第五章陽離子表面活性劑

1、化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院第五章第五章 陽離子表面活性陽離子表面活性劑劑 陳朝暉陳朝暉(c-SAA)Chemistry and chemical engineering institute第五章第五章 陽離子表面活性劑陽離子表面活性劑Add Your TitleAdd Your TitleAdd Your Titlec-SAA在水溶液中在水溶液中呈現(xiàn)正電性，形成呈現(xiàn)正電性，形成帶正電荷的表面活帶正電荷的表面活性 離 子 。性 離 子 。 工 業(yè)工 業(yè) c -SAA多是含氮化合多是含氮化合物，物，如伯、仲、叔如伯、仲、叔胺及其衍生物的鹽胺及其衍生物的鹽和季銨鹽等。和季銨鹽等。有許多特殊

2、性質(zhì)，有許多特殊性質(zhì)，如抗靜電、殺菌、如抗靜電、殺菌、緩蝕、礦物浮選、緩蝕、礦物浮選、相轉(zhuǎn)移催化，織物相轉(zhuǎn)移催化，織物整理等。整理等。與與a-SAA、n-SAA相比，使用相比，使用量 相 對 較 少 ， 占量 相 對 較 少 ， 占SAA市場份額市場份額10。相對價(jià)格高。相對價(jià)格高。我國我國c-SAA的研發(fā)的研發(fā)和使用起步較晚，和使用起步較晚，但發(fā)展速度較快。但發(fā)展速度較快。5.1 概概 況況 (Introduction)NR4R2R1R3.X消毒殺消毒殺菌劑菌劑勻染劑勻染劑抗靜電劑抗靜電劑礦物浮礦物浮選劑選劑TEXT相轉(zhuǎn)移相轉(zhuǎn)移催化劑催化劑織物柔織物柔軟劑軟劑Chemistry and ch

3、emical engineering institute第五章第五章 陽離子表面活性劑陽離子表面活性劑5.1.1 陽離子表面活性劑的分類陽離子表面活性劑的分類胺鹽型胺鹽型鎓鎓鹽型鹽型季銨鹽型季銨鹽型雜環(huán)型雜環(huán)型是最為重要的是最為重要的c-SAA品種，既可品種，既可溶于酸性溶液，又可溶于堿性溶溶于酸性溶液，又可溶于堿性溶液，具有一系列優(yōu)良的性質(zhì)，而液，具有一系列優(yōu)良的性質(zhì)，而且與其他類型的且與其他類型的SAA相容性好相容性好 。十八烷基二甲基芐基氯化銨(緩染劑DC) NCH2C18H37CH3CH3Cl按照攜帶正電荷的原子不同，按照攜帶正電荷的原子不同，c-SAA還包括還包括鏻鏻鹽、锍鹽、鹽、锍

4、鹽、鉮鉮鹽和碘鹽和碘鎓鎓化合物等。均具有良化合物等。均具有良好的殺菌作用，碘好的殺菌作用，碘鎓鎓同時(shí)還具同時(shí)還具有良好的凈洗作用。有良好的凈洗作用。Chemistry and chemical engineering institute第五章第五章 陽離子表面活性劑陽離子表面活性劑c-SAA的的KT與與SAA疏水基碳疏水基碳鏈的長度呈線鏈的長度呈線性關(guān)系性關(guān)系KT = a + bn ，a, b是常是常數(shù)，數(shù)，n為碳鏈所為碳鏈所含碳原子的個(gè)含碳原子的個(gè)數(shù)，此外，也數(shù)，此外，也與成鹽配對的與成鹽配對的離子有關(guān)。離子有關(guān)。胺鹽型胺鹽型c-SAA對對pH敏感，季銨型的水敏感，季銨型的水溶性很好，并隨著

