兩性表面活性劑演示文稿

兩性表面活性劑演示文稿當前第1頁\共有38頁\編于星期二\17點兩性表面活性劑開發(fā)較晚。上世紀四十年代中期。1950年以后，各國才逐漸重視兩性表面活性劑的研究和開發(fā)工作我國在二十世紀七十年代前后開始對兩性表面活性劑進行研究和生產(chǎn)研究與開發(fā)內(nèi)容（1）改造現(xiàn)有品種的分子結(jié)構(gòu)，使其性能更加優(yōu)異，產(chǎn)品更加實用（2）設(shè)計、合成新型結(jié)構(gòu)的活性劑品種

（3）利用其能夠和所有其它類型的表面活性劑復(fù)配的特性，產(chǎn)生各種加和增效作用，達到最佳的配方效果（4）研究兩性表面活性劑結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，為開拓新型結(jié)構(gòu)的兩性表面活性劑品種，擴大其應(yīng)用領(lǐng)域提供重要的理論指導(dǎo)當前第2頁\共有38頁\編于星期二\17點定義：廣義上講，是指在分子結(jié)構(gòu)中，同時具有陰離子、陽離子和非離子中的兩種或兩種以上離子性質(zhì)的表面活性劑同時含有陰離子和陽離子親水基團R-NH-CH2-COOH同時具有陰離子和非離子親水基團同時具有陽離子和非離子親水基團同時具有陽離子、陰離子和非離子親水基團6.1兩性表面活性劑概述當前第3頁\共有38頁\編于星期二\17點6.1.1兩性表面活性劑的特性

具有等電點pH值低于等電點，帶正電荷，表現(xiàn)為陽離子表面活性劑的性能pH值高于等電點，帶負電荷，表現(xiàn)為陰離子表面活性劑的性質(zhì)配伍性好：幾乎可以同所有其它類型的表面活性劑進行復(fù)配，在一般情況下都會產(chǎn)生加和增效作用毒性和刺激性?。壕哂休^低的毒性和對皮膚、眼睛刺激性耐硬水和耐高濃度電解質(zhì)性能極好對織物有優(yōu)異的柔軟平滑性和抗靜電性乳化性和分散性良好潤濕性和發(fā)泡性很好有一定的殺菌性和抑霉性有良好的生物降解性當前第4頁\共有38頁\編于星期二\17點6.1.2兩性表面活性劑的分類

