第5章陽離子表面活性劑剖析

1、10/26/2018,表面活性劑應用導論,第五章,輕化工程專業(yè),丁斌,第,5,章,陽離子表面活性劑,5.1,陽離子表面活性劑概述,5.2,陽離子表面活性劑的性質(zhì),5.3,幾種陽離子表面活性劑,5.4,陽離子表面活性劑的應用,5.1,陽離子表面活性劑概述,陽離子表面活性劑是具有陽離子親水基團的表,面活性劑,依據(jù)親水基結(jié)構(gòu)分類,1,胺鹽型,2,季銨鹽型,3,雜環(huán)型,4,鎓,鹽型,1,胺鹽型,該類產(chǎn)物是脂肪胺與無機酸形成的鹽,只溶于酸性,溶液中，在酸性條件下具有表面活性,而在堿性條件下,胺鹽與堿作用生成游離胺而使其溶解度降低失去表面,活性，因此它的使用范圍受到一定的限制,代表品種結(jié)構(gòu)式,5.1,陽離

2、子表面活性劑概述,R-NH,2,HCl,伯胺鹽,CH,3,R-N-HCl,仲胺鹽,H,CH,3,R-N-HCl,叔胺鹽,CH,3,2,季銨鹽型,季銨鹽與胺鹽不同，它在堿性和酸性介質(zhì)中都能溶,解，且離解為帶正電荷的表面活性離子,季銨鹽洗滌能力差，但殺菌能力強,在陽離子表面,活性劑中的地位最為重要，產(chǎn)量也最大,代表品種結(jié)構(gòu)式,5.1,陽離子表面活性劑概述,R,1,R,2,N,CH,3,X,R,3,5.1,陽離子表面活性劑概述,3,雜環(huán)型,雜環(huán)類陽離子表面活性劑是分子中除碳、氫原子外,還含有其它原子，且呈環(huán)狀結(jié)構(gòu)的化合物,這類表面活性劑有,嗎啉型,吡啶型,R,N,X,5.1,陽離子表面活性劑概述,3

3、,雜環(huán)型,咪唑啉型,哌嗪型,喹啉型,5.1,陽離子表面活性劑概述,4,鎓,鹽型,按照攜帶正電荷的原子不同，如,P,As,S,I,等,陽離子表面活性劑還包括,鏻,鹽、锍鹽、碘,鎓,和,鉮,鹽化合,物等,鏻,鹽化合物,該類陽離子表面活性劑,具有良好的殺菌性能,主要,用作乳化劑、殺蟲劑、殺菌劑等。此外,四羥甲基氯化,鏻,還具有優(yōu)良的阻燃性能，可作為織物阻燃整理劑,CH,2,OH,HOH,2,C,P,CH,2,OH,Cl,CH,2,OH,P,X,R,1,R,2,R,4,R,3,5.1,陽離子表面活性劑概述,锍鹽化合物,锍鹽化合物可溶于水，具有除草、殺滅軟體動物,殺菌和殺真菌等作用,是有效的殺菌劑,而且

4、對皮膚的,刺激小，因此使用性能優(yōu)于傳統(tǒng)的季銨鹽化合物,氧化锍衍生物,是锍鹽型陽離子表面活性劑中性能十,分優(yōu)異的品種，它在陰離子洗滌劑和傳統(tǒng)的松香皂配方,中均能保持良好的殺菌性,S,R,1,R,3,R,2,X,C,12,H,25,SCH,3,CH,3,2,SO,4,C,12,H,25,S,CH,3,2,CH,3,SO,4,O,O,5.1,陽離子表面活性劑概述,碘,鎓,化合物,碘,鎓,化合物的優(yōu)點是同陰離子型洗滌劑和肥皂具有,較好的相容性，抗微生物效果好，而且對次氯酸鹽的漂,白作用有較好的穩(wěn)定性。其結(jié)構(gòu)通式為,I,X,R,1,R,2,I,過氧乙酸,氧化,IO,H,2,SO,4,環(huán)化,I,HSO,4