5、溶性很好，并隨著烷基碳增加呈下降烷基碳增加呈下降趨勢。有趨勢。有15以下烷以下烷基基C的易溶于水，反的易溶于水，反之難溶。單長鏈烷之難溶。單長鏈烷基季銨鹽溶于極性基季銨鹽溶于極性溶劑，不溶非極性溶劑，不溶非極性溶劑，雙長鏈烷基溶劑，雙長鏈烷基的幾乎不溶于水，的幾乎不溶于水，溶于非極性溶劑。溶于非極性溶劑。c-SAA隨著烷基碳隨著烷基碳鏈長度的增加，鏈長度的增加，逐逐漸下降；分子結(jié)構(gòu)漸下降；分子結(jié)構(gòu)相同時(shí)相同時(shí),在一定范圍在一定范圍內(nèi)，內(nèi)，隨活性劑溶液隨活性劑溶液的濃度升高而降低，的濃度升高而降低，降低到一定數(shù)值時(shí)降低到一定數(shù)值時(shí)又隨溶液濃度的升又隨溶液濃度的升高而增加。高而增加。水溶性水溶性克

6、拉夫特點(diǎn)克拉夫特點(diǎn)(Krafft point)表面活性表面活性c-SAA烷基碳烷基碳鏈長度增加，鏈長度增加，臨界膠束濃度臨界膠束濃度降低。降低。CMC劉在美劉在美, 吳京峰吳京峰, 談龍談龍, 等等.由六氟丙烯二聚體合成陽離子表面活性劑及其由六氟丙烯二聚體合成陽離子表面活性劑及其性能性能 J. 精細(xì)化工精細(xì)化工, 2005, (1): 53-55.5.1.2 c-SAA的性質(zhì)的性質(zhì) Chemistry and chemical engineering institute第五章第五章 陽離子表面活性劑陽離子表面活性劑主要合成方法主要合成方法Synthesis methods1. 高碳胺與低碳烷基

7、化劑合成季銨鹽2. 高碳鹵化物與低碳胺合成季銨鹽高碳鹵代烷與三甲胺、芐基二甲胺、吡啶等反應(yīng)。與二甲基烷基胺反應(yīng)。CH2ClCH3ClClCH2CH2OH等Chemistry and chemical engineering institute第五章第五章 陽離子表面活性劑陽離子表面活性劑5.2 典型產(chǎn)品合成典型產(chǎn)品合成Synthesis of Classical c-SAA溴化芐基銨溴化芐基銨(Benzalkonium bromide)商品名新潔爾滅商品名新潔爾滅+CH2ClNCH3C12H25CH3CH2ClNC12H25CH3CH3+CH2NCH3C12H25CH3CH2NC12H25Br

8、CH3CH3Br氯化芐銨氯化芐銨(Benzalkonium chloride)商品名潔爾滅商品名潔爾滅(1227)十六烷基三甲基溴化銨十六烷基三甲基溴化銨( (1631 /CTAB ) ) (Cetyltrimethylaminium Bromide)雙十八烷基二甲基氯化銨（雙十八烷基二甲基氯化銨（D1821）(Disteryldimethylaminium Chloride) + CH3Cl Cl -NHC18H37C18H37N+C18H37C18H37 合成陽離子表面活性劑的主要反應(yīng)是N-烷基化反應(yīng)，其中叔胺與烷基化試劑作用，生成季銨鹽的反應(yīng)也叫做季銨化反應(yīng)。Chemistry and

9、chemical engineering institute第五章第五章 陽離子表面活性劑陽離子表面活性劑PCH3CH3+C12H25Br110，3hr 乙 醇 BrPC12H25CH3CH3十二烷基二甲基苯基溴化鏻鎓鹽型鎓鹽型c-SAA雜環(huán)型雜環(huán)型c-SAANC16H33BrC16H33Br + N1401505hChemistry and chemical engineering institute第五章第五章 陽離子表面活性劑陽離子表面活性劑作業(yè)作業(yè) 1、c-SAA有什么特點(diǎn)？有什么特點(diǎn)？2、主要分類及其結(jié)構(gòu)？、主要分類及其結(jié)構(gòu)？3、1227、1631的合成？的合成？化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院化

10、學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院第六章第六章 兩性表面活性劑兩性表面活性劑 陳朝暉陳朝暉(am-SAA)Chemistry and chemical engineering institute第五章第五章 陽離子表面活性劑陽離子表面活性劑分類分類特性及應(yīng)用特性及應(yīng)用定義定義am-SAA是指由陰是指由陰離子和陽離子所組離子和陽離子所組成的成的SAA，即在親，即在親水基一端陽離子和水基一端陽離子和陰離子同時(shí)通過共陰離子同時(shí)通過共價(jià)鍵連接在疏水基價(jià)鍵連接在疏水基上的上的SAA。am-SAA品種較少品種較少。am-SAA大部分大部分是羧基鹽類型。其是羧基鹽類型。其中陰離子部分是羧中陰離子部分是羧酸基，由胺鹽構(gòu)成酸基，