分類方法（1）按照陰離子部分的種類分類（2）按照整體化學(xué)結(jié)構(gòu)分類

當前第5頁\共有38頁\編于星期二\17點6.1.2.1按陰離子部分的親水基類型分類羧酸鹽型：－COOM

結(jié)構(gòu)通式:氨基酸型R-NH-CH2CH2COOH

甜菜堿型R-N+(CH3)2-CH2COOˉ咪唑啉型

磺酸鹽型：－SO3M

結(jié)構(gòu)通式：氨基酸型R-NHCH2CH2CH2SO3Na

甜菜堿型

R-N+(CH3)2-CH2CH2CH2SO3ˉ咪唑啉型

分為羧酸鹽型、磺酸鹽型、硫酸酯鹽型和磷酸酯鹽型當前第6頁\共有38頁\編于星期二\17點硫酸酯鹽型：－OSO3M

結(jié)構(gòu)通式:氨基酸型

R-NHCH2(OH)-CH2OSO3Na

甜菜堿型

R-N+(CH3)2-CH2CH2OSO3ˉ咪唑啉型

磷酸酯鹽型：單酯雙酯當前第7頁\共有38頁\編于星期二\17點6.1.2.2按整體化學(xué)結(jié)構(gòu)分類主要分為甜菜堿型、咪唑啉型、氨基酸型和氧化胺型等甜菜堿型陰離子部分：磺酸基、硫酸酯基等陽離子：磷和硫等咪唑啉型氨基酸型氧化胺型N-烷基-β-氨基丙酸N-烷基-α-亞氨基羧酸當前第8頁\共有38頁\編于星期二\17點6.2兩性表面活性劑的性質(zhì)6.2.1兩性表面活性劑的等電點6.2.2臨界膠束濃度與pH值的關(guān)系6.2.3pH值對表面活性劑溶解度和發(fā)泡性的影響6.2.4在基質(zhì)上的吸附量及殺菌性與pH值的關(guān)系6.2.5甜菜堿型兩性表面活性劑的臨界膠束濃度與碳鏈長度的關(guān)系6.2.6兩性表面活性劑的溶解度和krafft溫度點6.2.7表面活性劑結(jié)構(gòu)對鈣皂分散力的影響6.2.8去污力當前第9頁\共有38頁\編于星期二\17點定義：在一個狹窄的pH值范圍內(nèi)，兩性表面活性劑以內(nèi)鹽的形式存在，此時將該表面活性劑的溶液放在靜電場中時，溶液中的雙離子將不向任何方向移動，即分子內(nèi)的凈電荷為零。此時溶液的pH值被稱為該表面活性劑的等電點（或等電區(qū)，等電帶）6.2.1兩性表面活性劑的等電點pI=兩性表面活性劑的等電點可以反映該活性劑正、負電荷中心的相對解離強度若pI＜7.0，表明負電荷中心解離強度大于正電荷中心解離強度若pI＞7.0，表明正電荷中心離解強度較大當前第10頁\共有38頁\編于星期二\17點實例：β-N-烷基氨基羧酸型兩性表面活性劑在酸性和堿性介質(zhì)中呈現(xiàn)如下的電離平衡：在pH值大于4的介質(zhì)，呈現(xiàn)陰離子表面活性劑的特征在pH值小于4的介質(zhì)，呈示陽離子表面活性劑的特征而在pH值為4左右的介質(zhì)中，活性劑以內(nèi)鹽的形式存在當前第11頁\共有38頁\編于星期二\17點大部分兩性表面活性劑的等電點在2～9之間陰離子和陽離子基團的種類、數(shù)量及位置不同，它們的等電點也有很大差別RC12～C14的混合物純C12純C18等電點pH值2～4.56.6～7.26.8～7.5

表6-1N-烷基-β-氨基丙酸的等電區(qū)（pH值）R-NHCH2CH2COOH當前第12頁\共有38頁\編于星期二\17點表6-2甜菜堿型活性劑的等電點活性劑結(jié)構(gòu)RC12C18C12C18C8C10C12等電區(qū)5.1～6.14.8～6.84.7～7.54.6～7.65.5～9.56.1～9.56.7～9.5羧酸咪唑啉型兩性表面活性劑的等電區(qū)在pH值6～8之間（大約為7）甜菜堿型兩性表面活性劑的等電區(qū)根據(jù)其結(jié)構(gòu)不同而有所差別當前第13頁\共有38頁\編于星期二\17點6.2.2臨界膠束濃度與pH值的關(guān)系一般兩性表面活性劑的臨界膠束濃度隨著溶液pH值的增加而增大溶液pH值247911cmc（g/100mL）0.250.500.750.94100表6-3N-十二烷基-N,N-雙乙氧基氨基醋酸鈉的臨界膠束濃度（25℃）當前第14頁\共有38頁\編于星期二\17點6.2.3pH值對表面活性劑溶解度和發(fā)泡性的影響圖6-1水溶性與pH值的關(guān)系圖6-2發(fā)泡性與pH值的關(guān)系等電點時溶液的pH值約為4在等電點時，活性劑以內(nèi)鹽形式存在，溶解度及泡沫量均最低當介質(zhì)的pH值大于4，即高于等電點時，呈現(xiàn)陰離子表面活性劑的特征，發(fā)泡快，泡沫豐富而且松大，溶解度迅速增加當介質(zhì)的pH值小于4，即低于等電點時，呈現(xiàn)陽離子表面活性劑的特征，泡沫量和溶解度也較高當前第15頁\共有38頁\編于星期二\17點6.2.4在基質(zhì)上的吸附量及殺菌性與pH值的關(guān)系在pH值低于等電點的溶液中，顯示陽離子表面活性劑的特征，在羊毛和毛發(fā)上的吸附量大，親合力強，殺菌力也比較強在pH值高于等電點的溶液中，以陰離子的形式存在，殺菌性能不理想當前第16頁\共有38頁\編于星期二\17點6.2.5甜菜堿型兩性表面活性劑的臨界膠束濃度與碳鏈長度的關(guān)系臨界膠束濃度與烷基R碳鏈長度的關(guān)系式.logcmc＝A-Bn隨著烷基鏈碳數(shù)的增加，臨界膠束濃度明顯降低n——烷基長碳鏈中碳原子的個數(shù)A＝1.5～2，B＝29R的碳原子數(shù)111315cmc（mmol/L）1.80.170.015表6-4甜菜型兩性表面活性劑的臨界膠束濃度（23℃）季銨鹽型高于季鏻鹽型－COO-＞―SO3-＞―OSO3-

