精細化學(xué)品化學(xué)-課件

1、精 細 化 學(xué) 品 化 學(xué)主講：王明慧第一章 緒 論化學(xué)工業(yè)與國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，以及人們的日常生活密切相關(guān)。近按照用途不同，人們將化工產(chǎn)品劃分為兩在類，即基本化工產(chǎn)品（或通用化工產(chǎn)品）和精細化學(xué)品（Fine chemicals）?；净ぎa(chǎn)品是指一些應(yīng)用范圍廣泛，生產(chǎn)中化工技術(shù)要求很高，產(chǎn)量大的產(chǎn)品，例如石油化工中的塑料、化纖及橡膠三大合成材料，化肥等。精細化學(xué)品（Fine chemicals）是指具有專門功能和特定的應(yīng)用性能，配方技術(shù)左右著產(chǎn)品性能，制造和應(yīng)用技術(shù)密集度高，產(chǎn)品附加值高，批量小、品種多的一類化工產(chǎn)品，例如洗滌用化學(xué)品、染料、醫(yī)藥、功能高分子等。 第一節(jié) 精細化學(xué)品的概念 精

2、細化學(xué)是研究各種精細化工產(chǎn)品的分子設(shè)計、合成、結(jié)構(gòu)、功能及其構(gòu)效關(guān)系的化學(xué)?！熬毣瘜W(xué)工業(yè)”（Fine Chemicals Industry）通常稱為精細化工，包括精細化學(xué)品和專用化學(xué)品（Specialty Chemicals）兩部分，屬高新技術(shù)行業(yè)。由于精細化工產(chǎn)品的范圍十分廣泛，目前還很難明確專業(yè)的學(xué)科領(lǐng)域，但從研制、生產(chǎn)、應(yīng)用三個方面考慮，精細化工的基礎(chǔ)是應(yīng)用化學(xué)。即把無機化學(xué)、有機化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)、高分子化學(xué)等化學(xué)基礎(chǔ)知識用于精細化工產(chǎn)品的工業(yè)過程。近20多年來，由于社會生產(chǎn)水平和生活水平的提高，化學(xué)工業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的變化以及高新技術(shù)的要求，精細化工產(chǎn)品越來越受到重視，它們的產(chǎn)值比

3、重逐年上升，精細化程度已經(jīng)成為衡量一個國家化學(xué)工業(yè)水平的尺度。并已有將生產(chǎn)精細化工產(chǎn)品的工業(yè)單獨作為一個部門從化學(xué)工業(yè)中劃分出來的傾向。本課程面向應(yīng)用化學(xué)專業(yè)、化學(xué)專業(yè)、化工專業(yè)的本?？粕?，目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用化學(xué)化工基礎(chǔ)知識的能力，讓學(xué)生了解和掌握精細化學(xué)品的基本概念和特點、化學(xué)結(jié)構(gòu)、合成和生產(chǎn)方法及其應(yīng)用，了解精細化學(xué)品國內(nèi)外發(fā)展的新特點、新動向。 第二節(jié) 精細化學(xué)品的特點 精細化學(xué)品的特點與定義密切相關(guān)，一般歸納為五方面: 具有特定功能 大量采用復(fù)配技術(shù) 小批量、多品種 技術(shù)密集度高 附加值高 (1)具有特定功能 精細化學(xué)品是根據(jù)產(chǎn)品性能銷售的化學(xué)品。精細化學(xué)品的應(yīng)用專用性強，通用性弱

4、。多數(shù)精細化學(xué)品的特定功能經(jīng)常是與消費者直接相關(guān)的，例如，化妝品、合成洗滌劑、裝飾涂料、染料等。還有針對專門的消費者，如醫(yī)藥，具有專門功效的藥用于治療特定疾病。人們對產(chǎn)品功能是否合乎他們的要求會很快反映到生產(chǎn)廠商的管理機構(gòu)。從這點上來說，精細化工產(chǎn)品的特定功能顯得格外重要。 精細化學(xué)品的特定功能還表現(xiàn)為它的用量少而效益顯著。如在人造衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)中采用結(jié)構(gòu)膠粘劑代替金屬焊接，節(jié)重1 kg就有近十萬元的經(jīng)濟效益。使用立體專一性高效催化劑能獲得光學(xué)純度很高的單一對映異構(gòu)體，這對醫(yī)藥生產(chǎn)越來越重要。上述兩個簡單的例子充分說明精細化學(xué)品的特定功能完全依賴于應(yīng)用對象的要求，而這些要求隨著社會生產(chǎn)水平、生活水

5、平、科技水平的提高，將處于不斷提高、永無止境的變化中。 (2)大量采用復(fù)配技術(shù) 第一個特點決定了要采用復(fù)配技術(shù)。由于精細化學(xué)品要滿足各種專門用途，應(yīng)用對象特殊，通常很難用單一化合物來滿足要求，于是配方的研究成為決定性的因素。復(fù)配技術(shù)主要表現(xiàn)在兩方面：1. 劑型：粉末、溶液、分散液、乳液等劑型選擇得當(dāng)，可以使產(chǎn)品的性能大為改觀。農(nóng)藥常常采用緩釋技術(shù)制造劑型。乳狀液或分散體系要求愈穩(wěn)定愈好，需要添加大分子表面活性劑作為分散劑使用。2. 復(fù)配：該技術(shù)被稱為112的技術(shù)。兩種或兩種以上主產(chǎn)品或主產(chǎn)品與助劑復(fù)配，應(yīng)用時效果遠優(yōu)于單一產(chǎn)品性能。如表面活性劑與顆?；蛉榱Ｏ嗷プ饔?，改變了粒子表面電荷性能或空間

6、隔離性，使分散體系或乳液體系穩(wěn)定。某些農(nóng)藥本身不溶于水，可溶于甲苯，在加有乳化劑時，可制成穩(wěn)定的乳狀液；乳化劑調(diào)配適當(dāng)時，可使該乳液在植物葉上接觸角等于零，乳液在樹葉上容易完全潤濕，殺蟲效果好?；瘖y品、涂料基本都采用復(fù)配技術(shù)。在精細化工生產(chǎn)中配方通常是技術(shù)關(guān)鍵之一，也是專利需要保護的對象。掌握復(fù)配技術(shù)是使產(chǎn)品具有市場競爭能力的極為重要方面。但這也是目前我國精細化工發(fā)展上的一個薄弱環(huán)節(jié)，必須給予足夠的重視。(3)小批量、多品種 由于精細化學(xué)品都有特定的功能，因此都有一定的應(yīng)用范圍，其用量也不很大。如醫(yī)藥在制成成藥后，其形式有藥片、丸、粉、溶液或針劑等，但每個患者的服用量是以毫克計，染料在紡織品上

7、的用量不超過織物重量的35%。對具體產(chǎn)品來說，年產(chǎn)量就不可能很大。產(chǎn)品的生產(chǎn)規(guī)模大小不一，差別極大，從十萬噸/年到僅幾十公斤/年，多以批量方式生產(chǎn)。使用品種多是精細化學(xué)品的另一特點。這一方面與批量小有關(guān)，另一方面也與產(chǎn)品具有特定功能這一特點有關(guān)，還與產(chǎn)品更新快、社會需求不斷增長有關(guān)。如塑料加工需要增塑劑、阻燃劑、抗氧劑、熱穩(wěn)定劑等產(chǎn)品。如染料，根據(jù)染料索引(Colour Index)統(tǒng)計，不同化學(xué)結(jié)構(gòu)的染料品種有5200多個。這一特點決定了精細化學(xué)品的生產(chǎn)通常以間歇反應(yīng)為主，采用批次生產(chǎn)，最合理的設(shè)計方案是按單元反應(yīng)來組織設(shè)備。近年來許多生產(chǎn)廠采用多品種綜合生產(chǎn)流程，設(shè)計和制造用途廣、功能多的