5、,鄰碘聯(lián)苯,亞碘酰聯(lián)苯,聯(lián)苯碘,鎓,硫酸鹽,5.1,陽離子表面活性劑概述,鉮,鹽化合物,鉮,鹽型陽離子表面活性劑的性質(zhì)與,鏻,鹽化合物近似,其化學通式為,As,X,R,1,R,2,R,4,R,3,第,5,章,陽離子表面活性劑,5.1,陽離子表面活性劑概述,5.2,陽離子表面活性劑的性質(zhì),5.3,幾種陽離子表面活性劑,5.4,陽離子表面活性劑的應用,5.2,陽離子表面活性劑的性質(zhì),在陽離子表面活性劑中，應用最廣泛的是季銨鹽型,且具有代表性，因此，這里僅討論季銨鹽型陽離子表面,活性劑結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系,1,溶解性,g,100,ml,N,CH,2,CH,3,R,CH,3,Cl,R,的碳數(shù),水中,95,

6、乙醇中,11,70,84,12,50,75,75,13,52,81,14,26.7,74.5,15,16.1,74,16,0.85,62,17,0.48,72,18,0.10,52.6,19,0.096,54,隨著碳鏈長度的增加,其水溶性和醇溶性均呈下降,趨勢,碳原子數(shù),15,個的易,溶于水，碳原子數(shù),15,個的,水溶性急劇下降,5.2,陽離子表面活性劑的性質(zhì),1,溶解性,疏水性烷基的個數(shù)、鏈上的取代基的性質(zhì)對表面,活性劑的溶解性能也有影響,含有單個長鏈時,R,1,能溶于極性溶劑，但不溶,于非極性溶劑；而含有兩個長鏈時,R,1,R,2,幾乎不溶,于水，但溶于非極性溶劑,當烷基鏈上帶有親水性或不

7、飽和基團時，能增,加其水溶性,N,CH,2,CH,3,R,1,CH,3,Cl,N,CH,2,CH,3,R,1,R,2,Cl,5.2,陽離子表面活性劑的性質(zhì),2)Krafft,溫度點,離子型表面活性劑在低溫時溶解度較低，隨著溫度,的升高溶解度增大，當達到某一溫度以后其溶解度突然,迅速增加，該溫度即,Krafft,點或臨界溶解溫度,CST,Krafft,點是離子型表面活性劑單體、膠束和未溶,解的表面活性劑固體共存的三相點,陽離子表面活性劑的,Krafft,點是表征其在水溶液中,溶解性能的特征指標,Krafft,點越高，表面活性劑越難溶，溶解度越低,Krafft,點越低，表面活性劑越易溶，溶解度越高

8、,5.2,陽離子表面活性劑的性質(zhì),2)Krafft,溫度點,Krafft,點與疏水碳鏈長度的關(guān)系,通常,Krafft,點與表面活性劑疏水基碳鏈的長度呈,線性關(guān)系,并可表示為,Krafft,點,a,bn,a,b,常數(shù),n,碳鏈所含碳原子的個數(shù),依此式,碳鏈越長,n,值越大，則,Krafft,點越高,溶解度越低,5.2,陽離子表面活性劑的性質(zhì),2)Krafft,溫度點,Krafft,點與疏水碳鏈長度的關(guān)系,同系物的碳氫鏈越長其,Krafft,點的溫度越高,通過,Krafft,點可以衡量表面活性劑的溶解性能,5.2,陽離子表面活性劑的性質(zhì),2)Krafft,溫度點,Krafft,點與成鹽的配對陰離子

