兩性表面活性劑

1、關(guān)于兩性表面活性劑第一張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.1 兩性表面活性劑概述6.2 兩性表面活性劑的性質(zhì)6.3 兩性表面活性劑的合成6.4 兩性表面活性劑的應(yīng)用第二張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月本章重點(diǎn)1掌握兩性表面活性劑的基本性質(zhì)2. 掌握兩性表面活性劑的分類(lèi)方法3理解兩性表面活性劑的合成4了解兩性表面活性劑的應(yīng)用第三張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月表 面 活 性 劑陰離子型表面活性劑1陽(yáng)離子型表面活性劑2 兩性表面活性劑3非離子型離子型第四張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.1 兩性表面活性劑概述廣義地說(shuō)：所謂兩性表面活性劑，是指同時(shí)具有兩種離子性質(zhì)的

2、表面活性劑。第五張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月通常所說(shuō)的兩性表面活性劑，是指由陰離子和陽(yáng)離子所組成的表面活性劑。換言之，單就兩性表面活性劑結(jié)構(gòu)來(lái)講，在親水基一端既有陽(yáng)離子(+)也有陰離子(-)。第六張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月整個(gè)表面活性劑中開(kāi)發(fā)較晚的一類(lèi)：1937年美國(guó)專(zhuān)利開(kāi)始報(bào)道；1940年美國(guó)杜邦公司首次報(bào)道了甜菜堿系兩性表面活性劑；1948年，法國(guó)研究出對(duì)電解質(zhì)穩(wěn)定的氨基酸系兩性表面活性劑，并應(yīng)用于外科消毒殺菌等方面；我國(guó)自20世紀(jì)70年代前后開(kāi)始研究，目前有少量品種逐漸投入市場(chǎng)。第七張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.1.1 兩性表面活性劑的特性4 耐水

3、硬性和耐高濃度電解質(zhì)性2 可以和所有其他類(lèi)型的表面活性劑復(fù)配3 毒性低、對(duì)皮膚眼睛刺激性小1 具有等電點(diǎn)9 良好的生物降解性5、6、7第八張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 1、兩性表面活性劑具有等電點(diǎn) 兩性表面活性劑通常總含有酸性基團(tuán)和堿性基團(tuán)，因此，在溶液中表現(xiàn)出最大的特征是有著兩性化合物物共同具有的等電點(diǎn)性質(zhì)。它與兩性表面活性劑的許多性質(zhì)，如吸附、溶解等密切相關(guān)。第九張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月以氨基丙酸為例 PH4 PH4 PH4第十張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月在PH4，呈現(xiàn)陰離子型表面活性劑特征；在PH4，呈現(xiàn)陽(yáng)離子型表面活性劑特征；在PH4附近，以?xún)?nèi)鹽

4、的形式存在，這種內(nèi)鹽一般成為“兩性離子”。第十一張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 在PH4左右的狹窄范圍內(nèi)，若將此溶液置于電場(chǎng)中，溶液的雙離子化合物不向任何方向移動(dòng)，即分子內(nèi)的凈電荷為零，此點(diǎn)被稱(chēng)作等電點(diǎn)。 在等電點(diǎn)時(shí)，表面活性劑在水中的溶解度最低，它的發(fā)泡、潤(rùn)濕及洗滌能力也最低。第十二張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2、幾乎可以同所有其他類(lèi)型的表面活性劑進(jìn)行復(fù)配，而且在一般情況下都產(chǎn)生加和增效作用。3、具有較低的毒性和對(duì)皮膚、眼睛刺激性，可以用在化妝品和洗發(fā)香波中。第十三張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月4、具有極好的耐硬水性和耐高濃度電解性，甚至在海水中也可以有效地使