當前第17頁\共有38頁\編于星期二\17點6.2.6兩性表面活性劑的溶解度和krafft溫度點羧酸甜菜堿分子中的羧基與氮原子之間的碳原子數(shù)由1增加至3時，對其溶解度和krafft點影響不大烷基取代基的結(jié)構(gòu)相同時，磺酸甜菜堿和硫酸酯甜菜堿的krafft溫度點明顯高于羧酸甜菜堿，溶解度較低除自身的結(jié)構(gòu)外，電解質(zhì)的存在對表面活性劑的krafft溫度點也有影響XˉKrafft點（℃）n＝2n＝3COOˉ＜4＜4SO3ˉ—27OSO3ˉ＞90—表6-5陰離子對krafft溫度點的影響C16H33N+(CH3)2-(CH2)nX當前第18頁\共有38頁\編于星期二\17點6.2.7表面活性劑結(jié)構(gòu)對鈣皂分散力的影響鈣皂分散力（LSDR,limesoapdisporsingrate）或鈣皂分散性是指100g油酸鈉在硬度為333mgCaCO3/L的硬水中維持分散，恰好無鈣皂沉淀發(fā)生時所需鈣皂分散劑的質(zhì)量鈣皂分散劑是指具有能防止在硬水中形成皂垢懸浮物功能的物質(zhì)LSDR數(shù)值越低，表面活性劑對鈣皂的分散能力越高當前第19頁\共有38頁\編于星期二\17點烷基R的碳鏈增長，或氮原子與羧基間的碳原子數(shù)n由1增加至3時，活性劑的鈣皂分散力有所提高，LSDR值降低n123LSDR（g）201711表6-6烷基鏈對表面活性劑鈣皂分散力的影響C12H25N＋(CH3)2-(CH2)nCOO－表面活性劑分子中引入酰胺基或?qū)Ⅳ然D(zhuǎn)換成磺酸基或硫酸酯基時，鈣皂分散力大大改善，LSDR數(shù)值降低表6-7部分兩性表面活性劑的鈣皂分散力兩性表面活性劑LSDR（g）兩性表面活性劑LSDR（g）C12H25N＋(CH3)2－CH2CH2COO－17C12H25N＋(CH3)2－CH2COO－20C12H25N＋(CH3)2－CH2CH2SO3－4C11H23CONHC3H6N＋(CH3)2－CH2COO－7C16H33N＋(CH3)2－CH2CH2COO－16C16H33N＋(CH3)2－CH2COO－16C16H33N＋(CH3)2－CH2CH2OSO3－4C15H31CONHC3H6N＋(CH3)2－CH2COO－6當前第20頁\共有38頁\編于星期二\17點6.2.8去污力