8、生產(chǎn)裝置，如膜式SO3磺化裝置、噴霧式乙氧基化裝置。(4)技術(shù)密集度高 技術(shù)密集度高是精細化工的另一重要特點。技術(shù)密集性主要表現(xiàn)在四個方面：技術(shù)綜合性強，研發(fā)費用高且成功率低，生產(chǎn)過程復(fù)雜，應(yīng)用高新技術(shù)多。首先是研發(fā)費用高。如開發(fā)一種新藥一般要510年，約耗資2000萬美元。據(jù)統(tǒng)計，醫(yī)藥的研究開發(fā)投資高達年銷售額的14%，一般精細化工產(chǎn)品的研究開發(fā)投資也要占到年銷售額的6%7%。技術(shù)密集還表現(xiàn)在生產(chǎn)過程中的工藝流程長，單元反應(yīng)多，原料復(fù)雜，中間過程控制要求嚴(yán)等各個方面。例如感光材料中的成色基，合成反應(yīng)單元多達十幾步，總收率有時會低于20%。在制藥工業(yè)中，除采用合成原料外，有時還要采用天然原料，

9、或用生化方法得到半人工合成中間體。在分離操作中，會用到異構(gòu)體甚至是旋光異構(gòu)體的分離。在過程控制和原料、產(chǎn)品純化中常常使用現(xiàn)代分析儀器，如氣相色譜（GC）、高效液相色譜（HPLC）、紅外（IR）、核磁共振（NMR）等。再就是工藝技術(shù)含量高。從事精細化學(xué)品和專用化學(xué)品研究和生產(chǎn)的科技工作者十分關(guān)心工藝與設(shè)備問題，例如薄膜反應(yīng)和分離、噴霧反應(yīng)和分離、膜反應(yīng)、螺旋反應(yīng)、固相反應(yīng)和混合、氣-固-液反應(yīng)設(shè)備以及高效分離技術(shù)等。新技術(shù)包括生物工程技術(shù)，各種新型高活性、高選擇性催化劑，超微粒化技術(shù)，激光技術(shù)，微波技術(shù)，超聲技術(shù)和膜分離技術(shù)等在新領(lǐng)域精細化工中越來越應(yīng)用廣泛。技術(shù)密集還表現(xiàn)在信息密集、信息快。產(chǎn)

10、品要根據(jù)應(yīng)用對象而設(shè)計，根據(jù)需要不斷推陳出新。另一方面，大量基礎(chǔ)研究工作所產(chǎn)生的新化學(xué)品也不斷地需要尋找新的用途。為此有的大化學(xué)公司已經(jīng)開始采用新型計算機信息處理技術(shù)對國際化學(xué)界研制的各種新化合物進行儲存、分類以及功能檢索，以達到快速設(shè)計和篩選的要求。上述技術(shù)密集這一特點反映在精細化工產(chǎn)品的生產(chǎn)中是技術(shù)保密性強、專利壟斷性強。這幾乎是各精細化工公司共同的特點。他們通過自己擁有的技術(shù)開發(fā)部得到的技術(shù)進行生產(chǎn)，并以此為手段在國內(nèi)及國際市場上進行激烈競爭。這正是我國精細化工最薄弱的環(huán)節(jié)。 (5) 附加值高 附加價值是指產(chǎn)品的產(chǎn)值中，扣除原材料、稅金、設(shè)備和廠房的折舊費后剩余部分的價值，這部分價值是指

11、當(dāng)產(chǎn)品從原材料經(jīng)加工到產(chǎn)品的過程中實際增加了的價值。它包括利潤、工人勞動、動力消耗以及技術(shù)開發(fā)等費用。1978年美國商業(yè)部曾經(jīng)有一個統(tǒng)計：以50億美元石油為基準(zhǔn)，作燃料只值50億，如果將之產(chǎn)出烯烴、二甲苯等，進一步加工成乙二醇、對苯二甲酸等基本化學(xué)品(Basic chemicals)就值200億美元，合成醫(yī)藥和農(nóng)藥原藥以及原染料等精細化學(xué)品(Fine chemicals)，增值至400億，再加工成商品，即專用化學(xué)品(Specialty chemicals)，最終增值至5300億。據(jù)統(tǒng)計，精細化工的附加價值率在50%左右，而整個化學(xué)工業(yè)的平均附加價值率在30%40%，化肥、石油化工等僅有20%3

12、0%。精細化工在化學(xué)工業(yè)各大部門中，它的附加值是最高的。在精細化工產(chǎn)品中又以醫(yī)藥為最高，醫(yī)藥的附加值通常在60%以上。 第三節(jié) 精細化學(xué)品的分類 精細化學(xué)品的范圍十分廣泛，而且隨著一些新興的精細化工行業(yè)的不斷涌現(xiàn)，其范圍越來越大，種類也日益增加，因此究竟如何對精細化學(xué)品進行分類，目前也存在著不同的觀點。按目前的分類方法，主要有結(jié)構(gòu)分類和應(yīng)用分類兩種方法。因為同一類結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，功能可以完全不同，應(yīng)用對象也可以不同，所以結(jié)構(gòu)分類在精細化學(xué)品的分類中不能適用。若按大類屬性區(qū)分，可以分為無機和有機精細化學(xué)品兩大類。本書討論的范圍則限于有機精細化學(xué)品。目前國內(nèi)外較為統(tǒng)一的分類原則是以產(chǎn)品的功能來進行分類

13、。按行業(yè)成型的時間先后順序，精細化工分為傳統(tǒng)和新領(lǐng)域兩部分。傳統(tǒng)精細化工主要包含：染料、涂料和農(nóng)藥；新領(lǐng)域精細化工包括：食品添加劑、飼料添加劑、電子化學(xué)品、造紙化學(xué)品、水處理劑、塑料助劑、皮革化學(xué)品等，國外將新領(lǐng)域精細化工稱為專用化學(xué)品。日本在1985年的精細化工年鑒中將精細化工產(chǎn)品劃分為51個類別，見表1-1。表1-1 1985年日本的精細化工門類 1.醫(yī)藥14.合成洗滌劑27.食品添加劑40.炭黑2.飼料添加劑及獸藥15.催化劑28.混凝土添加劑41.脂肪酸及其衍生物3.農(nóng)藥16.合成沸石29.水處理劑42.稀有氣體4.染料17.試劑30.高分子絮凝劑43.稀有金屬5.顏料18.膠粘劑31

14、.工業(yè)殺菌防霉劑44.精細陶瓷6.涂料19.塑料增塑劑32.金屬表面處理劑45.無機纖維7.油墨20.塑料穩(wěn)定劑33.芳香除臭劑46.儲氫合金8.成像材料21.其它塑料添加劑34.造紙用化學(xué)品47.非晶態(tài)合金9.電機與電子材料22.橡膠添加劑35.纖維用化學(xué)品48.火藥與推進劑10.香料23.燃料油添加劑36.皮革用化學(xué)品49.酶11.化妝品24.潤滑劑37.油田用化學(xué)品50.生物技術(shù)12.肥皂25.潤滑油添加劑38.汽車用化學(xué)品51.功能高分子13.表面活性劑26.保健食品39.溶劑與中間體我國近年來對精細化工產(chǎn)品的開發(fā)很重視。1986年首先由原化工部提出了一種暫行分類方法，包括11類產(chǎn)品，

15、見表1-2。這種分類主要考慮了化工部所屬精細化工行業(yè)的情況，因此并未包含精細化工的全部內(nèi)容，例如，醫(yī)藥制劑，酶，精細陶瓷等就未包括在內(nèi)。隨著我國精細化工的發(fā)展，今后可能會不斷地補充和修改。表1-21986年原化工部對精細化學(xué)品分類 1.農(nóng)藥4.顏料7.食品和飼料添加劑10.化學(xué)藥品（原料藥）和日用化學(xué)品2.染料5.試劑和高純物8.粘合劑11.功能高分子材料（包括功能膜，偏光材料等）3.涂料（包括油漆和油墨）6.信息化學(xué)品（包括感光材料、磁性材料等）9.催化劑和各種助劑第四節(jié) 精細化學(xué)品的發(fā)展趨勢 隨著工農(nóng)業(yè)、國防、尖端科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，社會可持續(xù)發(fā)展的要求，對精細化工產(chǎn)品

