表面活性劑應用導論-第4章陰離子表面活性劑

2023/2/1表面活性劑應用導論—第四章陰離子表面活性劑輕化工程專業(yè)第4章陰離子表面活性劑4.1陰離子表面活性劑概述4.2烷基苯磺酸鹽4.3α-烯烴磺酸鹽4.4烷基磺酸鹽4.5琥珀酸酯磺酸鹽4.6高級脂肪酰胺磺酸鹽4.7其他類型陰離子表面活性劑4.1陰離子表面活性劑概述陰離子表面活性劑是具有陰離子親水基團的表面活性劑。依據(jù)親水基結(jié)構(gòu)分類：(1)羧酸鹽型(2)磺酸鹽型(3)硫酸酯鹽型(4)磷酸酯鹽型(1)羧酸鹽型(—COOM)以羧酸鈉鹽為主，在水中能夠電離出羧酸負離子，代表品種：4.1.1陰離子表面活性劑的分類(1)羧酸鹽型(—COOM)雷米邦A4.1.1陰離子表面活性劑的分類4.1.1陰離子表面活性劑的分類(2)磺酸鹽型(—SO3Na)為重要的陰離子表面活性劑，主要包括：4.1.1陰離子表面活性劑的分類(3)硫酸酯鹽型(—OSO3Na)最常用的兩類如下：4.1.1陰離子表面活性劑的分類(4)磷酸酯鹽型(—OPO3Na)

4.1.2磺酸基的引入方法引入磺酸基的兩種方法--直接引入、間接引入。直接引入法—

是指通過磺化反應直接引入磺酸基的方法。4.1.2磺酸基的引入方法烷烴常用的磺化工藝有四種：氧磺化法、氯磺化法、

置換磺化法、加成磺化法。芳烴的磺化法主要有：過量硫酸磺化法、共沸去水磺化法、三氧化硫磺化法、氯磺酸磺化法、芳伯胺的烘焙磺化法，等。4.1.2磺酸基的引入方法磺酸基的間接引入法—是由于使用帶有磺酸基的原料，通過磺化反應以外的其他反應引入磺酸基的方法。如，N-甲基油酰胺?；撬猁}的磺酸基是通過油酰氯和N-甲基牛磺酸縮合而引入的：

第4章陰離子表面活性劑4.1陰離子表面活性劑概述4.2烷基苯磺酸鹽4.3α-烯烴磺酸鹽4.4烷基磺酸鹽4.5琥珀酸酯磺酸鹽4.6高級脂肪酰胺磺酸鹽4.7其他類型陰離子表面活性劑4.2烷基苯磺酸鹽烷基苯磺酸鈉是目前生產(chǎn)和銷售最大的陰離子表面活性劑之一，其結(jié)構(gòu)通式為：n為12～18，分子鏈細而長，鏈長為(1.3～2)×10-9m,直徑<4.0×10-10m烷基苯磺酸鹽類表面活性劑在主要有兩種產(chǎn)品:烷基上帶有支鏈，用ABS表示，分支ABS、硬ABS。不易降解，環(huán)境污染較為嚴重，很多品種已經(jīng)禁用。直鏈烷基，用LAS表示，直鏈ABS、軟ABS。易降解，不產(chǎn)生公害，我國目前生產(chǎn)、使用該品種。4.2烷基苯磺酸鹽通常烷基苯磺酸鈉不是單一的組分，原因：原料的合成工藝不同，使得烷基取代基的鏈長以及所含支鏈的情況不同。(2)磺酸基和烷基鏈相連的位置不同，即磺化時磺酸

基進入苯環(huán)位置不同，導致烷基鏈與磺酸基的相

對位置不同。(3)磺酸基進入苯環(huán)的個數(shù)不同，例如反應中可能發(fā)

生多磺化而引入兩個或多個磺酸基。4.2烷基苯磺酸鹽4.2.1烷基苯磺酸鈉結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系(1)溶解度

隨著烷基碳原子數(shù)的增加，表面活性劑達到相同溶解度所需要的溫度越高。各曲線先隨溫度升高，表面活性劑的溶解度逐漸增大，當達到某一溫度時，溶解度顯著增加。此時的溫度相當于表面活性劑的Krafft點，此時的溶解度則相當于表面活性劑的臨界膠束濃度cmc。直鏈烷基苯磺酸鈉的溶解度