N-烷基-N,N-二甲基磺酸甜菜堿

R－N＋(CH3)2－CH2CH2CH2SO3－

圖6-3在棉上的去污力

圖6-4在聚酯/棉混紡上的去污力

當前第21頁\共有38頁\編于星期二\17點6.3兩性表面活性劑的合成6.3.1羧酸甜菜堿型兩性表面活性劑的合成6.3.2磺酸甜菜堿的合成6.3.3硫酸酯甜菜堿的合成6.3.4含磷甜菜堿的合成6.3.5咪唑啉型兩性表面活性劑的合成6.3.6氨基酸型表面活性劑的合成當前第22頁\共有38頁\編于星期二\17點6.3.1羧酸甜菜堿型兩性表面活性劑的合成

甜菜堿型兩性表面活性劑多用于抗靜電劑、纖維加工助劑、干洗劑或香波中的成分天然甜菜堿主要存在于甜菜中羧酸甜菜堿型兩性表面活性劑結(jié)構(gòu)通式為：當前第23頁\共有38頁\編于星期二\17點6.3.1.1氯乙酸鈉法合成羧酸甜菜堿所謂氯乙酸鈉法是用氯乙酸鈉與叔胺反應(yīng)制備羧基甜菜堿的方法,使用最為廣泛十二烷基甜菜堿（BS-12）最常用、最重要的品種具有良好的潤濕性和洗滌性，對鈣、鎂離子具有良好的螯合能力，可在硬水中使用當前第24頁\共有38頁\編于星期二\17點十四烷基甜菜堿和十六烷基甜菜堿：改變叔胺中的長碳鏈烷基烷基鏈中帶有酰胺基或醚基的羧基甜菜堿：首先合成含有酰胺基和醚基的叔胺再進一步與氯乙酸鈉反應(yīng)當前第25頁\共有38頁\編于星期二\17點6.3.1.2鹵代烷和氨基酸鈉反應(yīng)合成羧酸甜菜堿胺與氯乙酸鈉反應(yīng)制備氨基酸鈉，然后再與鹵代烷反應(yīng)制備甜菜堿N-甲基芐基胺與氯乙酸鈉按物質(zhì)的量比:3:1反應(yīng)溶劑：95%的乙醇反應(yīng)溫度：40℃當前第26頁\共有38頁\編于星期二\17點6.3.1.3鹵代烷與氨基酸酯反應(yīng)再經(jīng)水解合成

羧酸甜菜堿用于制備長碳鏈中含有酰胺基的甜菜堿，如N,N,N-三甲基-N’-?；嚢彼岬群铣蛇^程主要包括以下五個步驟當前第27頁\共有38頁\編于星期二\17點6.3.1.4α-溴代脂肪酸與叔胺反應(yīng)合成羧酸甜菜堿用于制備α-烷基取代的甜菜堿當前第28頁\共有38頁\編于星期二\17點6.3.1.5長鏈烷基氯甲基醚與叔氨基乙酸反應(yīng)合成羧酸甜菜堿主要用于制備含有醚基的甜菜堿當前第29頁\共有38頁\編于星期二\17點6.3.1.6不飽和羧酸與叔胺反應(yīng)合成羧酸甜菜堿以丙烯酸、順丁烯二酸等不飽和羧酸為烷基化試劑，經(jīng)N-烷基化反應(yīng)制備羧酸甜菜堿當前第30頁\共有38頁\編于星期二\17點6.3.2磺酸甜菜堿的合成結(jié)構(gòu)通式氯乙基磺酸法ClCH2CH2Cl+Na2SO3ClCH2CH2SO3NaN-烷基-N-甲基-N-芐基銨乙基磺酸當前第31頁\共有38頁\編于星期二\17點磺酸環(huán)內(nèi)酯法亞硫酸氫鈉直接磺化法當前第32頁\共有38頁\編于星期二\17點6.3.3硫酸酯甜菜堿的合成結(jié)構(gòu)通式合成方法主要有三種叔胺和氯醇反應(yīng)引入羥基后，再進行硫酸酯化當前第33頁\共有38頁\編于星期二\17點鹵代烷與帶有羥基的叔胺反應(yīng)，然后用三氧化硫酯化高級脂肪族伯胺與環(huán)氧乙烷反應(yīng)，再經(jīng)鹵代烷季銨化和三氧化硫酯化