染整助劑 第四章 表面活性劑概述.ppt

1、第四章 表面活性劑概述,一、表面活性劑的定義,復(fù)習(xí)：各類物質(zhì)水溶液的表面張力隨濃度的變化情況,1無機(jī)鹽類、不揮發(fā)性酸、堿、含多個(gè)羥基的有機(jī)化合物 2低級(jí)的脂肪酸、醇、醛等有機(jī)化合物 3RX,表面活性定義：若是一種物質(zhì)（甲）能降低另一種物質(zhì) （乙）的表面張力，就說甲對(duì)乙有表面活性。,表面活性劑定義：能吸附在表（界）面上，加入量很少 時(shí)即能大大降低溶液表面張力，改變體系界面狀態(tài)，從 而產(chǎn)生潤濕、乳化、起泡以及增溶等一系列作用或其反 作用，以達(dá)到實(shí)際應(yīng)用要求的一類物質(zhì)。,二、表面活性劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),例：十二烷基硫酸鈉 CH3(CH2)11SO4Na,CH3(CH2)11SO4- 表面活性劑離子,Na+

2、 反離子,疏水基,親水基,疏水基,表面活性劑的疏水基主要是C8C20烴類，來自油脂 或石油化學(xué)制品。具體包括飽和烴：直鏈烷烴，支鏈烷烴 和環(huán)烷烴；不飽和烴：脂肪族及芳香族，雙鍵和三鍵(具 有弱親水作用)；其它：含氟或硅及其它元素，如碳氟烴， 硅烷和硅氧烷以及疏水性聚合物等。,親油基的另一種分類,脂肪族烴基 如：十二烷基、十八烷基 芳香族烴基 如：萘、苯基苯酚 在脂肪族支鏈上有芳烴 如：十二烷基苯、壬烷基酚等 憎水基中有弱親水基 如：蓖麻油酸（OH基）、油酸丁酯（COO基）、 聚丙二醇（O基）,親水基,羧基：COO 磺酸基：SO3 硫酸酯基：OSO3 磷酸酯基：OPO3 氨基： NH2、 NHR

3、 、 NRR 、N(CH3)3 醚基：O 羥基：OH,連接基團(tuán),親水基和疏水基有兩種連接方式：一種是直接連接， 即疏水基物料直接與無機(jī)或有機(jī)化學(xué)劑反應(yīng)而成，如脂 肪酸與氫氧化鈉直接形成肥皂；另一種是借助中間基團(tuán) 作媒介而進(jìn)行連接。這類基團(tuán)包括：醚鍵，羧酸，氨基， 酰胺基等。,三、表面活性劑的分類,1、按作用分,凈洗劑、精練劑、起泡劑、消泡劑、乳化劑、 破乳劑、分散劑滲透劑、潤濕劑、增溶劑、 平滑劑、柔軟劑、固色劑、勻染劑緩染劑、 剝色劑、防水劑、阻燃劑、防火劑、抗靜電 劑等。,2、按離子類型分,3、其他分類方法, 按疏水基分類,碳?xì)浔砻婊钚詣?氟表面活性劑 硅表面活性劑 聚氧丙烯,按溶解特性分

4、類,水溶性表面活性劑 油溶性表面活性劑,按分子量大小分類,低分子量表面活性劑 高分子表面活性劑,普通表面活性劑與特殊表面活性劑,陰離子表面活性劑：在水溶液中離解時(shí)生成的表面活性劑 離子帶負(fù)電荷。,主要類型： 磺酸鹽型 硫酸酯鹽型 羧酸鹽型 磷酸酯鹽型,陰離子表面活性劑,特性：,溶解度隨溫度變化存在明顯轉(zhuǎn)折點(diǎn)，即在較低一段溫度范圍隨溫度上 升非常緩慢，當(dāng)溫度上升到某一值時(shí)溶解度隨溫度上升迅速增大。,抗硬水性能差，對(duì)硬水地敏感性，羧酸鹽磷酸鹽硫酸鹽磺酸鹽,羧酸鹽在酸中易析出自由羧酸，硫酸鹽在酸中可發(fā)生自催化作用迅速 分解，其它類型陰離子表面活性劑在一般條件下是穩(wěn)定的。,一般情況下與陽離子表面活性劑