5、用。5、對(duì)織物有優(yōu)異的柔軟平滑性和抗靜電性。 例如：滌綸線用月桂酸為原料的咪唑啉兩性表面活性劑處理后，表面電阻可7.51011歐姆降到1.2107歐姆。6、具有良好的乳化性和分散性。第十四張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月7、可以吸附在帶有負(fù)電荷或正電荷的物質(zhì)表面上，而不產(chǎn)生憎水薄層，因此有很好的潤(rùn)濕性和發(fā)泡性。 第十五張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月8、兩性表面活性劑的殺菌性能 兩性表面活性劑作為殺菌劑，具有許多陽(yáng)離子型表面活性劑所不及的優(yōu)點(diǎn)，甜菜堿、咪唑啉型尤為突出：1）具有良好的洗凈力和浸濕能力，毒性低。2）殺菌能力受PH值影響小，在蛋白質(zhì)、氨基酸 等存在時(shí)殺菌力基本不變；

6、3）對(duì)金屬有緩蝕作用，適于對(duì)金屬器皿的凈洗 和殺菌；4）和其他類(lèi)型的表面活性劑配伍性好。第十六張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月9、有良好的生物降解性 當(dāng)ABS、LAS、AES分別降解10%、55%、80%的情況下，兩性表面活性劑一般可達(dá)95-100%。第十七張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.1.2 兩性表面活性劑的分類(lèi)6.1.2.1 按陰離子部分的親水基團(tuán)分類(lèi)羧酸鹽型磺酸鹽型硫酸酯鹽型磷酸酯鹽型第十八張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.1.2.2 按整體化學(xué)結(jié)構(gòu)分類(lèi)甜菜堿型咪唑啉型氨基酸型氧化胺型第十九張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1 甜菜堿型陰離子部分還可

7、以是磺酸基、硫酸酯基陽(yáng)離子部分還可以是磷、硫第二十張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月甜菜堿型表面活性劑，加水能呈透明溶液，泡沫多去污力好?？煽闯墒莾尚员砻婊钚詣┑拇?。最大的特點(diǎn)是無(wú)論是在酸性、中性或堿性都易溶于水。即使在等電點(diǎn)也無(wú)沉淀，且在任何pH值時(shí)均可使用。甜菜堿型表面活性劑第二十一張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2 咪唑啉型屬于甜菜堿型 具有其他表面活性劑無(wú)可比擬的溫和性質(zhì)，對(duì)皮膚、眼睛刺激極小，無(wú)過(guò)敏反應(yīng)。 多用于高檔、專(zhuān)用的洗發(fā)香波，而且在嬰兒用品上前景廣闊。第二十二張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3 氨基酸型特點(diǎn)是：對(duì)環(huán)境和生物體的安全性高，對(duì)皮膚和頭發(fā)有親

8、和性，前景最好的是對(duì)安全性要求極高的化妝品。第二十三張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月4 氧化胺型增泡、穩(wěn)泡作用明顯復(fù)配時(shí)能降低刺激性特點(diǎn)是：第二十四張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 氧化胺的化學(xué)性質(zhì)與兩性表面活性劑相似，既與陰離子表面活性劑相容，也與陽(yáng)離子表面活性劑、非離子表面活性劑相容； 在中性和堿性溶液中顯示非離子特性，在酸性溶液中顯示弱陽(yáng)離子特性。第二十五張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月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(diǎn)pH 4陽(yáng)離子表面活性劑陰離子表面活性劑第二十六張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 兩性表面活性劑最突出的特性之

9、一是它具有兩性化合物所共同具有的等電點(diǎn)的性質(zhì)，這是兩性表面活性劑區(qū)別于其他類(lèi)型表面活性劑的重要特點(diǎn)。 第二十七張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.2.2臨界膠束濃度與PH值的關(guān)系 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。 第二十八張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.2.3 PH值對(duì)表面活性劑溶解度和發(fā)泡性的影響 1、等電點(diǎn)時(shí)溶液的PH4，在等電點(diǎn)時(shí)，由于活性劑以?xún)?nèi)鹽形式存在，其溶解度及泡沫量均最低。2、當(dāng)介質(zhì)的PH4，即高于等電點(diǎn)時(shí)，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；3、當(dāng)介質(zhì)的PH值4，即低于等電點(diǎn)時(shí)，呈現(xiàn)陽(yáng)離子表面活性劑的