16、提出了越來越多的新要求，使精細化工產(chǎn)品具有了客觀發(fā)展的需求。 (1) 精細化學(xué)品在化學(xué)工業(yè)中所占的比重迅速增大。 精細化工率的高低已成為衡量一個國家或地區(qū)化工發(fā)展水平的主要標(biāo)志之一。由于原料漲價、成本增加、市場競爭激烈，世界發(fā)達國家的化學(xué)工業(yè)已經(jīng)大規(guī)模地緊縮原有大宗石化產(chǎn)品和化肥的生產(chǎn)，而加強了發(fā)展技術(shù)密集型的精細化工產(chǎn)品和專用化學(xué)品。上世紀(jì)八十年代發(fā)達國家精細化工率為45%55%，九十年代達到55%63%，二十一世紀(jì)初將達到6067。精細與專用化學(xué)品與國家的經(jīng)濟水平以及基礎(chǔ)石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展密切相關(guān)，因此美國、西歐和日本是全球精細與專用化學(xué)品生產(chǎn)和消費比較發(fā)達的國家和地區(qū)，三者的總營業(yè)額約占

17、全球?qū)Ｓ没瘜W(xué)品營業(yè)額的77左右。我國與國外相比還有很大差距。二十一世紀(jì)將是人類社會精神文明、物質(zhì)文明建設(shè)突飛猛進發(fā)展的時代，世界經(jīng)濟形態(tài)正處于深刻轉(zhuǎn)變之中。以消耗原料、能源和資本為主體的工業(yè)經(jīng)濟，向以知識和信息的生產(chǎn)、分配、使用的知識經(jīng)濟轉(zhuǎn)變，它為精細化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供良好機遇和巨大空間。 （2）精細化工產(chǎn)品的新產(chǎn)品、 新品種不斷增加 尤其是適應(yīng)高新技術(shù)發(fā)展的精細化工新領(lǐng)域不斷涌現(xiàn)。市場需求將繼續(xù)健康發(fā)展。發(fā)展較快的領(lǐng)域有：原料藥、酶制劑、特殊(功能)聚合物、納米材料、分離膜、特種涂料、電子化學(xué)品和催化劑等，但農(nóng)藥、染料和紡織化學(xué)品將呈下降趨勢。 （3）在精細化工產(chǎn)品的生產(chǎn)、制造、復(fù)配、包裝、

18、貯存、運輸?shù)雀鱾€環(huán)節(jié)，日益廣泛采用各種高新技術(shù)，大大促進了精細化工產(chǎn)品的發(fā)展。高新技術(shù)的采用是競爭的焦點。如生物工程技術(shù)將更多地應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)藥、營養(yǎng)品中，利用計算機技術(shù)和組合化學(xué)技術(shù)進行分子設(shè)計，新催化技術(shù)、膜分離技術(shù)、超臨界萃取技術(shù)、超細粉體技術(shù)、分子蒸餾技術(shù)等將進一步得到應(yīng)用。 （4）綠色化 近代工業(yè)發(fā)展帶來的環(huán)境污染已嚴(yán)重威脅著人類的生存環(huán)境和經(jīng)濟、社會的可持續(xù)發(fā)展，人們已逐漸認識到發(fā)展綠色化技術(shù)、保護環(huán)境的重要性和緊迫性，精細化學(xué)品對人體健康、環(huán)境、生態(tài)的負面影響也越來越引起人們的重視。要高效、理性地推進精細化工的發(fā)展，就要努力實現(xiàn)精細化工原料、生產(chǎn)工藝過程和產(chǎn)品的綠色化，最終使精細

19、化工發(fā)展成為綠色生態(tài)工業(yè)。采用高新技術(shù)、綠色化工原料、綠色催化劑和助劑，使精細化學(xué)品的生產(chǎn)和應(yīng)用實現(xiàn)“生態(tài)綠色化”是21世紀(jì)精細化工發(fā)展的趨勢。1 簡述精細化學(xué)品的概念和特點。2 精細化學(xué)品的發(fā)展趨勢是什么？ 思 考 題1 趙德豐，程侶柏，姚蒙正，高建榮編著，精細化學(xué)品合成化學(xué)與應(yīng)用(第一版)，化學(xué)工業(yè)出版社，2019年，1-92 曾繁滌主編, 精細化工產(chǎn)品及工藝學(xué)，化學(xué)工業(yè)出版社，2019年，1-63 韋新生，21世紀(jì)精細化工的發(fā)展，化學(xué)推進劑與高分子材料，2019，2：10-144 楊錦宗，新世紀(jì)的精細化工，中國工程科學(xué)，2019，10：21-255 陳袆平，精細化學(xué)品的綠色化進展，海南大

20、學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2019，1：77-826 王大全，中國精細化工的發(fā)展和預(yù)測，化工進展，2019，5：455-4607 中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會，綠色高新精細化工技術(shù)，化學(xué)工業(yè)出版社，2019年，1-6 主要參考文獻本課程的主要內(nèi)容染料和顏料表面活性劑膠粘劑涂料農(nóng)藥水處理劑精細化工新材料、新技術(shù) 第二章 表面活性劑第一節(jié) 表面活性劑概述表面活性劑定義：表面活性劑是指在加入少量時就能顯著降低溶液表面張力并改變體系界面狀態(tài)的物質(zhì) 。表面活性劑達到一定濃度后可締合形成膠團，從而具有潤濕或抗粘、乳化或破乳、起泡或消泡以及增溶、分散、洗滌、防腐、抗靜電等一系列物理化學(xué)作用及相應(yīng)的實際應(yīng)用，成為一類靈活多樣

21、、用途廣泛的精細化工產(chǎn)品。(1) 結(jié)構(gòu)特征表面活性劑分子具有兩親結(jié)構(gòu)，親油部分一般由碳氫鏈（烴基），特別是由長鏈烴基所構(gòu)成，親水部分則由離子或非離子型的親水基所構(gòu)成，而且這兩部分分處兩端，形成不對稱結(jié)構(gòu)。（a） C12H25SO4-Na+ 兩親分子示意圖：(b) C12H25(OC2H4)4OH 表面活性劑的特征(2) 界面吸附表面活性劑溶解在溶液中，當(dāng)達到平衡時，表面活性劑溶質(zhì)在界面上的濃度大于在溶液整體中的濃度。 表面活性劑二元組分稀溶液的界面吸附可用吉布斯吸附式描述。吉布斯等溫吸附式可表達如下： 對于脂肪醇表面活性劑，n = 1 ; 對于1:1型離子型表面活性劑，n = 2 。 表面活性

22、劑的特征(3) 界面定向表面活性劑分子在界面上會定向排列成分子層。如圖所示：表面活性劑的界面定向 表面活性劑的特征(4) 生成膠束當(dāng)表面活性劑溶質(zhì)濃度達到一定時，它的分子會產(chǎn)生聚集而生成膠束，這種濃度的極限值稱為臨界膠束濃度(Critical Micelle Concentration, 簡稱CMC)。 表面活性劑的特征(1) 降低溶劑表面張力 表面張力是使液體表面盡量縮小的力，也即液體分子間的一種凝聚力。要使液相表面伸展，就必須抵抗這種使表面縮小的力。表面活性劑的主要作用表面張力液體的表面張力來源于物質(zhì)的分子或原子間的范德華力。表面張力是由于表面分子和液體內(nèi)部分子所處的環(huán)境不一樣形成的。(2

23、) 膠團化作用 表面活性劑在達到臨界膠束濃度(CMC)后，許多分子締合成膠團。在溶液中，膠團與分子或離子處于平衡狀態(tài)。右圖為球形膠束模型：其結(jié)構(gòu)包括有膠束中心核、平衡離子和周圍的水層。水溶液中的離子膠團有擴散雙電層，而非離子膠團不存在擴散雙電層。 球形膠束模型 表面活性劑的主要作用(3) 乳化作用在油水兩相體系中，加入表面活性劑在強烈攪拌下，油層被分散，表面活性劑的憎水端吸附到油珠的界面層，形成均勻的細液滴乳化液，這一過程稱為乳化。分為油/水乳化液和水/油乳化液兩種。 表面活性劑的主要作用(4) 起泡作用氣泡穩(wěn)定的原因：（1）降低表面張力；（2）泡膜有一定的強度和彈性；（3）要有適當(dāng)?shù)谋砻嬲?