5、配伍性差，易生成沉淀，但在一些特 定條件下與陽離子表面活性劑復(fù)配可極大地提高表面活性。,在疏水鏈和陰離子頭基之間引入短的聚氧丙烯鏈可改善其在有機(jī)溶劑 中的溶解性（但同時(shí)也降低了其生物降解性能）。,在疏水鏈和陰離子頭基之間引入短的聚氧乙烯鏈可極大的改善其耐鹽 性能。,（）羧酸鹽,脂肪酸鹽（皂） （RCOOM）,例：肥皂,羧酸鹽型的親油基主要由天然油脂提供。,親油基通過中間基與羧酸鏈接的羧酸鹽(?；被猁}),烷?；於彼徕c RCONHCH(CH2COONa)COONa,烷酰基-N-羫乙基-甘氨酸鈉 RCON(CH2CH2OH)CH2COONa,N-脂肪?；“彼徕c（梅迪蘭） RCON(CH3)

6、CH2COONa,N-烷?；嚯模ɡ酌装睿?RCONHR(CONHR)xCOOM,其它羧酸鹽,例：松香酸,與NaOH中和，所形成的皂亦屬羧酸鹽類。,（二）硫酸酯鹽,脂肪醇硫酸酯鹽（例：FAS或AS）,仲烷基硫酸酯鹽（例：梯波爾）,式中，R，R為C10C18,不飽和醇的硫酸酯鹽（例：油醇硫酸鹽）,C18H35OSO3Na,脂肪酸衍生物硫酸酯鹽,式中X為O， ， ；R為烷基，亞烷基，羥烷基，烷氧基,烷基磺酸鹽,例：AS伯烷基磺酸鹽,SAS仲烷基磺酸鹽,（三）磺酸鹽,烷基苯磺酸鹽,(例：LAS、ABS),R為直鏈即LAS(易降解) R為支鏈即ABS,烷基萘磺酸鹽,例：二丁基萘磺酸鈉（拉開粉）,-烯烴

7、磺酸鹽（AOS）,主要成分是烯基磺酸鹽、羫基磺酸鹽和少量二磺酸鹽,石油磺酸鹽,-磺基單羧酸及其衍生物,脂肪酸或酯的位的H被磺基取代得到的-磺基單羧 酸或其衍生物,琥珀酸酯磺酸鹽,例：琥珀酸雙酯磺酸鹽,木質(zhì)素磺酸鹽,烷基甘油醚磺酸鹽（AGS）,烷基二苯醚二磺酸鹽,ROCH2CH(OH)CH2SO3M,脂肪酸的磺烷基酯（Igepon A系列）和脂肪酸的磺烷基 酰胺（Igepon T系列）,Igepon A系列,Igepon T系列,（四）磷酸酯鹽,單酯鹽,雙酯鹽,應(yīng)用,若水溶性，且疏水基是直鏈型，主要用作洗滌劑、清 潔劑，廣泛應(yīng)用于洗滌行業(yè)。 若憎水基是支鏈型，則作為潤濕劑、滲透劑及纖維印 染助劑

8、使用。,作 業(yè),一、名詞解釋 表面活性劑 陰離子表面活性劑 二、問答題 表面活性劑的結(jié)構(gòu)如何？親水基、疏水基分別 有哪些類型？,陽離子表面活性劑,陽離子表面活性劑：在水溶液中離解時(shí)生成的表面活性劑 離子帶正電荷。,主要類型： 胺鹽類 季胺鹽類 雜環(huán)類 鎓鹽,特性：,優(yōu)異的殺菌性,陽離子表面活性劑水溶液有很強(qiáng)的殺菌能力，廣泛用于殺菌、消 毒、防霉、除藻等領(lǐng)域。陽離子表面活性劑殺菌性強(qiáng)則毒性也大，因 此單獨(dú)的陽離子表面活性劑很難被生物分解。好在陽離子表面活性劑 在廢水環(huán)境中不會(huì)單獨(dú)存在，總與一些其它物質(zhì)結(jié)合成復(fù)合體，這些 復(fù)合體是能被分解的。,容易吸附于一般固體表面,這主要是由于在水介質(zhì)中的固體表