10、特征，泡沫量和溶解度也較高。第二十九張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.2.4 在基質(zhì)上的吸附量及殺菌性與PH值的關(guān)系 PH值低于等電點(diǎn)的溶液中，顯示陽(yáng)離子表面活性劑的特征，在羊毛和毛發(fā)上的吸附量大，親和力強(qiáng)，殺菌力也比較強(qiáng)； PH值高于等電點(diǎn)的溶液中以陰離子的形式存在，上述性能不理想。第三十張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月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(zhǎng)度的關(guān)系 對(duì)于甜菜堿兩性表面活性劑，其臨界膠束濃度與烷基R碳鏈長(zhǎng)度的關(guān)系可用下式表示： lgcmc=A-Bn式中，n為烷基長(zhǎng)碳鏈中碳原子的個(gè)數(shù)； 常數(shù)A=1.5-2；B=29。 此類(lèi)表面活性劑的臨界膠束

11、濃度可由上式計(jì)算外，也可以由實(shí)驗(yàn)測(cè)得。 隨著烷基鏈碳數(shù)的增加，cmc明顯降低。第三十一張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 改變兩性表面活性劑中的陽(yáng)離子或陰離子基團(tuán)，也會(huì)對(duì)cmc產(chǎn)生影響； 例如 含季銨陽(yáng)離子的兩性表面活性劑的cmc高于含季磷陽(yáng)離子的品種； 帶有不同的陰離子的表面活性劑的cmc按照下述順序遞減。 -COO-SO3-OSO3-第三十二張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.2.6 兩性表面活性劑的溶解度和Krafft溫度點(diǎn) 1、對(duì)于羧酸甜菜堿，當(dāng)表面活性劑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(shí)，對(duì)其溶解度和Krafft點(diǎn)影響不大。2、當(dāng)烷基取代基的結(jié)構(gòu)相同時(shí)

12、，磺酸甜菜堿和硫酸酯甜菜堿的Krafft溫度點(diǎn)明顯高于羧酸甜菜堿，即前兩者的溶解度較低。 第三十三張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 通常羧基甜菜堿型兩性表面活性劑的Krafft溫度點(diǎn)低于4-18,而大部分磺酸甜菜堿的Krafft溫度點(diǎn)在20-89之間，硫酸酯甜菜堿則均高于90。第三十四張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 電解質(zhì)的存在對(duì)表面活性劑的Krafft溫度的影響： 在陰離子或陽(yáng)離子表面活性劑中會(huì)起鹽析作用，從而使表面活性劑的溶解度降低，Krafft溫度點(diǎn)上升。 第三十五張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 在非離子表面活性劑中影響不十分明顯，會(huì)使活性劑的溶解度略有降低，

13、Krafft點(diǎn)略有提高。 在兩性表面活性劑溶液中，加入電解質(zhì)使溶解度提高，Krafft點(diǎn)降低。第三十六張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.2.7 表面活性劑結(jié)構(gòu)對(duì)鈣皂分散力的影響LSDR數(shù)值越低，表面活性劑對(duì)鈣皂的分散能力越高。鈣皂分散力 (lime soap disporsing rate , LSDR) 鈣皂分散分散指數(shù)100g油酸鈉 在 硬度333mg/L的硬水中維持分散，恰好無(wú)鈣皂沉淀發(fā)生的分散劑的質(zhì)量（g）第三十七張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1、兩性表面活性劑的烷基R的碳鏈增長(zhǎng)，或氮原子與羧基間的碳原子數(shù)n由1增加至3時(shí)，活性劑的鈣皂分散力有所提高，LSDR值降低