24、度。 表面活性劑的主要作用(5) 增溶作用增溶與膠束有關(guān)，由于膠束的存在而使難溶物溶解度增加的現(xiàn)象統(tǒng)稱為增溶現(xiàn)象。 表面活性劑的主要作用(6) 潤濕作用固體表面與液體接觸時，原來的氣-固界面消失，形成新的液-固界面，這種現(xiàn)象稱為潤濕。表面活性劑促進潤濕，是基于：（1）降低了水的表面張力，使水珠迅速擴散達到完全潤濕；（2）界面定向作用。表面活性劑能提高水的潤濕和滲透能力，其大小常用接觸角來描述。在固、液、氣三相交界處，自固/液界面經(jīng)過液體內(nèi)部到氣/液界面的夾角叫做接觸角，以表示。 液滴潤濕示意圖表面活性劑的主要作用接觸角與固/氣、固/液、液/氣界面張力間的關(guān)系如右式，此方程稱為潤濕方程，又稱楊氏

25、方程。 式中，為接觸角，sg 為固/氣界面張力，sl 為固/液界面張力，gl 為氣/液界面張力。顯然，接觸角越小潤濕性能越好，習(xí)慣上將 = 90定為潤濕與否的標(biāo)準(zhǔn)： 90叫做不潤濕； 90則叫做潤濕； = 0則叫做鋪展。 表面活性劑的主要作用(7) 洗滌作用洗滌功能是表面活性劑的最主要功能。工業(yè)上生產(chǎn)的各種表面活性劑最大的消耗部門是家用洗衣粉、液狀洗滌劑和工業(yè)清洗劑。洗滌去污作用是由于表面活性劑降低了表面張力而產(chǎn)生的潤濕、滲透、乳化、增溶、分散等多種性能綜合的結(jié)果。被沾污物放入洗滌劑溶液中，先充分潤濕、滲透，使溶液進入油污內(nèi)部，污垢容易脫落，然后洗滌劑將脫落下來的油污乳化，分散于溶液中，經(jīng)清水

26、漂洗而除去。 表面活性劑的主要作用此外，有些表面活性劑還有抗靜電作用、柔軟平滑作用、殺菌作用等派生作用。 表面活性劑的主要作用表面活性劑的有關(guān)概念表面活性劑在分子結(jié)構(gòu)上的特點，是兼含有很強的親水性和疏水性（或稱憎水性、親油性）基團。 界面吸附臨界膠束濃度親水親油平衡值HLB臨界膠束濃度表面活性劑開始形成膠束的濃度為臨界膠束濃度，簡稱CMC。當(dāng)溶液濃度低于CMC時，由于表面活性劑分子的界面吸附和在界面上定向排列，溶液的表面張力隨濃度的增高而迅速降低，其使用性能亦相應(yīng)地提高。直至達到CMC時，表面活性劑已在溶液的界面上排列成單分子膜，此時表面張力降至最低點。此后活性物濃度的增高對于表面張力和使用性

27、能的影響不大。因此CMC是反映表面活性劑的一個重要指標(biāo)。 表面張力滲透力 CMC表面活性劑濃度去污力起泡力溶液性質(zhì)表面活性劑濃度與溶液性質(zhì)的關(guān)系親水親油平衡值HLB 表面活性劑的應(yīng)用性能取決于分子中親水和親油兩部分的組成和結(jié)構(gòu)，這兩部分的親水和親油能力的不同，就使它的應(yīng)用范圍和應(yīng)用性能有差別。表面活性劑分子中親水基的強度與親油基的強度之比值，就稱為親水親油平衡值，簡稱HLB值。 表面活性劑的分類和應(yīng)用性能 一、表面活性劑的分類通常按離子類型分類在水中能電離而生成離子的叫離子表面活性劑；不能電離的叫非離子表面活性劑；在離子表面活性劑中，親水基團帶有負電荷的叫陰離子表面活性劑；親水基團帶有正電荷的

28、叫陽離子表面活性劑。視溶液酸堿度不同而離解成陰離子或陽離子的則稱為兩性表面活性劑。二、表面活性劑的應(yīng)用性能表面活性劑因能對兩相界面性質(zhì)產(chǎn)生影響，在實際應(yīng)用中能顯示出各種優(yōu)異的性能，如乳化、洗滌、分散、濕潤、滲透、起泡、消泡、增溶、去污、柔軟、抗靜電等。 第二節(jié) 陰離子表面活性劑 一、烷基苯磺酸鹽（LAS）烷基苯磺酸鈉到目前為止仍然是產(chǎn)量最大的陰離子表面活性劑，在合成洗滌劑中占第一位，在家用洗衣粉中占主導(dǎo)地位，分子式為：CnH2n+1C6H4SO3Na。由于工藝原料不同，烷基苯的鏈長及支鏈情況不同；苯環(huán)和烷基鏈連接的位置不同；磺酸基進入苯環(huán)的多少和位置也不同，因此它是一個組成和結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的混合

29、物，產(chǎn)品的性能也會受組成和結(jié)構(gòu)的影響。苯環(huán)上碳鏈的長短對溶解性、潤濕性、起泡性、洗滌性有很大影響。烷基為C12C14時洗滌性能最好，其中以C12烷基的成品去污力最強。苯環(huán)上磺化反應(yīng)產(chǎn)物是鄰、對位的混合物，而又以對位產(chǎn)物居多，且對位產(chǎn)物的洗滌性能優(yōu)于鄰位產(chǎn)物。早期生產(chǎn)烷基苯磺酸鈉用的烷烴，采用石油化工提供的原料丙烯進行齊聚生成的四聚丙烯，它是一種雙鍵位置任意分布的高度支鏈化的十二烯混合物。這種烷基苯磺酸鈉的結(jié)構(gòu)如圖，簡稱TPS： 支鏈結(jié)構(gòu)的TPS生化降解性很差，出現(xiàn)環(huán)境污染問題，因此在1964年被直鏈?zhǔn)榛交撬徕c（LAS）所取代。LAS的結(jié)構(gòu)如下： LAS的主要性能如下： （1）主要優(yōu)點在于

30、烷基中沒有支鏈，有良好的生化降解性。（2）能溶于水，對水硬度不敏感，對酸堿水解的穩(wěn)定性好。（3）對氧化劑十分穩(wěn)定，可適用于目前流行的加氧化漂白劑的洗衣粉配方。（4）發(fā)泡能力強，可與助洗劑進行復(fù)配，兼容性好。（5）成本低，質(zhì)量穩(wěn)定。LAS的合成方法： 起始原料采用直鏈氯代烷或直鏈烯烴。如以正十二烯作原料為例，反應(yīng)式 ：反應(yīng)的第一步是付-克反應(yīng)，采用HF酸或無水AlCl3作催化劑。第二步磺化反應(yīng)時以前多采用發(fā)煙硫酸，其缺點是反應(yīng)結(jié)束后總有部分廢酸存在于磺化料中，中和后生成的硫酸鈉帶入產(chǎn)品中，影響產(chǎn)品純度。近年來，國內(nèi)外均采用氣體SO3磺化的先進工藝，氣體SO3用空氣稀釋到含量約為3%5%。然后用N