9、面一般是負(fù)電性的，正表面活 性劑離子容易強(qiáng)烈地吸附于其上，因此常能賦予固體表面某些特性， 于是具有某些特殊用途。,（一）胺鹽類,分類：伯胺鹽類 RNH2HCl 仲胺鹽類 RNH(CH3)HCl 叔胺鹽類 RN(CH3) 2HCl,（二）季胺鹽類 （RN+ (CH3) 3Cl）,例：十二烷基二甲基芐基氯化銨（潔爾滅）,（三）雜環(huán)類,吡啶鹽,咪唑啉型,嗎啉型,（四）鎓鹽,指季銨鹽陽離子表面活性劑的親水基團(tuán)N原子為其 它可攜帶正電荷的元素，如P、S、I時(shí)的陽離子表面活 性劑。,例：,應(yīng)用,易吸附于基質(zhì)表面上，可用作抗靜電劑、纖維柔軟劑、 選礦中的搜捕劑或浮選劑、金屬制品緩蝕劑等。 聚較大生物活性，可

10、用于殺菌劑。,兩性表面活性劑,兩性表面活性劑：在水溶液中能電離，生成的表面活性離 同時(shí)帶有正、負(fù)電荷。,主要類型： 氨基酸型 甜菜堿型 咪唑啉鹽型,特性：,耐硬水，鈣皂分散力較強(qiáng)，能與電解質(zhì)共存。,與陰、陽、非離子表面活性劑有良好的配伍性。,一般在酸、堿溶液中穩(wěn)定，特別是甜菜堿類兩性表面活性劑在強(qiáng)堿 溶液中也能保持其表面活性。,大多數(shù)兩性表面活性劑對(duì)眼睛和皮膚刺激性低，因此，適合于配制 香波和其它個(gè)人護(hù)理品。,（一）氨基酸型,陰離子部分是羧酸基，陽離子部分為胺（伯、仲、叔） 基構(gòu)成。,（二）甜菜堿型,陰離子部分是羧酸基，陽離子部分為季銨基構(gòu)成。,（三）咪唑啉型,應(yīng)用,廣泛應(yīng)用于抗靜電、纖維柔軟

11、、特種洗滌劑以及香波、 化妝品等領(lǐng)域。,非離子表面活性劑,非離子表面活性劑：水溶液中不電離，具表面活性作用的 基團(tuán)不帶電荷但能發(fā)生水化作用。,主要類型： 聚氧乙烯型 多元醇型 烷基醇酰胺 氧化胺 亞砜表面活性劑,特性：,是表面活性劑家族第二大類，產(chǎn)量僅次于陰離子表面活性劑。,由于非離子表面活性劑不能在水溶液中離解為離子，因此，穩(wěn)定 性高，不受酸、堿、鹽所影響，耐硬水性強(qiáng)。,與其它表面活性劑及添加劑相容性好，可與陰、陽、兩性離子型 表面活性劑混合使用。,由于在溶液中不電離，故在一般固體表面上不易發(fā)生強(qiáng)烈吸附。,聚氧乙烯型非離子表面活性劑的物理化學(xué)性質(zhì)強(qiáng)烈依賴于溫度， 隨溫度升高，在水中變得不溶。