11、由胺鹽構(gòu)成陽離子部分叫氨基陽離子部分叫氨基酸型酸型am-SAA；由；由季銨鹽構(gòu)成陽離子季銨鹽構(gòu)成陽離子部分的叫部分的叫甜菜堿型甜菜堿型am-SAA。這類這類SAA具有許多獨(dú)特的性具有許多獨(dú)特的性質(zhì)：存在等電點(diǎn)，在等電點(diǎn)質(zhì)：存在等電點(diǎn)，在等電點(diǎn)溶液中呈非電離特性；大于溶液中呈非電離特性；大于等電點(diǎn)等電點(diǎn)am-SAA呈呈a-SAA性質(zhì)，性質(zhì)，小于等電點(diǎn)小于等電點(diǎn)呈呈c-SAA性性質(zhì)且質(zhì)且殺菌性很強(qiáng)；起泡性良好，殺菌性很強(qiáng)；起泡性良好，去污力強(qiáng)；還具有防金屬腐去污力強(qiáng)；還具有防金屬腐蝕與表面抗靜電作用，復(fù)配蝕與表面抗靜電作用，復(fù)配性能好。主要作織物柔軟劑、性能好。主要作織物柔軟劑、滲透劑、凈洗劑、殺

12、菌劑、滲透劑、凈洗劑、殺菌劑、抗靜電劑，防蝕劑、油漆顏抗靜電劑，防蝕劑、油漆顏料分散劑，膠片乳劑鋪展劑。料分散劑，膠片乳劑鋪展劑。6.1 概概 況況 (Introduction)Chemistry and chemical engineering institute第五章第五章 陽離子表面活性劑陽離子表面活性劑氨基酸型氨基酸型Aminoacid am-SAA甜菜堿型甜菜堿型Betaine am-SAA咪唑啉型咪唑啉型Imidazoline am-SAACNCH2CH2NRH3CH2CH2CCH2COO-氧化胺型氧化胺型Amine oxide am-SAAR1N+R2R3O-OAE-18，十八酰

13、胺丙基氧化胺，十八酰胺丙基氧化胺C18H37N(CH2CH2OH)2O烷基二甲基甜菜堿、十二烷基乙氧基磺基甜菜堿烷基二甲基甜菜堿、十二烷基乙氧基磺基甜菜堿十二烷基氨基丙酸（十二烷基氨基丙酸（C12H25N+H2CH2CH2COO-）N-羧甲基羧甲基-N-羥基羥基-N-羥乙基羥乙基-2-十七烷基咪唑啉十七烷基咪唑啉Chemistry and chemical engineering institute第五章第五章 陽離子表面活性劑陽離子表面活性劑甜 菜 堿 型甜 菜 堿 型 a m -SAA的的KT與陰與陰離子親水基團(tuán)離子親水基團(tuán)類型有關(guān)，一類型有關(guān)，一般情況下羧酸般情況下羧酸型型KT 低，硫酸

14、低，硫酸酯及磺酸型的酯及磺酸型的高。無機(jī)鹽加高。無機(jī)鹽加入使入使am-SAA的的KT降低。降低。水溶性受到水溶性受到pH變化變化的影響。對于的影響。對于am-SAA pH=等電點(diǎn)時(shí)等電點(diǎn)時(shí)溶解度最低，小于溶解度最低，小于等電點(diǎn)時(shí)隨等電點(diǎn)時(shí)隨pH增加增加呈下降趨勢，大于呈下降趨勢，大于等電點(diǎn)時(shí)隨等電點(diǎn)時(shí)隨pH增加增加呈上升趨勢。呈上升趨勢。 am-SAA等電點(diǎn)：氨基等電點(diǎn)：氨基酸型酸型pH=2-4.5，咪，咪唑啉型唑啉型 pH=7，甜菜，甜菜堿型堿型pH更復(fù)雜。更復(fù)雜。am-SAA隨著隨著烷基碳鏈長度烷基碳鏈長度的增加，的增加，顯顯著下降，著下降，LSDR增加。增加。水溶性水溶性克拉夫特點(diǎn)克拉夫