14、。2、當(dāng)表面活性劑分子上引入酰氨基或?qū)Ⅳ然D(zhuǎn)換成磺酸基或硫酸基時(shí)，會(huì)使鈣皂分散力大大提高，LSDR數(shù)值降低。第三十八張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.2.8 去污力烷基鏈為12-16個(gè)碳原子是去污效果最佳第三十九張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.3 兩性表面活性劑的合成6.3.1 羧酸甜菜堿的合成第四十張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 甜菜堿是由Sheihler早期從甜菜中提取出來(lái)的天然含氮化合物，其化學(xué)名為三甲基乙酸銨。 目前“甜菜堿(Betaines)”一詞已冠于所有類(lèi)似此結(jié)構(gòu)的化合物，并已擴(kuò)展到含硫及含磷的類(lèi)似化合物。 第四十一張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于202

15、2年6月 天然甜菜堿不具有表面活性，只有當(dāng)其中一個(gè)CH3被長(zhǎng)鏈烷基取代后才具有表面活性，人們稱(chēng)該類(lèi)物質(zhì)為甜菜堿型表面活性劑。 甜菜堿型兩性表面活性劑的基本分子結(jié)構(gòu)：一般由季銨鹽型陽(yáng)離子和羧酸鹽型陰離子（或其他類(lèi)型陰離子）所組成。第四十二張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1 氯乙酸鈉法叔胺 + 氯乙酸鈉第四十三張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 最有代表性的是烷基二甲基甜菜堿兩性表面活性劑，工業(yè)上它由烷基二甲基叔胺與鹵代乙酸鹽進(jìn)行反應(yīng)制得。 在此類(lèi)表面活性劑中開(kāi)發(fā)得最早。 第四十四張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 式中的烷基的碳數(shù)一般為1218。 碳數(shù)為12的月桂基二甲基甜菜

16、堿易溶于水，是透明狀溶液，具有良好的起泡力和洗滌力，對(duì)皮膚刺激性小，耐硬水，可用作香波起泡劑，也可用作染色助劑。 碳數(shù)為18的硬脂基二甲基甜菜堿有柔軟、潤(rùn)滑、抗靜電性能，可用作纖維的柔軟劑和潤(rùn)滑劑，提高手感性能，也可用作護(hù)發(fā)劑和家庭用柔軟劑的成分。第四十五張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月舉例：BS-12的合成 將氯乙酸用氫氧化鈉溶液調(diào)成pH=7，成為氯乙酸的鈉鹽，然后一次性投入等摩爾的十二烷基二甲胺，在三口瓶中60-80下，反應(yīng)5-10h，即得產(chǎn)品，濃度為30%左右。第四十六張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2 鹵代烷和氨基酸鈉3 鹵代烷和氨基酸酯4 -溴代脂肪酸與叔胺5 烷基氯

17、甲基醚與氨基酸(用于制備含醚基的甜菜堿）6 不飽和羧酸與叔胺（以丙烯酸、順丁烯二酸等不飽和羧酸為烷基化試劑）第四十七張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 甜菜堿型兩性表面活性劑的長(zhǎng)鏈也可以不在氮原子上，而在羧基的碳原子上； 制法 ：長(zhǎng)鏈脂肪酸與溴反應(yīng)生成溴代脂肪酸，然后與三甲胺反應(yīng)第四十八張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.3.2 磺酸甜菜堿的合成叔胺 + 氯乙基磺酸鹽第四十九張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 磺酸甜菜堿是1885年由James合成制得的，最早采用三甲胺和氯乙基磺酸反應(yīng)得到，以后使用了長(zhǎng)碳鏈烷基二甲胺和溴乙基磺酸鈉的反應(yīng)制得。第五十張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于