12、,非離子表面活性劑具有高表面活性，其水溶液的表面張力低，臨界 膠團(tuán)濃度低，膠團(tuán)聚集數(shù)大，增溶作用強(qiáng)，具有良好的乳化力和去污 力。,與離子型表面活性劑相比，非離子表面活性劑一般來講起泡性能差， 因此適合于配制低泡型洗滌劑和其它低泡型配方產(chǎn)品。,非離子表面活性劑在溶液中不帶電荷，不會(huì)與蛋白質(zhì)結(jié)合，因而毒 性低，對(duì)皮膚刺激性也較小。,非離子表面活性劑產(chǎn)品，大部分呈液態(tài)或漿狀，這是與離子型表面 活性劑不同之處。,（一）聚氧乙烯型,脂肪醇聚環(huán)氧乙烷醚,是以環(huán)氧乙烷（簡稱EO）與含有活潑氫原子的疏水 基原料進(jìn)行加成的產(chǎn)物。,脂肪酸聚環(huán)氧乙烷醚,烷基酚聚環(huán)氧乙烷醚,聚氧乙烯酰胺,聚氧乙烯脂肪胺,聚氧乙烯失水

13、山梨醇單羧酸酯（吐溫）,乳化劑吐溫Tween,(二)多元醇型,多元醇型表面活性劑是一類親油劑上帶有多個(gè)羥基， 依靠羥基與水的親和力而具有兩親性結(jié)構(gòu)的表面活性劑。,山梨醇脂肪酸酯,蔗糖脂肪酸酯（碳水化合物與脂肪酸合成） 烷基多苷（碳水化合物與脂肪醇合成）,乳化劑司盤Span,（三）烷基醇酰胺,用含氨基和羥基的化合物與脂肪酸反應(yīng)，即生成 烷基醇酰胺。,例：,（四）氧化胺,氧化胺分子是一四面體，其氮原子以配位鍵與氧原 子相連，呈半極性，且在水溶液中不電離。,例：,R(CH3)2NO,（五）亞砜表面活性劑,將烷基硫化物氧化即得亞砜。,RSOR,R為長碳鏈，R一般為CH3，也可是其它烷基,例：,應(yīng)用,一

14、般多元醇型非離子表面活性劑不單獨(dú)用作洗滌劑， 主要用作乳化劑，或與陰離子、陽離子表面活性劑復(fù)配 用于洗滌劑配方。聚氧乙烯醚鏈則可在合成時(shí)加以調(diào)控， 其親水性能可大可小，大者作洗滌劑用，小者作乳化劑、 潤濕劑使用。另外還廣泛用于各種復(fù)配型表面活性劑的 生產(chǎn)。,混合型表面活性劑,混合型表面活性劑：分子中得親水部分既有聚氧乙烯鏈， 又有離子基團(tuán)。,脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸鹽 脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鹽 醇醚或酚醚的磷酸酯鹽 磺基琥珀酸脂肪醇聚氧乙烯醚酯二鈉 烷基酚聚氧乙烯醚硫酸鹽,了解：特殊表面活性劑,1、碳氟表面活性劑 碳?xì)浔砻婊钚詣┓肿又袣湓硬糠只蛉勘环尤〈?的表面活性劑。,性能：“三高”、“兩

15、憎” “三高”即高表面活性、高耐熱穩(wěn)定性及高化學(xué)穩(wěn)定性； “兩憎”指它的含氟烴基既憎水又憎油。,2、硅表面活性劑,指疏水基為由全甲基化的SiOSi、SiCSi或 SiSi主干的一類特種表面活性劑。,特性： 很高的表面活性，表面活性僅次于氟。 在水溶液和非水體系都有表面活性。 對(duì)低能表面有優(yōu)異的潤濕能力。 具優(yōu)異的消泡能力，是一類性能優(yōu)異的消泡劑。 通常有很高的熱穩(wěn)定性。 無毒，不會(huì)刺激皮膚，因而可適用于藥物和化妝品。 由不同化學(xué)方法制備，可產(chǎn)生不同類型的分子結(jié)構(gòu)，通常有很高的 分子量，屬于高分子表面活性劑。,四、表面活性劑一般性質(zhì),1、溶解度,在一定溫度下，表面活性劑在水中的溶解性隨親油基的相