31、aOH水溶液中和磺化物料，最后進入噴霧干燥系統(tǒng)干燥。得到的產(chǎn)品為流動性很好的粉末。 二、 烷基磺酸鈉（SAS） 烷基磺酸鈉（SAS）是較新的商品表面活性劑。其分子通式為： 烷烴一般為碳原子數(shù)1418的正烷烴。SAS有與LAS類似的發(fā)泡性能和洗滌效能，水溶性好，有很好的生物降解性。SAS的缺點是，用它作為主要組分的洗衣粉發(fā)粘，不松散。因此，其主要用途是復(fù)配成液體洗滌劑，如家用餐具洗滌劑。 烷基磺酸鈉的生產(chǎn)方法主要生產(chǎn)方法為磺氧化法和磺氯化法?；茄趸に嚠a(chǎn)物中以仲烷基磺酸為主，伯烷基磺酸僅占2%，在反應(yīng)過程中，磺酸基可能會出現(xiàn)在直鏈烷烴基上任何一個位置，其反應(yīng)式為： 磺氯化法則伯烷基磺酸鹽和二磺酸

32、鹽含量都較高，直鏈烷烴的磺氯化反應(yīng)如下： 三、 -烯烴磺酸鈉（AOS） -烯烴磺酸鈉（AOS）是表面活性劑的主要品種之一。其主要由烯基磺酸鹽（約55%）、羥基磺酸鹽（約37%）和二磺酸鹽（約8%）所組成。AOS中的烯基磺酸鹽和羥基磺酸鹽在性能上有互補性，兩種成分復(fù)合時的性能優(yōu)于單一組分，使AOS在很多應(yīng)用中無需添加其他陰離子表面活性劑進行復(fù)配。AOS具有良好的生物降解性，對硬水不敏感，對人體皮膚刺激性小。廣泛應(yīng)用于復(fù)配家用洗滌劑、餐具洗滌劑、洗發(fā)香波、液體肥皂等領(lǐng)域。 AOS所用原料 -烯烴可由乙烯聚合及蠟裂解法制備。AOS工業(yè)生產(chǎn)條件及工藝流程如下： 磺化產(chǎn)物中含有各種磺酸異構(gòu)體及磺酸內(nèi)酯的

33、混合物，約42%的烯基磺酸，50%的1,3-t和1,4-磺酸內(nèi)酯，另有8%的烯基二磺酸。 -烯烴和SO3的反應(yīng)速度約為烷基苯磺化的100倍，并放出大量的熱，因此磺化設(shè)備要有良好的傳熱性能。工業(yè)上選用空氣稀釋的SO3（3%5%），SO3與 -烯烴的摩爾比為1:1.01.2，磺化溫度2530?；撬醿?nèi)酯進一步被氫氧化鈉溶液水解并中和，工業(yè)上操作溫度為140180，時間10min30min，得到的水解產(chǎn)物羥基烷烴磺酸鹽和烯烴磺酸鹽的比例約為2:1。這樣最終產(chǎn)品中約含55%烯基磺酸鈉、37%羥基磺酸鈉和8%二磺酸鈉。 四、 脂肪醇硫酸鹽（FAS） 脂肪醇硫酸鹽（FAS）的分子式為ROSO3Na，現(xiàn)在已成

34、為一類重要的表面活性劑。FAS比LAS有更好的生物降解性，有更強的洗滌、發(fā)泡和乳化性能。缺點是對硬水較敏感，在強酸和強堿條件下易水解。FAS 的應(yīng)用性能主要由脂肪醇中碳鏈的長度以及陽離子的性質(zhì)來決定。在各種不同F(xiàn)AS中，碳鏈為C12C14的發(fā)泡能力最強，其低溫洗滌性能也最佳。直鏈醇的硫酸鹽比仲醇或支鏈醇的硫酸鹽的潤濕性能低。FAS主要以椰油醇（C12C18的直鏈脂肪醇）為原料，屬綠色表面活性劑。 FAS主要用于配制液狀洗滌劑，餐具洗滌劑，牙膏、香波和化妝品，紡織用潤濕和洗凈劑，化工中乳化聚合的添加劑。 工業(yè)上，F(xiàn)AS通常用三氧化硫或氯磺酸將脂肪醇進行酯化，得到的脂肪醇硫酸單酯再用氫氧化鈉、氨或

35、醇胺（常用乙醇胺或三乙醇胺）中和即得產(chǎn)品。主要的反應(yīng)式如下： 五、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鹽（AES） 脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鹽（AES）的分子式為RO（CH2CH2O）nSO3Na (n=26)。AES目前是僅次于LAS的第二大類表面活性劑，從上世紀(jì)70年代起，AES以驚人的速度迅速擴大生產(chǎn)量。AES的突出優(yōu)點是：生物降解性能優(yōu)異，對水硬度不敏感，產(chǎn)生泡沫大，不刺激皮膚，由于在脂肪醇分子中引入了環(huán)氧乙烷分子使成本有所降低。AES是一類高性能的表面活性劑，與LAS復(fù)配用于香波和輕垢洗滌劑如餐具洗滌劑，現(xiàn)在也在逐步進入重垢洗滌劑領(lǐng)域。AES可認為是家用洗滌劑配方中最重要的表面活性劑之一，它可能會大量與

36、非離子表面活性劑復(fù)配后使用。在可預(yù)見的未來一段時間內(nèi)，AES將是市場需求增長得最快的一種陰離子表面活性劑。 工業(yè)上采用C12C14的椰油醇與24 mol的環(huán)氧乙烷縮合，再進行硫酸化及中和，與FAS的制法相似。其中，用氨基磺酸可以一步制得相應(yīng)的硫酸銨鹽，而不需要進行中和操作，適用于小批量生產(chǎn)。它特別適合烷基酚聚氧乙烯醚硫酸鹽的合成，因為其他比較強的硫酸化劑可能導(dǎo)致苯環(huán)的磺化。 六、 酯、酰胺的磺酸鹽 高級脂肪酸酯-磺酸鈉由天然油脂制得，具有良好的洗滌能力和鈣皂分散力，生物降解度高，毒性低。其中較重要的品種有丁二酸雙酯磺酸鹽和N-油酰-N-甲基?；撬猁}。兩者均是較重要的紡織印染助劑。丁二酸雙酯磺酸

37、鹽隨著酯基上烷基結(jié)構(gòu)不同性能也有差異。最常見的滲透劑T，由馬來酯酐和仲辛醇合成酯，然后和亞硫酸氫鈉加成而進行磺化。反應(yīng)式如下： 滲透劑T為淡黃色至棕黃色粘稠液體?？扇苡谒?，滲透性快速均勻，潤濕性、起泡性、乳化性均良好。由于分子內(nèi)含有酯鍵，故不耐強酸、強堿。滲透劑T主要用作紡織印染助劑，另外也用作農(nóng)藥乳化劑。N-油酰-N-甲基?；撬徕c的商品名為胰加漂T。它的合成工藝分為如下三步進行： 胰加漂T為淡黃色膠狀液體，成分活性18%。有優(yōu)良的凈洗、勻染、滲透和乳化效能。廣泛應(yīng)用于印染工業(yè)中，作除垢劑和潤濕劑，特別適用于羊毛的染色和清洗，并能改善織物的手感和光澤。 七、磷酸酯陰離子表面活性劑 具有代表性的

38、磷酸酯陰離子表面活性劑為烷基聚氧乙烯醚磷酸酯鹽，它的分子通式如下： 式中：R為C8C18烷基；M為Na、K、二乙醇胺、三乙醇胺；n一般35。 磷酸酯陰離子表面活性具有優(yōu)良的抗靜電性、乳化性、潤滑、洗凈和耐酸堿等特性，生物降解性也較好。主要用作工業(yè)清洗劑，織物抗靜電劑，液體洗滌劑和干洗劑，復(fù)配香波、護膚膏、護膚液等化妝品，農(nóng)藥乳化劑，廢紙脫墨劑等。 磷酸酯的合成可采用五氧化二磷、三氯氧磷、三氯化磷等與醇或醇醚反應(yīng)制得。其中五氧化二磷由于條件溫和，工藝簡便，收率較高，在工業(yè)上最為常用。如五氧化二磷與烷基聚氧乙烯醚（摩爾比為1: 24.5）在3050下反應(yīng)，先生成單酯，繼續(xù)反應(yīng)生成雙酯，因此在產(chǎn)品中