18、2022年6月叔胺 叔胺 + 環(huán)氧乙烷 + SO2+ 環(huán)氧氯丙+ NaHSO4第五十一張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月叔胺 + 磺酸環(huán)內(nèi)酯1，3-亞丙基亞磺酸內(nèi)酯，即磺化丙烷，該物質(zhì)有致癌作用，所以一般不采用。第五十二張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月叔胺 + 氯代丙烯+ NaHSO4第五十三張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月合成示例：N-十八烷基-N-3-2-磺酸基）丙基二甲基甜菜的合成 把N-十八烷基二甲胺（0.1mol）溶解于300mL無(wú)水甲醇中，加入氯丙烯（0.15mol），混合物加熱回流約14h，此時(shí)幾乎95%以上的十八烷基二甲胺已反應(yīng)（通過(guò)檢驗(yàn)游離胺，游離胺可用

19、0.1mol/L的HCl滴定，以溴酚藍(lán)作指示劑），未反應(yīng)的氯丙烯與甲醇共沸蒸餾出；在剩下的甲醇溶液中加入NaHSO3水溶液和叔丁基過(guò)氧化苯甲酸酯（0.001mol），通入氮?dú)?，在沸水浴中加熱回?h；反應(yīng)完成后，把溶劑蒸出，在殘留物中加入300mL無(wú)水乙醇，乙醇不溶物乘熱過(guò)濾分離；濾液進(jìn)行蒸餾去除乙醇，干的殘留物為粗產(chǎn)物，提純產(chǎn)物可用300mL石油醚-無(wú)水乙醇（體積比5：100）混合溶劑進(jìn)行重結(jié)晶，最后得到白色結(jié)晶狀純產(chǎn)物。第五十四張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.3.3 硫酸酯甜菜堿的合成N=2-3第五十五張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月HSO3Cl，2NaOH1 叔胺 +

20、 氯醇引入羥基 再硫酸酯化第五十六張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月SO3 酯化2 鹵代烷 + 羥基叔胺引入羥基 再硫酸酯化第五十七張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.3.4 含磷甜菜堿的合成叔磷鹽 第五十八張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 磷酸酯甜菜堿是一類(lèi)新型低刺激、高科技的兩性表面活性劑，具有很強(qiáng)的發(fā)泡能力，泡沫穩(wěn)定性好，具有理想的增稠、乳化、鈣皂分散、抗靜電和柔軟性能，且潤(rùn)濕、洗滌、脫脂能力強(qiáng)，被視為高效、安全的表面活性劑。 適用于人體護(hù)膚、口腔清潔產(chǎn)品的應(yīng)用，也是工業(yè)上理想的抗靜電劑和柔軟劑。第五十九張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.3.5 咪唑啉型的

21、合成RCH2COOH + NH2CH2CH2NHCH2CH2OH氯乙酸鈉脫水- H2O2-烷基-N-羥基咪唑啉 HEAI第六十張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 咪唑啉型兩性表面活性劑是最近幾年新開(kāi)發(fā)的品種，屬于改良型和平衡型的兩性表面活性劑，由于具有特殊的結(jié)構(gòu)組成，因此具有獨(dú)特的性質(zhì)。 近幾年，國(guó)外對(duì)咪唑啉型兩性表面活性劑的研究和應(yīng)用開(kāi)發(fā)較快。 品種包括：羧酸衍生物、硫酸衍生物、磺酸衍生物以及磷酸酯衍生物。第六十一張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月合成1、HEAI的合成： 脂肪酸和羥乙基乙二胺發(fā)生?；磻?yīng)，酰胺脫水生2-烷基-N-羥乙基咪唑啉（HEAI）。2、HEAI與氯乙酸鈉反應(yīng)，得到兩性表面活性劑產(chǎn)品。第六十二張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6.3.6 氨基酸型的合成R - NH2+ CH2=CHCOOCH3NaOH1 高級(jí)脂肪胺 + 丙烯酸甲酯R N+H CH2CH2 COO Na第六十三張，PPT共七十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 產(chǎn)品為N-烷基-氨基丙酸。 由脂肪胺（伯胺）與丙烯酸甲酯反應(yīng)，然后再水解。 若丙烯酸甲酯過(guò)量（反應(yīng)摩爾比為1：2）時(shí)，得