16、對(duì)增大 而減小。 在一般室溫下，非離子型表面活性劑的溶解度最大，離子型較小。 在離子型表面活性劑中，碳鏈長相同，季銨鹽類正離子表面活性 劑溶解度最大。 混合型表面活性劑，如C16H33(C2H4O)nSO4Na類化合物，其溶解 度隨n值增加而變大。 聚氧乙烯非離子表面活性劑溶解度隨環(huán)氧乙烷數(shù)增加而增加。,溫度的影響：,a、離子型表面活性劑溶解度隨溫度升高而增大， 至一定溫度后，溶解度增加很快，突變點(diǎn)時(shí)溫度 稱克拉夫特點(diǎn)。,b、非離子表面活性劑一般低溫易溶，溫度升至 一定程度后，表面活性劑溶液混濁，表面活性劑 析出分層。析出、分層并發(fā)生混濁時(shí)的溫度稱之 為該表面活性劑的濁點(diǎn)。,濁點(diǎn)產(chǎn)生的原因,影

17、響濁點(diǎn)的因素,1、親水基 疏水基相同，濁點(diǎn)隨氧乙烯基數(shù)的增加而升高，但不 是無止境的升高。,2、疏水基 氧乙烯基數(shù)相同，疏水基碳原子數(shù)越多，濁點(diǎn)越低。,3、外加電解質(zhì) 非離子表面活性劑水溶液中加入電解質(zhì)，濁點(diǎn)下降。,4、離子型表面活性劑 非離子表面活性劑水溶液中加入離子型表面活性劑， 濁點(diǎn)升高。,5、有機(jī)物 加入能與水完全混溶的有機(jī)物，濁點(diǎn)上升 如：甲酸、乙酸、丙酮、1,4二氧雜環(huán)己等 加入不能與水完全混溶的有機(jī)物，濁點(diǎn)下降 如：乙酸乙酯、乙酸甲酯、乙醚、甲乙酮等,濁點(diǎn)的測定,稱取非離子表面活性劑試樣1g，配成1 溶液，倒入大試管，使管內(nèi)液面高度為50mm， 然后在甘油浴中升溫，仔細(xì)觀察透明度

18、的變化， 邊加熱邊攪動(dòng)，當(dāng)試液呈混濁時(shí)，管內(nèi)顯示溫 度即為濁點(diǎn)。,作 業(yè),一、名詞解釋 非離子表面活性劑 克拉夫特點(diǎn) 二、問答題 解釋：什么是濁點(diǎn)？產(chǎn)生的原因是什么？有 哪些影響因素？,2、化學(xué)穩(wěn)定性,無機(jī)鹽穩(wěn)定性 離子型表面活性劑：易鹽析 非離子和兩性類表面活性劑：不易鹽析 氧化穩(wěn)定及熱穩(wěn)定性 分子結(jié)構(gòu)中CS、CF、O鍵較穩(wěn)定，不易破壞。 故碳氟表面活性劑、離子型中磺酸鹽類和非離子型中 聚氧乙烯醚類穩(wěn)定性較好。,酸堿穩(wěn)定性,另：凡具酯結(jié)構(gòu)的表面活性劑，在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿中均易水解。,3、生物活性：包括毒性、殺菌力，兩者基本對(duì)應(yīng)。,生物活性比較：陽離子型陰離子型非離子型 兩性表面活性劑具較小的毒性和較大的殺菌力，在 毒性及殺菌性組合上更優(yōu)于上述表面活性劑。,毒性大小用LD50表示 LD50：指使一群受試動(dòng)物中毒死一半所需的最低劑量 （mg/kg）。,溫和性,對(duì)皮膚刺激性最強(qiáng)的大多是陽離子表面活性劑。非離 子表面活性劑的刺激性一般都很低。多數(shù)陰離子表面活性 劑和兩性離子表面活性劑的刺激居于上述兩類之間。,4、生物降解性,生物降解