9、的關(guān)系,如，配對陰離子對十六烷基吡啶,Krafft,點的影響,N,X,C,16,H,33,配對陰離子,X,Krafft,點,Cl,17,Br,28,I,45,按照,Cl,Br,I,的次序,表面活性劑的,Krafft,點溫度,升高，由此可知，其溶解性能,將按此順序依次降低,5.2,陽離子表面活性劑的性質(zhì),3,表面張力,季銨鹽型表面活性劑烷基碳數(shù)與表面張力的規(guī)律,N,CH,2,CH,3,R,CH,3,Cl,R,的碳數(shù),0.1,溶液,0.01,溶液,8,67.5,72.3,9,64.3,72.2,10,60.6,71.9,11,53.9,70.9,12,47.6,68.7,13,43.6,67.1,

10、14,43.6,62.4,15,43.5,53.9,16,43.5,43.7,17,43.2,43.2,18,43.0,43.4,19,43.0,43.6,隨著烷基碳鏈長度的,增加，表面活性劑的表,面張力逐漸下降,表中,表面張力,mN/m,5.2,陽離子表面活性劑的性質(zhì),3,表面張力,分子結(jié)構(gòu)相同時，表面張力與溶液的濃度有關(guān),溶液濃度,mol/L,mN/m,0.002,69.8,0.005,59.4,0.01,41.3,0.025,38.0,0.04,31.3,0.05,35.0,0.1,35.6,分子結(jié)構(gòu)相同時，溶液濃,度升高，表面張力逐漸降低,溶液濃度升高到一定值時,如,0.04 mol/

11、L,之后，表面,張力反而略有升高,N(CH,3,3,Cl,C,16,H,33,5.2,陽離子表面活性劑的性質(zhì),4,臨界膠束濃度,CMC,季銨鹽型表面活性劑烷基碳數(shù)與,CMC,的規(guī)律,隨著烷基碳數(shù)增加，臨界膠束濃度,CMC,降低,N(CH,3,3,Cl,C,12,H,25,N,C,12,H,25,CH,3,CH,3,CH,2,Cl,CMC,1.5,10,2,mol/L,CMC,7.8,10,3,mol/L,5.2,陽離子表面活性劑的性質(zhì),4,臨界膠束濃度,CMC,季銨鹽型表面活性劑烷基碳數(shù)與,CMC,的規(guī)律,同系物隨其碳氫鏈增長，臨界膠束濃度,CMC,降低,N(CH,3,3,Cl,C,14,H,

12、29,CMC,3.5,10,3,mol/L,CMC,9.2,10,4,mol/L,N(CH,3,3,Cl,C,16,H,33,第,5,章,陽離子表面活性劑,5.1,陽離子表面活性劑概述,5.2,陽離子表面活性劑的性質(zhì),5.3,幾種陽離子表面活性劑,5.4,陽離子表面活性劑的應用,5.3,幾種陽離子表面活性劑,1,烷基季銨鹽,X,N,CH,3,CH,3,CH,3,C,1,2,H,2,5,N,C,1,2,H,2,5,CH,3,CH,3,CH,3,X,X,N,CH,3,CH,3,CH,3,C,1,6,H,3,3,N,C,1,6,H,3,3,CH,3,CH,3,CH,3,X,醇介質(zhì),回流,十二烷基三甲

13、基溴化銨，表活劑,1231-Br,殺菌劑、抗靜電劑,直接染料固色劑,十六烷基三甲基溴化銨，表活劑,1631-Br,殺菌劑、織物柔軟劑,Br,溴,水介質(zhì),60-80,o,C,5.3,幾種陽離子表面活性劑,N,C,1,2,H,2,5,CH,3,CH,3,CH,3,Cl,X,N,CH,3,CH,3,CH,3,C,1,2,H,2,5,X,N,C,1,6,H,3,3,CH,3,CH,3,CH,3,Cl,X,N,CH,3,CH,3,CH,3,C,1,6,H,3,3,石油醚溶劑,加壓,80,o,C 1h,X,十二烷基三甲基氯化銨，乳膠防粘劑,DT,主要用于乳膠防粘和殺菌,十六烷基三甲基氯化銨，纖維柔軟劑,C

