基本分類兩性離子性表面活性劑

《表面活性劑、膠體與界面化學(xué)基礎(chǔ)》化妝品專業(yè)基礎(chǔ)課主講鐘巖亮考試考核平時(shí)成績(jī)：考勤+課堂表現(xiàn)

線上考核、互動(dòng)、評(píng)價(jià)：50%期末考試：50%基本分類表面活性劑的基本分類陰離子表面活性劑陽(yáng)離子表面活性劑非離子性表面活性劑兩性離子表面活性劑*特殊類型表面活性劑膠體及分散體系的分類

【學(xué)習(xí)指南】?jī)尚噪x子表面活性劑學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.掌握兩性表面活性劑的定義和基本分類2.掌握兩性表面活性劑的性質(zhì)和特性

課程內(nèi)容：1.兩性表面活性劑概述2.兩性表面活性劑的性質(zhì)3.兩性表面活性劑的應(yīng)用兩性離子表面活性劑*1.定義：同一分子中同時(shí)存在陰、陽(yáng)、非離子或存在其中兩種離子性質(zhì)的表面活性劑2.兩性離子表面活性劑具有的特性耐硬水，鈣皂分散力強(qiáng)，能與電解質(zhì)共存，甚至在海水中也可以有效使用；與陰、陽(yáng)、非離子表面活性劑有良好的的配伍性；在酸、堿溶液中一般較穩(wěn)定，特別是甜菜堿類兩性表面活性劑在強(qiáng)堿溶液中也穩(wěn)定；大多數(shù)兩性表面活性劑具有低刺激性，因此可以用于保健、護(hù)理品；兩性表面活性劑價(jià)格較高，因此在應(yīng)用中主要進(jìn)行與其它表面活性劑進(jìn)行復(fù)配，以提高其它表面活性劑的性能。3.類型主要有咪唑啉型、甜菜堿型、氨基酸型、磷脂、淀粉、蛋白質(zhì)衍生物等。本章主要講解前三種類型兩性離子表面活性劑。兩性表面活性劑開發(fā)較晚。上世紀(jì)四十年代中期。1950年以后，各國(guó)才逐漸重視兩性表面活性劑的研究和開發(fā)工作我國(guó)在二十世紀(jì)七十年代前后開始對(duì)兩性表面活性劑進(jìn)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(shí)用（2）設(shè)計(jì)、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(dá)到最佳的配方效果（4）研究?jī)尚员砻婊钚詣┙Y(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(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域提供重要的理論指導(dǎo)4.概況兩性離子表面活性劑定義：廣義上講，是指在分子結(jié)構(gòu)中，同時(shí)具有陰離子、陽(yáng)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(shí)含有陰離子和陽(yáng)離子親水基團(tuán)R-NH-CH2-COONa同時(shí)具有陰離子和非離子親水基團(tuán)同時(shí)具有陽(yáng)離子和非離子親水基團(tuán)同時(shí)具有陽(yáng)離子、陰離子和非離子親水基團(tuán)兩性表面活性劑兩性離子表面活性劑1.兩性表面活性劑的特性具有等電點(diǎn)pH值低于等電點(diǎn)，帶正電荷，表現(xiàn)為陽(yáng)離子表面活性劑的性能pH值高于等電點(diǎn)，帶負(fù)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(jìn)行復(fù)配，在一般情況下都會(huì)產(chǎn)生加和增效作用毒性和刺激性小：具有較低的毒性和對(duì)皮膚、眼睛刺激性耐硬水和耐高濃度電解質(zhì)性能極好對(duì)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(rùn)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兩性離子表面活性劑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分為羧酸鹽型、磺酸鹽型、硫酸酯鹽型和磷酸酯鹽型等（2）按照整體化學(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