39、是單酯和雙酯鹽的混合物。反應(yīng)式如下： 三氯化磷與醇反應(yīng)制取磷酸雙酯的反應(yīng)過程如下： 八、羧酸鹽陰離子表面活性劑 羧酸鹽陰離子表面活性劑的主要品種有聚醚羧酸鹽（AEC）和N-?；被猁}。聚醚羧酸鹽（AEC）的分子通式為：R(OCH2CH2)nOCH2COONa。由于聚氧乙烯鏈具有非離子表面活性劑的特性，使聚醚羧酸鹽具有好的水溶性和耐硬水性。它兼具非離子表面活性劑和陰離子表面活性劑的性能，是一種多功能表面活性劑品種。主要用于化妝品、洗滌劑、紡織印染助劑、塑料工業(yè)、造紙工業(yè)等方面。 聚醚羧酸鹽較簡單的制備方法是通過醇醚與丙烯酯甲酯或丙烯腈加成后再水解中和，反應(yīng)式如下：N-?；被猁}的分子通式：

40、R為高碳烷基，R及R為蛋白質(zhì)分解產(chǎn)物中的低碳烷基。 目前最具實際生產(chǎn)價值的合成方法是脂肪酰氯與氨基酸的反應(yīng)。 N-油酰基多縮氨基酸鈉（C17H33CONR(CONHR)nCOONa）是重要的品種之一，商品名為雷米邦A(yù)，有很好的鈣分散力、去污力和乳化能力，大都用作紡織印染工業(yè)的凈洗劑和乳化劑。 九、 木質(zhì)素磺酸鹽 木質(zhì)素是一種廣泛存在于植物體中的無定形的、分子結(jié)構(gòu)中含有氧代苯丙醇或其衍生物結(jié)構(gòu)單元的芳香性高聚物。木質(zhì)素磺酸鹽是從造紙工業(yè)廢液中提取的一類低表面活性的表面活性劑，但由于是造紙工業(yè)的副產(chǎn)品，價格低廉，目前已大量用作染料、水泥的分散劑，石油鉆井泥漿的添加劑。木質(zhì)素磺酸鹽的提取過程為：先在

41、亞硫酸紙漿廢液中加石灰乳沉淀出亞硫酸鈣，再調(diào)整pH值使堿式木質(zhì)素磺酸鈣沉淀，過濾后用硫酸除鈣，最后用碳酸鈉作用使其轉(zhuǎn)化為鈉鹽溶液。第三節(jié) 非離子表面活性劑 一、 非離子表面活性劑的性質(zhì) 在非離子表面活性劑中，分子的親水基團不是離子，而是聚氧乙烯醚鏈（即），鏈中的氧原子和羥基都有與水分子形成氫鍵的能力，使其具有水溶性。水溶性與聚氧乙烯醚基的數(shù)目有很大關(guān)系，一般來說，使其有良好水溶性的n值約為510。 （1）HLB（hydrophile-lipophile balance） 即親水-親油平衡值 非離子表面活性劑常用HLB作為特性指標(biāo)，親水性表面活性劑有較高的HLB值，親油性表面活性劑有較低的HLB

42、值。對于簡單醇的聚氧乙烯醚，其HLB值可按下式計算： 式中E為分子中含有的聚氧乙烯醚（亦即環(huán)氧乙烷）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，即：E =（W親水基團/ W總）100。 下列數(shù)據(jù)說明非離子表面活性劑的應(yīng)用性能與HLB間的關(guān)系： HLB范圍367981513151518用 途水-油乳化劑潤濕劑油-水乳化劑洗滌劑增溶劑（2）濁點（cloud point） 非離子表面活性劑的又一個重要特征。 定義：將一定濃度（0.55%，通常為1%溶液）的非離子表面活性劑加熱到某一溫度時，溶液產(chǎn)生渾濁現(xiàn)象，冷卻后又呈透明，將這一開始變渾濁的溫度稱為濁點。濁點產(chǎn)生的機理有多種解釋，一般認為是由于加熱使氫鍵破壞，水分子脫除，非離子表面

43、活性劑的溶解度下降。但無法解釋濁點隨碳鏈增長而減小的規(guī)律。Lange認為隨溫度升高，溶液中膠束重量增加，當(dāng)溫度升高到濁點后，發(fā)生了相分離，從而導(dǎo)致濁點的出現(xiàn)。 濁點與非離子表面活性劑的結(jié)構(gòu)有一定關(guān)系，通常聚氧乙烯醚鏈愈長，濁點也愈高；憎水基中碳原子數(shù)愈多，則濁點愈低。濁點還受其他因素影響。加入鹽、堿、芳香族和極性脂肪族物質(zhì)可使?jié)狳c下降，加入非極性液體和陰離子表面活性劑可使?jié)狳c顯著提高。非離子表面活性劑有優(yōu)異的潤濕和洗滌功能，同時與陰離子、陽離子表面活性劑兼容，又對硬水不敏感，是一類性能優(yōu)良的表面活性劑。 二、脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO） 脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO）是近代非離子表面活性劑中最重要的

44、一類產(chǎn)品，產(chǎn)量增長很快。AEO的生化降解性優(yōu)良，價格低廉，幾乎是所有表面活性劑中價格最低者，去垢能力強。AEO主要用作合成液體洗滌劑。國內(nèi)商品牌號平平加系列產(chǎn)品，主要在印染中作勻染劑、剝色劑，在毛紡業(yè)中作原毛洗凈劑。AEO也大量用于生產(chǎn)AES。當(dāng)AEO分子中環(huán)氧乙烷含量約為65%70%時，產(chǎn)品在室溫下完全溶于水。 生產(chǎn)AEO的起始原料醇可用C10C18的伯醇或仲醇。在進行脂肪醇氧乙基化反應(yīng)時，溫度通常為130180，壓力為0.20.5 MPa，工業(yè)生產(chǎn)上采用氫氧化鈉、氫氧化鉀或甲醇鈉作催化劑。當(dāng)用上述強堿作催化劑時，會導(dǎo)致產(chǎn)品中聚合度的寬分布。如果用堿土金屬的堿性鹽如醋酸鈣、醋酸鎂、氫氧化鋇等

45、作催化劑，得到的分布較窄。當(dāng)用酸性催化劑質(zhì)子酸（如HF、H2SO4）或路易斯酸（如BF3）時，可得到窄分布產(chǎn)物，但缺點是副產(chǎn)物較多而且有腐蝕設(shè)備的問題，故在工業(yè)上較少采用。 堿催化的作用是首先堿與脂肪醇反應(yīng)離解出醇負離子，它再與環(huán)氧乙烷發(fā)生開環(huán)加成生成醚，然后發(fā)生鏈增長。由于伯醇與環(huán)氧乙烷的加成反應(yīng)速度與鏈增長的速度接近，結(jié)果在最終產(chǎn)品中是包括有未乙氧基化的醇在內(nèi)的，不同聚氧乙烯醚聚合度的混合物。 三、 烷基酚聚氧乙烯醚 烷基酚聚氧乙烯醚在非離子表面活性劑中僅次于AEO，占第二位。其中最重要的是壬基酚聚氧乙烯醚，商品牌號為乳化劑OP系列產(chǎn)品。烷基酚的結(jié)構(gòu)是酚羥基的對位有一個碳原子數(shù)89的支鏈，