14、TAC,Cl,氯,1,烷基季銨鹽,加熱,加壓,5.3,幾種陽離子表面活性劑,2,含雜原子的季銨鹽,特點：是親水的季銨陽離子與烷基疏水基是通過酰胺鍵,酯鍵、醚鍵或硫醚等基團相連接，所以又稱間接連接型,陽離子表面活性劑,含氧原子,含酰氨基的,含醚基的,C,17,H,33,CNHCH,2,CH,2,NH,CH,3,CH,3,SO,4,O,C,2,H,5,C,2,H,5,表活劑,Sapamine MS,C,18,H,37,OCH,2,N(CH,3,3,Cl,5.3,幾種陽離子表面活性劑,含氮原子,C,10,H,21,NCH,2,CH,2,Cl,N(CH,3,3,CH,3,C,12,H,25,NCHCH

15、,2,I,N(CH,3,3,CH,3,5.3,幾種陽離子表面活性劑,含硫原子,C,12,H,25,S,CH,2,N(CH,3,2,C,12,H,25,Cl,C,12,H,25,S,CH,2,N(CH,3,2,CH,2,CH,2,OH,Cl,5.3,幾種陽離子表面活性劑,3,含有苯環(huán)的季銨鹽,十二烷基二甲基芐基氯化銨,潔爾滅,1227 /TAN,N,CH,3,CH,3,C,1,2,H,2,5,CH,2,Cl,C,1,2,H,2,5,CH,3,CH,3,N,Cl,CH,2,80,90,o,C,3h,Br,C,1,2,H,2,5,N,CH,3,CH,3,CH,2,十二烷基二甲基芐基溴化銨,新潔爾滅,

16、5.3,幾種陽離子表面活性劑,3,含有苯環(huán)的季銨鹽,十二烷基二甲基芐基氯化銨,潔爾滅,1227 /TAN,陽離子活性劑,1227,易溶于水，穩(wěn)定性良好，能耐,熱、耐光、耐壓、無揮發(fā)性,1227,是一種非氧化性殺菌劑，具有廣譜、高效的,殺菌滅藻能力，并具有一定的分散、滲透作用和一定,的緩蝕作用，此外，還具有良好的發(fā)泡能力,但所帶離子性與陰離子表面活性劑恰好相反，所,以不能與陰離子表面活性混在一起使用，若混合，則,產(chǎn)生沉淀并失去效能,5.3,幾種陽離子表面活性劑,3,含有苯環(huán)的季銨鹽,N,N,二乙基,(3,甲氧基苯氧乙基,芐基氯化銨,NTN,NTN,是一種殺菌劑。其疏水部分含有醚基,CH,3,O,

17、OCH,2,CH,2,N,CH,2,C,2,H,5,C,2,H,5,Cl,5.3,幾種陽離子表面活性劑,3,含有苯環(huán)的季銨鹽,Zephirol M,Zephirol M,的疏水部分含有磺酰胺基團,SNH(CH,3,3,N,CH,2,CH,3,CH,3,Cl,CH,R,CH,3,O,O,5.3,幾種陽離子表面活性劑,3,含有苯環(huán)的季銨鹽,Hyamine 1622,C,CH,3,N,CH,3,CH,3,Cl,CH,3,CH,3,CH,2,C,CH,3,CH,3,OCH,2,CH,2,OCH,2,CH,2,CH,2,5.3,幾種陽離子表面活性劑,4,含雜環(huán)的季銨鹽,季銨鹽分子中所含的主要是嗎啉環(huán),吡