4.2.1烷基苯磺酸鈉結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系(2)表面張力--指表面活性劑的濃度高于其臨界膠束濃度時溶液的表面張力。從直鏈烷基苯磺酸鈉表面張力與表面活性劑鏈長和濃度的關(guān)系曲線可以看出：

在相同的濃度下，十四烷基苯磺酸鈉溶液的表面張力最低，其次是十二烷基苯磺酸鈉。直鏈烷基苯磺酸鈉的表面張力

(2)表面張力在2-位帶有分支鏈的烷基苯磺酸鈉表面活性劑中，以2-丁基辛基(12V)苯磺酸鈉的表面張力最低。4.2.1烷基苯磺酸鈉結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系2-位支鏈的烷基苯磺酸鈉的表面張力(2)表面張力在正十二烷基、2-丁基辛基、1-戊基庚基、四聚丙烯基苯磺酸鈉四種表面活性劑中，可以看出：

正十二烷基苯磺酸鈉的臨界膠束濃度最低，其次是2-丁基辛基和1-戊基庚基苯磺酸鈉。

在臨界膠束濃度下，2-丁基辛基苯磺酸鈉的表面張力最低。4.2.1烷基苯磺酸鈉結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系十二烷基苯磺酸鈉異構(gòu)體的表面張力4.2.1烷基苯磺酸鈉結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系(2)表面張力由圖可知：同碳原子數(shù)烷基鏈中，帶有支鏈的表面張力較低；而直連的臨界膠束濃度CMC較低。直鏈烷基苯磺酸鈉的表面張力

2-位支鏈的烷基苯磺酸鈉的表面張力4.2.1烷基苯磺酸鈉結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系直鏈烷基苯磺酸鈉的潤濕力與其溶液濃度的關(guān)系

(3)潤濕力

整體上，隨著直鏈烷基苯磺酸鈉烷基碳原子數(shù)的增加，表面活性劑的潤濕力呈下降趨勢。正十烷基苯磺酸鈉的潤濕力最好，所需要的潤濕時間最短，十二烷基和十四烷基苯磺酸鈉次之，而十六烷基和十八烷基苯磺酸鈉的潤濕力較差。4.2.1烷基苯磺酸鈉結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系(4)起泡性

相同濃度下，帶有十四烷基的直鏈烷基苯磺酸鈉發(fā)泡性能最好，泡沫高度最高，其次是十二烷基苯磺酸鈉。而十八烷基苯磺酸鈉由于在水中的溶解度較低，其起泡性較差。直鏈烷基苯磺酸鈉的起泡力

4.2.1烷基苯磺酸鈉結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系(4)洗凈力

隨著直連烷基中碳原子數(shù)增多，表面活性劑的洗凈力逐漸提高。

十八烷基苯磺酸鈉的洗凈力最高，其次是十六烷基苯磺酸鈉，以后依次是十四烷基、十二烷基和十烷基等。直鏈烷基苯磺酸鈉的洗凈力4.2.1烷基苯磺酸鈉結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系(4)洗凈力在各種不同異構(gòu)體的十二烷基苯磺酸鈉中，帶有正十二烷基的表面活性劑的洗凈力最高。十二烷基苯磺酸鈉異構(gòu)體的洗凈力4.2.1烷基苯磺酸鈉結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系潤濕力以直鏈C10為好。泡沫力以C14為好。洗凈力以直鏈C18為好。各種不同異構(gòu)體的C12以12n為好。苯環(huán)在烷鏈上的結(jié)合位置的影響，潤濕性和泡沫性以苯環(huán)移向中心為好，凈洗力則以3-苯基異構(gòu)體為最好。烷基鏈在苯環(huán)上的位置，以對位的性能為好。第4章陰離子表面活性劑4.1陰離子表面活性劑概述4.2烷基苯磺酸鹽4.3α-烯烴磺酸鹽4.4烷基磺酸鹽4.5琥珀酸酯磺酸鹽4.6高級脂肪酰胺磺酸鹽4.7其他類型陰離子表面活性劑α-烯烴磺酸鹽(簡稱AOS)，是由α-烯烴與強磺化劑直接反應得到的陰離子表面活性劑。α-烯烴磺酸鹽是1968年實現(xiàn)工業(yè)化的界面活性劑。它具有生物降解好,在硬水中去污、起泡性好，以及對皮膚刺激性小等特點。并且生產(chǎn)工藝流程短，化工原料用得較少。4.3α-烯烴磺酸鹽的性質(zhì)和特點4.3α-烯烴磺酸鹽的性質(zhì)和特點AOS主要的組成:

烯基磺酸鹽

64～72%(RCH=CH(CH2)nSO3Na

羥基磺酸鹽

21～26%(RCHOHCH2CH2SO3Na)

二磺酸鹽

7～11%AOS的性能和碳鏈長度、雙鍵位置、各組分的比例、雜質(zhì)的含量等因素有關(guān)。(1)溶解度

隨著疏水基碳鏈的增長，溶解度降低。4.3α-烯烴磺酸鹽的性質(zhì)和特點

AOS溫度和同溶解度的關(guān)系4.3α-烯烴磺酸鹽的性質(zhì)和特點碳鏈長度和表面張力的關(guān)系(2)表面張力①當α-烯烴磺酸鹽(AOS)碳氫鏈含有15-18個碳原子時，其溶液的表面張力較低。②直鏈烷基苯磺酸鹽(LAS)和脂肪醇硫酸鹽(AS)在碳氫鏈的碳原子數(shù)為14-15時，其溶液的表面張力出現(xiàn)最低值，表面活性最強。③在碳鏈較短(碳原子數(shù)<15)的表面活性劑中，相同碳原子數(shù)時，LAS的表面張力最低，AS次之，AOS最高。4.3α-烯烴磺酸鹽的性質(zhì)和特點(3)去污力α-烯烴磺酸鹽的去污力在碳原子數(shù)大于12時明顯提高，在15-18范圍內(nèi)保持較高的水平，超過18又呈下降趨勢，其中以碳原子數(shù)為16時表面活性劑的去污力最高。碳鏈長度和去污力的關(guān)系4.3α-烯烴磺酸鹽的性質(zhì)和特點(3)去污力表面活性劑在硬水中的去污力往往會受到水硬度的影響，如圖所示：α-烯烴磺酸鹽的去污力隨水硬度的增加呈降低趨勢，但仍保持較好的去污力，僅次于AES。水的硬度對去污力影響4.3α-烯烴磺酸鹽的性質(zhì)和特點(4)起泡力①碳氫鏈含有14-18個碳原子的α-烯烴磺酸鹽、含有10-13個碳原子的直鏈烷基苯磺酸鹽和十四碳醇硫酸酯鹽均具有較好的起泡力。碳氫鏈長度與泡沫高度的關(guān)系4.3α-烯烴磺酸鹽的性質(zhì)和特點(4)起泡力②在硬水中，各類表面活性劑的起泡力都會發(fā)生不同程度的變化。α-烯烴磺酸鹽在硬度較廣的范圍內(nèi)(50-400mgCaCO3/L)的硬水中泡沫高度變化不大，起泡力保持良好。水的硬度對發(fā)泡力的影響(5)生物降解性

α-烯烴磺酸鹽的生物降解性較高，其生物降解速率比直鏈烷基苯磺酸鹽快，而且降解更完全，只需5天即可完全消失而不污染環(huán)境。在α-烯烴磺酸鹽的各種組分中，生物降解速率按烯烴磺酸鹽、羥基鏈烷磺酸鹽和二磺酸鹽的順序呈下降趨勢。(6)毒性

α-烯烴磺酸鹽的毒性比直鏈烷基苯磺酸鹽的低，刺激性較小。4.3α-烯烴磺酸鹽的性質(zhì)和特點第4章陰離子表面活性劑4.1陰離子表面活性劑概述4.2烷基苯磺酸鹽4.3α-烯烴磺酸鹽4.4烷基磺酸鹽4.5琥珀酸酯磺酸鹽4.6高級脂肪酰胺磺酸鹽4.7其他類型陰離子表面活性劑4.4烷基磺酸鹽的性質(zhì)和特點烷基磺酸鹽（SAS）的通式為RSO3Me,式中R為烷基,它的碳原子數(shù)為13～17,Me為堿金屬或堿土金屬。