15、特點(diǎn)(Krafft point)表面活性表面活性甜菜堿型甜菜堿型am-SAA臨臨界膠束濃度與碳鏈界膠束濃度與碳鏈長 度 的 關(guān) 系 ：長 度 的 關(guān) 系 ：logCMC=A-BN。氨。氨基酸型基酸型am-SAA臨界臨界膠束濃度隨膠束濃度隨pH值升值升高而升高。高而升高。CMC6.2 am-SAA的性質(zhì)的性質(zhì) 表6-1 甜菜堿型活性劑的等電點(diǎn)活性劑結(jié)構(gòu)RC12C18C12C18C8C10C12等電點(diǎn)5.16.14.86.84.77.54.67.65.59.56.19.56.79.5NCH2CH2COORCH3CH3NCH2COORCH2CH2OHCH2CH2OHNCH3CH3CH3CHCOOR2

16、468101214050100150200250溶 解 度pH圖6-1 水溶性與pH值的關(guān)系 鈣皂分散力鈣皂分散力（LSDR, lime soap disporsing rate）或鈣皂分散性是指）或鈣皂分散性是指100g油酸鈉在硬度為油酸鈉在硬度為333mgCaCO3/L的硬水中維持分散，恰好無鈣皂沉的硬水中維持分散，恰好無鈣皂沉淀發(fā)生時(shí)所需鈣皂分散劑的質(zhì)量淀發(fā)生時(shí)所需鈣皂分散劑的質(zhì)量Chemistry and chemical engineering institute第五章第五章 陽離子表面活性劑陽離子表面活性劑氨基酸型氨基酸型Aminoacid am-SAA甜菜堿型甜菜堿型Betain

17、e am-SAA咪唑啉型咪唑啉型Imidazoline am-SAACNCH2CH2NRH3CH2CH2CCH2COO-R N H2 + C lC H2C O O N aR N H C H2C O O N aR N H2 + 2 C lC H2C O O N aC H2C O O N aC H2C O O N aNR十二烷基二甲基甜菜十二烷基二甲基甜菜堿（堿（BS-12）、）、 -烷基烷基三甲基甜菜堿、烷基三甲基甜菜堿、烷基酰胺丙基甜菜堿酰胺丙基甜菜堿 、磺、磺酸鹽甜菜堿酸鹽甜菜堿NC1 2H2 5C H3C H3+ C lC H2C O O N a6 0 8 0 NC H3C H3C1 2H

18、2 5C H2C O O+ N a C lH2ONC12H25CH3CH3+ ClCH2COONa6080NCH3CH3C12H25CH2COO+ NaClH2ONCH3CH3C18H37CH2COONCH2CH2OHCH2CH2OHC12H25CH2COO十八烷基二甲基甜菜堿十八烷基二甲基甜菜堿 十二烷基二羥乙基甜菜堿十二烷基二羥乙基甜菜堿6.3典型產(chǎn)品合成典型產(chǎn)品合成Synthesis of Classical am-SAAC1 4H2 9CH2COOH+Br2C1 4H2 9CHCOOHBrN( CH3)3C1 4H2 9CHCOO-N+( CH3)3C14H29CH2COOH+Br2C

19、14H29CHCOOHBrN(CH3)3C14H29CHCOO-N+(CH3)3C1 1H2 3C O O H+H2NNC1 1H2 3C ON HN- H2OC lC H2C O O N aC1 1H2 3C ON HN+C O O-C1 1H2 3COOH+H2NNC1 1H2 3CONHN- H2OCl CH2COONaC1 1H2 3CONHN+COO-NC12H25CH3CH36080NCH3CH3C12H25+ NaClH2OOCl+NaHSO3HOClNaO3SSO3-OH氧化胺型氧化胺型Amine oxide am-SAAR1N+R2R3O-Chemistry and chem