46、所以與AEO相比，生化降解性差，但另一方面，低碳支鏈卻能提高水溶性和洗滌效能。乳化劑OP的化學(xué)穩(wěn)定性好，表面活性強。它常用于復(fù)配成含酸或堿的金屬表面清洗劑、農(nóng)藥用乳化劑、鉆井泥漿中的乳化劑、水性漆等。在紡織印染工業(yè)中主要用作油-水相乳化劑、清洗劑、潤濕劑等。 分兩步合成：首先在三氟化硼等催化劑催化下，壬烯與苯酚發(fā)生付-克反應(yīng)生成壬基酚；然后再與環(huán)氧乙烷發(fā)生乙氧基化反應(yīng)。反應(yīng)式如下： 四、脂肪酸酯類非離子表面活性劑 脂肪酸來源廣泛而豐富，成本較低，脂肪酸酯有良好的生物降解性，脂肪酸酯類非離子表面活性劑屬綠色表面活性劑。 1、脂肪酸甘油酯 脂肪酸甘油酯是脂肪酸多元醇的典型品種，由甘油和脂肪酸直接酯

47、化而得到單酯、雙酯和三酯的混合物。硬脂酸甘油酯具有良好的乳化、分散、增溶和潤濕性能，主要用于制備各種冷飲制品的乳化劑，在化妝品方面用作乳膏的基質(zhì)，在金屬加工中可作潤滑和緩蝕劑。一般都采用脂肪酸與甘油在堿催化劑作用下加熱到180250反應(yīng)制得。為了獲得單酯含量高的產(chǎn)品，可采用分子蒸餾，單酯含量可達到90%以上。為制得高收率的單酯，也有用縮水甘油與脂肪酸反應(yīng)。 2、脂肪酸聚乙二醇酯 與脂肪酸甘油酯相似，脂肪酸聚乙二醇酯也是多組分的混合物，并含有未酯化的聚乙二醇。脂肪酸聚乙二醇酯的性能與脂肪酸的碳鏈有關(guān)，但更重要的是聚乙二醇的相對分子質(zhì)量。脂肪酸聚乙二醇酯具有低泡和生物降解性好的特點，廣泛應(yīng)用于紡織

48、工業(yè)油劑、抗靜電劑、柔軟劑等以及乳化劑。但由于在分子結(jié)構(gòu)中存在酯鍵，對強酸、強堿不夠穩(wěn)定，溶解度也不如醚類，其表面活性及去污力也不如醇醚和酚醚。 合成脂肪酸聚乙二醇酯的方法：（1）脂肪酸與環(huán)氧乙烷加成法： 副反應(yīng)為： 因此，獲得的產(chǎn)物是單酯、雙酯和聚乙二醇的混合物。 （2）脂肪酸與聚乙二醇直接酯化： 反應(yīng)為可逆反應(yīng)。反應(yīng)常采用酸性催化劑如硫酸、苯磺酸等。為了提高轉(zhuǎn)化率，必須及時排除反應(yīng)生成的水。其他方法還有脂肪酸酐、脂肪酰氯與聚乙二醇反應(yīng)。 3、脂肪酸失水山梨醇酯 脂肪酸失水山梨醇酯是羧酸酯表面活性劑中的的重要類別。山梨醇可由葡萄糖加氫而得，是含有六個羥基的多元醇，有較好的對熱和氧的穩(wěn)定性。失

49、水山梨醇由梨醇分子內(nèi)脫水而成，它是1,4-失水山梨醇和異山梨醇兩種化合物的混合物。脂肪酸失水山梨醇酯是單酯、雙酯和三酯的混合物。失水山梨醇的油酸酯和單月桂酸酯為淺黃色液體，棕櫚酸酯和硬脂酸酯為淺棕色固體。商品牌號為乳化劑-S系列。它們一般不溶于水，但溶于礦物油和植物油中，是水/油型乳化劑。失水山梨醇酯毒性低、無刺激，有利于人們的消化，因而廣泛用于合成纖維生產(chǎn)中的柔軟劑和潤滑劑，作醫(yī)藥、食品、化妝品的乳化劑。在工業(yè)生產(chǎn)中，脂肪酸失水山梨醇酯是用山梨醇直接在225250下酸催化，使脂肪酸與反應(yīng)中生成的失水山梨醇酯化而成。 4、多元醇酯聚氧乙烯醚 該類產(chǎn)品是在前述多元醇酯的基礎(chǔ)上，引入聚氧乙烯鏈。由

50、于分子中存在聚氧乙烯鏈，增加了水溶性。按多元醇不同，酯化度不同，脂肪酸不同和引入聚氧乙烯鏈的差異，可得到覆蓋整個HLB值的產(chǎn)品。在乳化劑-S中引入聚氧乙烯鏈就得到乳化劑-T。失水山梨醇酯聚氧乙烯鏈（Tween）系列的HLB范圍在916，和其母體失水山梨醇酯（Span）類HLB值在18相接，覆蓋整個HLB值。 Tween結(jié)構(gòu)為： 式中w+ x+y+z為加環(huán)氧乙烷的總摩爾數(shù)。 Tween可以由失水山梨醇酯在堿催化劑存在下，于130170下和環(huán)氧乙烷直接合成。也可由多元醇先和環(huán)氧乙烷反應(yīng)，然后再與脂肪酸反應(yīng)來制備。 5、天然油脂聚氧乙烯醚 在這類產(chǎn)品中占主導(dǎo)地位的是蓖麻油聚氧乙烯醚，商品牌號為乳化劑

51、EL，主要用途是配制紡絲用油劑及油脂的乳化劑。蓖麻油是主鏈上帶有羥基的不飽和羧酸，先與甘油酯化，然后主鏈上羥基與環(huán)氧乙烷發(fā)生氧乙基化反應(yīng)，得到產(chǎn)品。 五、烷基醇酰胺及聚氧乙烯脂肪酰胺 在烷基醇酰胺這類產(chǎn)品中，二乙醇酰胺是最重要的品種。將脂肪酸與二乙醇胺（DEA）共熱到180，就發(fā)生酰胺化反應(yīng)。脂肪酸與二乙醇胺的反應(yīng)比較復(fù)雜，除酰胺化反應(yīng)外，也會發(fā)生酯化反應(yīng)，而酯再與過量的二乙醇胺經(jīng)過一些中間產(chǎn)物或直接轉(zhuǎn)化為酰胺，因此產(chǎn)物是多組分的混合物。并且隨脂肪酸與二乙醇胺的摩爾比和反應(yīng)條件不同而改變。工業(yè)上二乙醇酰胺有兩種類型，即2:1醇酰胺和1:1醇酰胺。2:1醇酰胺是采用2mol二乙醇胺與1mol脂肪

52、酸在160180加熱24h；1:1醇酰胺則是用等摩爾比的脂肪酸甲酯與二乙醇胺在100110加熱24h，同時蒸出甲醇得到產(chǎn)品。其組成有很大差異，見表： 組分/ %2:1醇酰胺1:1醇酰胺組分/ %2:1醇酰胺1:1醇酰胺二乙醇酰胺游離DEA單、雙酯胺酰胺酯6522101905微量4甲醇甲酯水-20.20.8微量由表中數(shù)據(jù)可見，1:1醇酰胺的純度很高，故又稱超醇酰胺。 烷基醇酰胺有良好的泡沫穩(wěn)定作用和洗滌效能。常用于配制液狀洗滌劑、各種類型香波、干洗劑以及紡織、皮革工業(yè)中的洗凈劑等，還用作復(fù)配金屬清洗劑。將二乙醇酰胺與環(huán)氧乙烷反應(yīng)，就得到聚氧乙烯脂肪酰胺。 由于在分子中引入了聚氧乙烯，因此它比烷基

