苯磺酸钠是我国洗涤剂活性物的主要成分，洗涤性能优良，去污力强，泡沫稳定及起泡力均良好,第四节 阴离子型表面活性剂,LAS的生产过程可分为三部分： 1. 烷基苯的制备； 2.烷基苯的磺化；（精细有机合成） 3.烷基苯磺酸的中和,第四节 阴离子型表面活性剂,H2SO4,（二）烷基磺酸盐（SAS） 表面活性与LAS相近，在碱性、中性和弱酸性溶液中较稳定，硬水中有良好的润湿、乳化、分散和去污能力，易于生物降解。 1.磺氯化法,第四节 阴离子型表面活性剂,（2）皂化,2.磺氧化法,生产工艺流程图,第四节 阴离子型表

13、面活性剂,（三）-烯烃磺酸盐（AOS） 特点：生物降解好，皮肤刺激小，去污好，泡沫细腻、丰富、持久；在较大PH范围内较为稳定。 用途：广泛用来制取液体洗涤剂，如餐具洗涤剂，洗发香波。,第四节 阴离子型表面活性剂,四、磷酸酯盐型 具有优良的抗静电、乳化、防锈和分散等性能，广泛用于纺织、加工、国防、金属加工和轻工等部门,第四节 阴离子型表面活性剂,作业： 1.名词解释： AES LAS AS AOS 2.AS的生产工艺包括哪几个主要流程？请写出主要反应式,第四节 阴离子型表面活性剂,第五节 阳离子表面活性剂,最早作为杀菌剂，后来品种和应用范围扩大：柔软剂、抗静电剂、助染剂、防锈剂乳化剂等等 一、概

14、述 1.定义 2.用途：杀菌效果显著 3.作用机理：具有乳化、湿润、去污作用，但很少用于洗涤,第五节 阳离子型表面活性剂,为什么叫阳离子型？,- - - - -,水,但中和负电后，增加抗静电性，织物变得柔软,第五节 阳离子型表面活性剂,4. 使用注意事项： 不能与肥皂或其他阳离子表面活性剂共用，否则引起阳离子活性物沉淀；同样不能与硝酸盐、蛋白质、羟甲基纤维素、大部分生物碱共用；能与直接染料或荧光染料作用，导致织物褪色 5. 种类：主要为含氮化合物,R-NH2HCl伯胺盐,CH3 | R-N-HCl仲胺盐 | H,CH3 | R-N+-CH3Cl-季铵盐 | CH3,CH3 | R-N-HCl叔

15、胺盐 | CH3,其它含氮等的有机衍生物,二、铵盐型 高级伯仲叔胺与酸中和产物 常用酸有：HCl、HCOOH、CH3COOH、HBr、H2SO4 胺的制取方法： 1.高级伯胺的制取 （1）脂肪酸法（动植物油中） （2）脂肪醇法：最早由鲸蜡，后由人工合成 2.仲、叔铵盐的制取,第五节 阳离子型表面活性剂,三、季铵盐型 阳离子表面活性剂中最重要的一类，在工业上有重要的应用，性能上由于亲水基强碱性结构，对介质PH值适应强，与其他表面活性剂配伍强。 典型制取方法：,第五节 阳离子型表面活性剂,CH3 | R-N+-CH3Cl-季铵盐 | CH3,R为十二碳时，便是十二烷基二甲基苄基氯化铵，商品名“洁尔

16、灭”，消毒杀菌剂，阴离子为溴化物时，为“新洁尔灭”在我国使用较普遍,四、其他阳离子型表面活性剂 除直连含氮化合物外，一些环状含氮化合物也可制成优良的阳离子型表面活性剂。代表产品如下,第五节 阳离子型表面活性剂,第六节 两性离子表面活性剂,第六节 两性离子表面活性剂,一、概述 优良性能：去污、起泡、乳化好；耐硬水；对酸碱和各种金属离子稳定，毒性和皮肤刺激性低；生物降解好，并具有抗静电和杀菌等特殊性能。 特性：碱性溶液中呈现阴离子活性；酸性溶液中呈现阳离子活性，中性溶液中呈现两性活性,第六节 两性离子表面活性剂,二、主要品种 （一）氨基酸型 水溶性、洗涤性能好，并具杀菌作用，常用于洗涤剂和洗发膏 （二）甜菜碱型 任何PH值下都能溶于水，泡沫强、去污好，可作洗涤剂、助染剂、柔软剂、抗静电剂和杀菌剂 （三）咪唑啉型 刺激性、毒性低，广泛用于婴儿香波,第六节 两性离子表面活性剂,第七节 非离子型表面活性剂,第七节 非离子型表面活性剂,应用始于20世纪30年代，开始只用于纺织助剂。目前主要用来配制农药乳化剂、纺织、印染和合成纤维的助剂与油剂，民用及工业清洗剂等 亲水基原料主要有环氧乙烷、多元醇和氨基醇