20、ical engineering institute第五章第五章 陽離子表面活性劑陽離子表面活性劑作業(yè)作業(yè) 1、am-SAA有什么特點(diǎn)？有什么特點(diǎn)？2、主要分類及其結(jié)構(gòu)？、主要分類及其結(jié)構(gòu)？3、BS-12的合成？的合成？化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院第七章第七章 其它表面活性劑其它表面活性劑 陳朝暉陳朝暉Chemistry and chemical engineering institute第五章第五章 陽離子表面活性劑陽離子表面活性劑7.1 氟烴氟烴SAA (Fluorocarbon SAA)SAA碳?xì)滏溨械臍湓硬糠只蛉勘环尤〈?，形成的一類新型碳?xì)滏溨械臍湓硬糠只蛉勘环?/p>

21、取代，形成的一類新型SAA-氟烴氟烴SAA。氫原子氫原子可以部分被可以部分被氟氟原子取代，也可全部被原子取代，也可全部被氟氟原子取代，后者稱為原子取代，后者稱為全全氟氟表面活性劑。表面活性劑。 例如：例如：CF3(CF2)6COO NaCF3(CF2)6CF2SO3NaChemistry and chemical engineering institute第五章第五章 陽離子表面活性劑陽離子表面活性劑1 高表高表面活性面活性2高熱高熱穩(wěn)定性穩(wěn)定性3高化學(xué)高化學(xué)穩(wěn)定性穩(wěn)定性4兩憎兩憎氟烴氟烴SAA有極高的表有極高的表面活性，其水溶液的面活性，其水溶液的可低至可低至15mN/m以下以下(812個(gè)碳

22、原子最佳，個(gè)碳原子最佳，甚至可低到甚至可低到12mN/m)，這是其它類型這是其它類型SAA所所遠(yuǎn)不及的。遠(yuǎn)不及的。氟 烴氟 烴 S A A具 有具 有 高 熔高 熔點(diǎn)點(diǎn)、高高Krafft點(diǎn)點(diǎn)和和在 溶 劑 中在 溶 劑 中溶解度底溶解度底、耐 高 溫 的耐 高 溫 的特點(diǎn)。特點(diǎn)。氟烴氟烴SAA耐耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿，強(qiáng)酸、強(qiáng)堿，強(qiáng)氧化劑，強(qiáng)氧化劑，在濃硫酸在濃硫酸 濃硝酸中不濃硝酸中不分解分解 其分其分解溫度高達(dá)解溫度高達(dá)420。全氟烴全氟烴SAA同時(shí)同時(shí)具有既疏水又疏具有既疏水又疏油的性質(zhì)，不但油的性質(zhì)，不但能降低水的能降低水的，而且也能降低液而且也能降低液態(tài)碳?xì)浠衔锏膽B(tài)碳?xì)浠衔锏摹?.1.1

23、氟烴氟烴SAA的基本特性的基本特性3HHCHCHCO772215ClCOClHFCOFCOOHSOF817(e)1515F7C(e)FHF2OH178SO2CFCSO817FChemistry and chemical engineering institute第五章第五章 陽離子表面活性劑陽離子表面活性劑7. 2 有機(jī)硅有機(jī)硅SAA (Silicone SAA)親油基由聚硅烷或聚硅氧烷組成的表面活性劑，潤滑性好，柔軟性親油基由聚硅烷或聚硅氧烷組成的表面活性劑，潤滑性好，柔軟性好，用于高級織物的整理劑，還是公認(rèn)的最優(yōu)消泡劑。好，用于高級織物的整理劑，還是公認(rèn)的最優(yōu)消泡劑。二甲聚硅氧烷，又名二甲硅酮，二甲聚硅氧烷，又名二甲硅酮，n=200300SiCH3H3CCH3OSiCH3CH3OSiCH3CH3CH3n1季銨鹽含硅季銨鹽含硅SAA的的殺菌能力強(qiáng)，配成殺菌能力強(qiáng)，配成稀溶液就能殺死各稀溶液就能殺死各種細(xì)菌，例如革蘭種細(xì)菌，例如革蘭氏陰性細(xì)菌、葡萄氏陰性細(xì)菌、葡萄球菌、真菌等。球菌、真菌等。2硅氧烷硅氧烷SAA