烷基磺酸鹽的表面活性和烷基苯磺酸鈉接近。在堿性、中性和弱酸性溶液中較為穩(wěn)定,在硬水中具有良好的潤濕、乳化、分散和去污能力,易于生物降解。工業(yè)SAS的臨界膠束濃度為0.23g/L，單磺酸和二磺酸的比例約9.5:1。4.4烷基磺酸鹽的性質(zhì)和特點(1)工業(yè)SAS的脫脂能力、潤濕力和碳數(shù)的關(guān)系:SAS脫脂作用與鏈長的關(guān)系SAS的潤濕力與鏈長的關(guān)系4.4烷基磺酸鹽的性質(zhì)和特點(2)工業(yè)SAS的臨界膠束濃度、溶解度和碳數(shù)的關(guān)系:SAS的溶解度與鏈長的關(guān)系直連烷基磺酸鈉臨界膠束濃度與碳原子數(shù)的關(guān)系烷基磺酸鹽的性質(zhì)和特點：（1）工業(yè)SAS的碳氫鏈越長溶解度越低；（2）碳鏈越長潤濕力越好，潤濕力以C13～16為好；（3）碳鏈越長，cmc越低；（4）SAS的泡沫能力和LAS相比略低；（5）去污力和LAS相比基本相同；（6）具有很好時生物降解性能，20℃二天后,生物

降解率可達99.7%,并無有毒代謝產(chǎn)物；（7）對皮膚剌激性小。4.4烷基磺酸鹽的性質(zhì)和特點第4章陰離子表面活性劑4.1陰離子表面活性劑概述4.2烷基苯磺酸鹽4.3α-烯烴磺酸鹽4.4烷基磺酸鹽4.5琥珀酸酯磺酸鹽4.6高級脂肪酰胺磺酸鹽4.7其他類型陰離子表面活性劑4.5琥珀酸酯磺酸鹽的性質(zhì)和特點將順丁烯二酸(馬來酸)的兩個羥基用高級醇酯化，雙鍵處以亞硫酸氫鈉加成引入磺酸鹽基即變?yōu)殓晁狨セ撬猁}。根據(jù)所用高級醇種類的不同，可獲得一系列磺基琥珀酸酯的產(chǎn)品。

其特點是凈洗力很小，但潤濕、滲透力特強。此類表面活性劑的代表產(chǎn)品是AerosolOT(琥珀酸二辛酯磺酸鹽)，也稱滲透劑OT。主要用于織物的快速滲透。其最主要的缺點是不耐堿。（1）臨界膠束濃度與琥珀酸雙酯磺酸鹽結(jié)構(gòu)的關(guān)系4.5琥珀酸酯磺酸鹽的性質(zhì)和特點化合物CMC(mol/l)溫度(℃)二-正丁基0.225二-異丁基0.225二-正戊基0.05325二-正己基0.012425二-正辛基0.0006825二-異辛基0.0022425二-(2-乙基己基)0.002525（2）結(jié)構(gòu)和潤濕力的關(guān)系①在碳鏈長小于7,且不帶支鏈時,隨正構(gòu)碳鏈的增長潤濕力增強，隨支鏈數(shù)增加，潤濕力減弱。②當鏈長大于7后，則隨碳鏈長度增加，其潤濕力下降，并隨支鏈的增加則潤濕力增加。4.5琥珀酸酯磺酸鹽的性質(zhì)和特點（3）AerosolOT的性能AerosolOT是琥珀酸酯磺酸鹽類表面活性劑中最為重要的品種之一。該商品為無色或淺黃色液體，總活性物質(zhì)的含量為70-75%，相對密度1.8，閃點85℃，能溶于極性和非極性有機溶劑中，不溶于水，臨界膠束濃度為0.0025mol/L，最小溶液表面張力為26.0mN/m，產(chǎn)品pH值為5-10。該產(chǎn)品是一種滲透十分快速、均勻，乳化和潤濕性能均良好的滲透劑，廣泛用于織物處理劑及農(nóng)藥乳化劑。具有相同結(jié)構(gòu)和性能的國內(nèi)產(chǎn)品的商品牌號為滲透劑T。4.5琥珀酸酯磺酸鹽的性質(zhì)和特點（3）AerosolOT的性能表面張力:隨碳鏈長度的增加和相對分子量的增大，Aerosol型表面活性劑0.1%和1%的溶液對礦物油的表面張力呈下降趨勢。4.5琥珀酸酯磺酸鹽的性質(zhì)和特點商品牌號相對分子量對礦物油γ0.1%(mN/m)對礦物油γ1%(mN/m)AerosolOT4445.861.84AerosolMA38820.14.18AerosolAY36027.57.03AerosolIB33241.331.2（4）脂肪醇聚氧乙烯醚琥珀酸單酯磺酸鈉的性能脂肪醇聚氧乙烯醚琥珀酸單酯磺酸鈉，簡稱AESM或AESS，具有良好的乳化、分散、潤濕及增溶等性能，其結(jié)構(gòu)通式為：4.5琥珀酸酯磺酸鹽的性質(zhì)和特點（4）脂肪醇聚氧乙烯醚琥珀酸單酯磺酸鈉的性能該類表面活性劑中的典型品種如:月桂醇聚氧乙烯(3)醚琥珀酸單酯磺酸鈉，化學結(jié)構(gòu)式為：4.5琥珀酸酯磺酸鹽的性質(zhì)和特點（5）磺基琥珀酸N-?；垩跻蚁┟褑熙モc鹽這類表面活性劑是以烷氧基化的含氮化合物為原料合成的，是配制香波的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)為：4.5琥珀酸酯磺酸鹽的性質(zhì)和特點第4章陰離子表面活性劑4.1陰離子表面活性劑概述4.2烷基苯磺酸鹽4.3α-烯烴磺酸鹽4.4烷基磺酸鹽4.5琥珀酸酯磺酸鹽4.6高級脂肪酰胺磺酸鹽4.7其他類型陰離子表面活性劑4.6高級脂肪酰胺磺酸鹽的性質(zhì)和特點（1）N-?；?N-烷基牛磺酸鈉