18、啶環(huán),咪唑啉環(huán),哌嗪環(huán),喹啉環(huán)，等,主要用作,濕潤劑、洗滌劑、殺菌劑、緩蝕劑、纖維柔軟劑,助染色劑、抗靜電劑、分散劑、起泡劑，等,5.3,幾種陽離子表面活性劑,4,含雜環(huán)的季銨鹽,含有,嗎啉環(huán),的季銨鹽,N,O,SO,3,OCH,3,C,16,H,33,CH,3,HCl,N,甲基,N,十六烷基嗎啉甲基硫酸酯鹽,5.3,幾種陽離子表面活性劑,4,含雜環(huán)的季銨鹽,含有,嗎啉環(huán),的季銨鹽,嗎啉季銨鹽可作為潤濕劑、洗凈劑、殺菌劑以及潤滑劑組分,N,O,R,R,Cl,N,S,R,R,Cl,硫代嗎啉季銨鹽,5.3,幾種陽離子表面活性劑,4,含雜環(huán)的季銨鹽,含有,嗎啉環(huán),的季銨鹽,C,CH,3,N,O,SO

19、,3,OC,2,H,5,CH,3,CH,3,CH,2,C,CH,3,CH,3,OCH,2,CH,2,OCH,2,CH,2,C,2,H,5,對叔辛基苯氧乙基,N,乙基嗎啉,N,乙基醚乙基硫酸酯鹽,該活性劑主要用作起泡劑,5.3,幾種陽離子表面活性劑,4,含雜環(huán)的季銨鹽,含有,哌嗪環(huán),的季銨鹽,C,CH,3,N,NH,Cl,CH,3,CH,3,CH,2,C,CH,3,CH,3,OCH,2,CH,2,OCH,2,CH,2,CH,2,對叔辛基苯氧乙基,N,芐基哌嗪,N,乙基醚氯化物,該活性劑主要用作一種殺菌劑的分散劑,5.3,幾種陽離子表面活性劑,4,含雜環(huán)的季銨鹽,含有,吡啶環(huán),的季銨鹽,主要用作纖

20、維防水劑，也作染色助劑和殺菌劑,氯化十二烷基吡啶,Cl,C,12,H,25,N,Cl,C,16,H,33,N,氯化十六烷基吡啶,Cl,C,17,H,35,CONHCH,2,N,Br,C,16,H,33,N,溴化十六烷基吡啶,氯化硬脂酰甲胺基吡啶,5.3,幾種陽離子表面活性劑,4,含雜環(huán)的季銨鹽,含有,吡啶環(huán),的季銨鹽,HC,N,Cl,CH,3,CONHCH,2,CH,2,OC,C,11,H,23,O,Br,Emcol E-607,是一種礦物浮選劑,5.3,幾種陽離子表面活性劑,4,含雜環(huán)的季銨鹽,含有,吡啶環(huán),的季銨鹽,Cl,C,16,H,33,OCH,2,N,Velan PF,Cl,C,12

21、,H,25,CONHCH,2,N,Zelan PF,5.3,幾種陽離子表面活性劑,4,含雜環(huán)的季銨鹽,含有,喹啉環(huán),的季銨鹽,即含有喹啉或異喹啉環(huán)的季銨鹽。主要用作殺菌,劑，也可作柔軟劑、潤濕劑及礦物浮選劑。如,N,C,11,H,25,Cl,Isothan Q,5.3,幾種陽離子表面活性劑,4,含雜環(huán)的季銨鹽,含有,咪唑啉環(huán),的季銨鹽,結(jié)構(gòu)通式,R,C,N,CH,2,CH,2,N,C,2,H,4,OH,R,Cl,R,是含,8,22,個碳原子的長鏈烷基,R,是低級烷基或,芐基等,此類表活劑主要用作優(yōu)良的纖維柔軟劑和平滑劑,能賦予腈綸、棉、尼龍等織物優(yōu)異的柔軟性，并能提高,織物的使用性能。也常用作