53、醇酰胺有更高的水溶解度，性能也更好一些。主要用來配制日用化工品，如洗滌香波。 六、烷基葡萄糖苷（APG） 烷基葡萄糖苷（APG）是以葡萄糖和高碳脂肪醇縮合而成的。APG不僅表面活性高、泡沫多且穩(wěn)定，去污和配伍性也很好，而且無毒、無刺激，生物降解快，原料為天然可再生資源，是重要的綠色表面活性劑，到20世紀(jì)90年代實現(xiàn)了大規(guī)模生產(chǎn)，是非常有發(fā)展前途的新一代表面活性劑。目前主要用于復(fù)配香波、化妝品、洗滌劑。 烷基葡萄糖苷是葡萄糖半縮醛的羥基與脂肪醇反應(yīng)生成具有縮醛結(jié)構(gòu)的衍生物。它有-和-兩種異構(gòu)體。 式中n 表示葡萄糖單元個數(shù)，n=1為單糖苷，n2為多糖苷，通常n為13；R為C4C16的烷烴。 AP

54、G有多種合成方法，以直接法為例，可采用葡萄糖與高碳脂肪醇一步直接反應(yīng)合成。 七、嵌段聚醚型非離子表面活性劑 以一元脂肪醇或多元醇為引發(fā)劑，加聚環(huán)氧丙烷、環(huán)氧乙烷等可得到具有表面活性的嵌段共聚物，這是一類高分子聚醚型非離子表面活性劑。引發(fā)劑種類、環(huán)氧化物加聚次序和加聚物分子量等不同，產(chǎn)品性質(zhì)就不一樣，因而這類產(chǎn)品品種眾多。用環(huán)氧丙烷部分地代替環(huán)氧乙烷，一方面是可更好地利用石油化工中丙烯原料，另一方面環(huán)氧丙烷的甲基賦予聚醚產(chǎn)物有一定的憎水性，溶解度下降，這樣就可以進一步調(diào)節(jié)產(chǎn)品的性能。這類表面活性劑的表面活性并不高，但具有一般表面活性劑的功能，主要用作潤濕劑、洗滌劑、乳化劑、破乳劑、分散劑等。 第

55、四節(jié) 陽離子表面活性劑 工業(yè)上使用的陽離子表面活性劑主要分兩類:一類是脂肪胺本身,由于在使用過程中能吸收氫質(zhì)子而生成銨鹽；另一類則是季銨鹽，為強堿性化合物，溶解于溶液中能解離為帶正電荷的脂肪鏈陽離子，是陽離子表面活性劑的最主要品種。 陽離子表面活性劑帶有正電荷，通常很多基質(zhì)如紡織品、金屬、塑料、礦物質(zhì)、人體皮膚等表面帶有負電荷，這樣它在這些基質(zhì)上的吸附能力比陰離子和非離子表面活性劑強，所以它不適用于洗滌。然而這種特性決定了它的一系列特殊用途。首先是抗靜電性，這種特性在于電性的中和作用。其次是它在織物的表面吸附形成一層親油性膜，依靠這種作用產(chǎn)生的特殊用途之一就是織物的柔軟劑。另外，用芐基季銨化的

56、陽離子表面活性劑具有殺菌、防霉和消毒作用，廣泛用作醫(yī)藥消毒劑。 一、 脂肪胺 包括脂肪伯胺、仲胺、叔胺。 脂肪伯胺是常用的金屬管道緩蝕劑、礦物浮選工藝中的捕集劑。 除脂肪伯胺外，N-烷基丙二胺，還有類似的烷基醚胺，廣泛應(yīng)用于建筑工業(yè)中的表面活性劑，如瀝青乳化劑、防水處理劑等。它們可由脂肪胺或醇與丙烯腈加成后再加氫還原而制備。 二、 季銨鹽 季銨鹽由脂肪叔胺進一步烷基化而成。常用的烷基化試劑是氯甲烷或硫酸甲酯。在工業(yè)上有實用價值的季銨鹽有下列三種：長碳鏈季銨鹽，咪唑啉季銨鹽和吡啶季銨鹽。 季銨鹽陽離子的親水性要比脂肪胺大得多，它足以使表面活性作用所需的疏水端溶入水中。目前主要用作紡織柔軟劑、抗靜

57、電劑、消毒殺菌劑、殺藻劑，制備有機膨潤土，在化學(xué)反應(yīng)中作相轉(zhuǎn)移催化劑。 （1）長碳鏈季銨鹽在長碳鏈季銨鹽中含至少一個長碳鏈烷基。按含長碳鏈烷基的個數(shù)可分為單、雙、三長碳鏈烷基季銨鹽，它們均可由相應(yīng)的叔胺通過季銨化制得。在三種長碳鏈季銨鹽中，前兩種較為常用。例如： 作為中間體的大多數(shù)長碳鏈烷基叔胺由天然油脂制得。以天然油脂為原料制備脂肪胺可分別直接用油脂，或采用由天然油脂加工而成的脂肪酸或脂肪醇來進行合成。下圖是一些合成路線。 （2）咪唑啉季銨鹽 咪唑啉季銨鹽在陽離子表面活性劑中僅次于長碳鏈季銨鹽占第二位，主要用途與長碳鏈季銨鹽相似，用于纖維柔軟劑、抗靜電劑、防銹劑等。它的合成工藝比較簡單。高碳

58、烷基咪唑啉季銨鹽主要由脂肪酸及其酯和多元胺經(jīng)脫水縮合、閉環(huán)、甲基化三步合成。例如： 其他雜環(huán)類陽離子表面活性劑尚有嗎啉類化合物，如N-烷基嗎啉，由長碳鏈伯胺與,-二氯乙醚反應(yīng)，然后再甲基化。 第五節(jié) 兩性表面活性劑 兩性表面活性劑的特點在于分子內(nèi)同時含有酸式和堿式親水性基團。它在酸性溶液中呈陽離子性，在堿性溶液中呈陰離子性，而在中性溶液中有類似非離子表面活性劑的性質(zhì)。兩性表面活性劑是一類具有特殊用途的表面活性劑。根據(jù)陽離子活性基團的不同，大致可歸納為： 甜菜堿型 咪唑啉型 氨基酸型 其中最主要的是咪唑啉系兩性表面活性劑，約占整個兩性表面活性劑產(chǎn)量的一半以上。在兩性表面活性劑中，一定含有以氮原子

59、形成的陽離子（也包括游離氨基）。陰離子多數(shù)是羧基，有時也有用磺酸基或硫酸基。 一、 烷基甜菜堿型兩性表面活性劑烷基甜菜堿可由烷基二甲基胺與氯乙酸反應(yīng)合成。常用十二碳烷基。先用氫氧化鈉將氯乙酸中和成鈉鹽，再加入等摩爾量的二甲基十二烷胺反應(yīng)，即可制得30%左右的十二烷基二甲基甜菜堿溶液。 如果用羥乙基來代替甲基，則制得十二烷基二羥乙基甜菜堿。 也可用氨基酸來制含酰氨基甜菜堿。 二、咪唑啉型兩性表面活性劑 咪唑啉型兩性表面活性劑品種繁多。其中最常用的是在咪唑啉環(huán)上帶有-羥乙基的品種。合成的反應(yīng)式基本上與合成咪唑啉季銨鹽的反應(yīng)類似，不同點在于最后用氯乙酸或丙烯酸季銨化。 當(dāng)用氯乙酸作用時也有部分下列開

60、環(huán)產(chǎn)物生成： 因此，商品咪唑啉表面活性劑實際上是一種混合物。 三、氨基酸型兩性表面活性劑 其最簡單的品種為烷基甘氨酸，由脂肪胺和氯乙酸直接合成。 也可用脂肪胺與丙烯酸甲酯反應(yīng)來引入羧基。 兩性表面活性劑不刺激皮膚和眼睛，水溶性好，與其他類型表面活性劑兼容性好，洗滌力強，有殺菌作用，故用作洗滌劑、乳化劑、潤濕劑、發(fā)型劑、發(fā)泡劑、柔軟劑和抗靜電劑，也大量用于化妝品的配制中。 第六節(jié) 新型特種表面活性劑 一、 雙聯(lián)型表面活性劑 雙聯(lián)型表面活性劑是用連接基將兩個表面活性劑分子聯(lián)在一起，從而使表面活性劑分子中帶有兩個親油基及親水基，成為雙親油基-雙親水基表面活性劑（Gemini Surfactants）