在高級脂肪酰胺磺酸鹽型陰離子表面活性劑中，最典型的系列商品是依加邦（Igepon），即N-酰基-N-烷基?；撬徕c，其結(jié)構(gòu)通式如下：改變R和R′，可制得一系列不同牌號的Igepon產(chǎn)品。4.6高級脂肪酰胺磺酸鹽的性質(zhì)和特點（1）N-?；?N-烷基?；撬徕c其中IgeponT是十分重要的表面活性劑品種，其化學名稱為N-油?；?N-甲基牛磺酸鈉，國產(chǎn)商品名為凈洗劑209，化學結(jié)構(gòu)式為：4.6高級脂肪酰胺磺酸鹽的性質(zhì)和特點（1）N-酰基-N-烷基?；撬徕cIgeponT的特性：①在酸性、堿性、硬水、金屬鹽和氧化劑溶液中都比較穩(wěn)定。②優(yōu)異的去污、滲透、乳化和擴散能力。③泡沫豐富而穩(wěn)定。④易生物降解。⑤對毛織物和纖維織物洗滌后柔軟，有光澤，手感好，在有電解質(zhì)存在的情況下，去污力尤為明顯。4.6高級脂肪酰胺磺酸鹽的性質(zhì)和特點（2）N-(3-磺基-4-甲氧基苯基)油酰胺鈉鹽即凈洗劑LS，具有較好的潤濕、分散和乳化等性能，其結(jié)構(gòu)為：第4章陰離子表面活性劑4.1陰離子表面活性劑概述4.2烷基苯磺酸鹽4.3α-烯烴磺酸鹽4.4烷基磺酸鹽4.5琥珀酸酯磺酸鹽4.6高級脂肪酰胺磺酸鹽4.7其他類型陰離子表面活性劑4.7其他類型陰離子表面活性劑的性質(zhì)和特點（1）

硫酸酯鹽型陰離子表面活性劑分子中陰離子官能團為硫酸根的表面活性劑為硫酸酯鹽型陰離子表面活性劑。硫酸酯鹽表面活性劑可分為：烷基硫酸鹽、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鹽、甘油脂肪酸酯硫酸鹽、硫酸化蓖麻酸鈉、環(huán)烷硫酸鈉、脂肪酰氨烷基硫酸鈉，等。硫酸酯鹽是陰離子表面活性劑中應用很廣的一大類，具有良好的表面活性。4.7其他類型陰離子表面活性劑的性質(zhì)和特點（1）

硫酸酯鹽型陰離子表面活性劑①烷基硫酸鹽烷基硫酸鹽的化學通式為ROS03M，式中M可以是Na、K、NH4、NH(CH2CH2OH)3，R中的碳原子數(shù)為8～18。這類表面活性劑具有良好的起泡能力和洗滌性能，在硬水中穩(wěn)定，其水溶液呈中性或微堿性，故主要用于洗滌劑中。烷基硫酸鹽是以脂肪醇經(jīng)硫酸化后，以堿中和而制得。工業(yè)上脂肪醇可由油脂或脂肪酸酯通過氫化分解得到，也可由乙烯出發(fā)通過齊格勒反應制得，硫酸化劑可采用硫酸、氯磺酸、氨基磺酸、三氧化硫等。4.7其他類型陰離子表面活性劑的性質(zhì)和特點（1）

硫酸酯鹽型陰離子表面活性劑