22、性能優(yōu)異的起泡劑和直接染,料固色劑,5.3,幾種陽離子表面活性劑,4,含雜環(huán)的季銨鹽,含有,咪唑啉環(huán),的季銨鹽,C,N,CH,2,CH,2,N,C,2,H,4,OH,Cl,CH,2,C,13,H,27,Alrosopt MB,是一種強力殺菌劑,5.3,幾種陽離子表面活性劑,4,含雜環(huán)的季銨鹽,含有其他雜環(huán)的季銨鹽,含,噁,唑環(huán),的季銨鹽。在堿性條件下易于開環(huán)形成,開鏈季銨鹽,R,N,O,H,R,X,R,N,O,H,3,C,H,3,C,Br,R=C,9,H,19,C,13,H,27,C,12,H,25,C,16,H,33,R=H , CH,3,X=CH,3,COO , CH,3,CHOHCOO,

23、5.3,幾種陽離子表面活性劑,4,含雜環(huán)的季銨鹽,含有其他雜環(huán)的季銨鹽,含,嘧唑環(huán),的季銨鹽。結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，不易分解,X,R,N,N,H,2,N,Ph,5.3,幾種陽離子表面活性劑,5,胺鹽型,主要有長鏈烷基伯、仲、叔胺鹽三大類,長鏈烷基伯胺鹽酸鹽,主要用作纖維柔軟劑和礦物浮選劑,RNH,2,HC,l,RNH,2,HCl,5.3,幾種陽離子表面活性劑,5,胺鹽型,主要有長鏈烷基伯、仲、叔胺鹽三大類,仲胺鹽,目前市售商品主要是,Priminox,系列，結(jié)構(gòu)通式為,C,12,H,25,NH(CH,2,CH,2,n,CH,2,CH,2,OH,n,0,4,14,24,商品牌號,Priminox 43,

24、Priminox 10,Priminox 20,Priminox 32,5.3,幾種陽離子表面活性劑,5,胺鹽型,主要有長鏈烷基伯、仲、叔胺鹽三大類,叔胺鹽,其中，最重要的品種是,親油基中含有酯基的,Soromine,系列，用作滲透劑,勻染劑,含有酰基的,Ninol,Sapamine,系列產(chǎn)品，用作纖,維柔軟劑、直接染料固色劑,C,12,H,25,NH(CH,2,CH,2,n,CH,2,CH,2,OH,5.3,幾種陽離子表面活性劑,5,胺鹽型,叔胺鹽,a,親油基中含有酯基的,Soromine,系列,重要品種,Soromine A,國內(nèi)商品牌號,乳化劑,FM,具有良好的滲透性和勻染性，結(jié)構(gòu)式,C

25、,17,H,35,COOCH,2,CH,2,CH,2,CH,2,OH,CH,2,CH,2,OH,N,5.3,幾種陽離子表面活性劑,5,胺鹽型,叔胺鹽,a,親油基中含有酯基的,Soromine,系列,其他品種還有,Soromine DB,Soromine AF,C,17,H,35,COOCH,2,CH,2,N(C,4,H,9,2,C,17,H,35,COOCH,2,CH,2,NHCH2CH,2,O(CH,2,CH,2,O,2,3,H,5.3,幾種陽離子表面活性劑,5,胺鹽型,叔胺鹽,b,含有?；?Ninol,系列,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)通式,RCO,CH,2,CH,2,OH,CH,2,CH,2,OH,N,長碳鏈烷基和酰胺鍵相連，抗水解性能好,5.3,幾種陽離子表面活性劑,5,胺鹽型,叔胺鹽,b,含有?；?Sapamine,系列,主要用作纖維柔軟劑、直接染料固色劑,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)通式,主要產(chǎn)品,C,17,H,33,CONHCH,2,CH,2,N(C,2,H,5,2,HX,HX,CH,3,COOH,HCl,CH,3,CHOHCOOH,商品牌號,Sapamine A,Sapamine CH,Sapamine L,5.3,幾種陽離子表面活性