兩性離子表面活性劑1.按陰離子部分的親水基類型分類1.羧酸鹽型：－COOM

結(jié)構(gòu)通式:氨基酸型R-NH-CH2-CH2COOH

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兩性離子表面活性劑3.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：?jiǎn)熙ルp酯1.按陰離子部分的親水基類型分類兩性離子表面活性劑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1、甜菜堿型陰離子部分：羧酸基、磺酸基、硫酸酯基、磷酸基等陽(yáng)離子：氮、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-亞氨基羧酸兩性離子表面活性劑：陽(yáng)離子由季銨鹽構(gòu)成的兩性表面活性劑。甜菜堿在歐洲被發(fā)現(xiàn)，通常被人為是生命體新陳代謝的中間產(chǎn)物，同時(shí)又被稱為三甲基甘氨酸，是一種天然的可食用的氨基酸，醫(yī)藥級(jí)甜菜堿多用于化妝品醫(yī)藥，食品中。她是從甜菜根中的蜜糖中提取制得。是一種天然的氨基酸保濕劑。甜菜堿是兩性離子，具有蓋度的生物兼容性，極易溶于水，性質(zhì)穩(wěn)定。在實(shí)驗(yàn)中，稀釋的溶液中，一個(gè)水分子能暫時(shí)占據(jù)甜菜堿兩性離子的中間，很容易的把自身攜帶的水分子釋放到周邊的液體中去，不同于保濕劑（?甘油?）一樣固定水分子，甜菜堿是允許水分子完全被全活細(xì)胞利用吸收。水分子在甜菜堿附近停留的時(shí)間比其他保濕劑停留的時(shí)間短，所以說他是真正意義上的水分子攜帶者。是公認(rèn)的安全物質(zhì).甜菜堿又稱：季銨鹽型生物堿;甜菜堿是天然含氮化合物，其化學(xué)名稱為“三甲基乙酸銨”。現(xiàn)在已擴(kuò)展到含硫及含磷的類似化合物。天然甜菜堿本身不具有表面活性，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。兩性離子表面活性劑特性A.pH值影響?。籅.在pH>7不具有陰離子性；C.磺基甜菜堿具有較強(qiáng)的鈣皂分散能力，尤其分子結(jié)構(gòu)中有-CONH鍵更好甜菜堿型兩性離子表面活性劑兩性離子表面活性劑

氨基酸型兩性離子表面活性劑

特性A.pH值的變化氨基酸兩性離子表面活性劑變?yōu)殛?陽(yáng)離子型B.在等電點(diǎn)時(shí)，陰陽(yáng)離子同時(shí)存在于同一分子內(nèi)，此時(shí)溶解度最小，潤(rùn)濕能力最小，泡沫最低。

定義：陽(yáng)離子由氨基酸構(gòu)成的兩性表面活性劑。即當(dāng)氨基上的氫原子被長(zhǎng)鏈烷基取代后的表面活性劑RNH(CH2)n-COOH-SO3H氨基酸型兩性離子表面活性劑在酸堿中反應(yīng)情況OH-H+OH-H+RNH2CH2CH2COOH酸性呈陽(yáng)離子型RNH2CH2CH2COO-M+堿性呈陰離子型RNH2CH2CH2COO-等電點(diǎn)兩性離子表面活性劑咪唑啉型兩性離子表面活性劑主要是含脂肪烴咪唑啉的羧基兩性表面活性劑，用量較大；無毒，性能柔和、無刺激作用；羧基咪唑啉兩性表面活性劑由于相容性好，pH值使用范圍廣。

特性

常見結(jié)構(gòu)B。雙羧酸鹽結(jié)構(gòu)A。單羧酸鹽結(jié)構(gòu)C。無鹽產(chǎn)物（丙烯酸化）結(jié)構(gòu)兩性表面活性劑的性質(zhì)兩性表面活性劑的等電點(diǎn)臨界膠束濃度與pH值的關(guān)系pH值對(duì)表面活性劑溶解度和發(fā)泡性的影響在基質(zhì)上的吸附量及殺菌性與pH值的關(guān)系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)系兩性表面活性劑的溶解度和krafft溫度點(diǎn)表面活性劑結(jié)構(gòu)對(duì)鈣皂分散力的影響去污力兩性離子表面活性劑定義：在一個(gè)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(shí)將該表面活性劑的溶液放在靜電場(chǎng)中時(shí)，溶液中的雙離子將不向任何方向移動(dòng)，即分子內(nèi)的凈電荷為零。此時(shí)溶液的pH值被稱為該表面活性劑的等電點(diǎn)（或等電區(qū)，等電帶）

兩性表面活性劑的等電點(diǎn)pI=兩性表面活性劑的等電點(diǎn)可以反映該活性劑正、負(fù)電荷中心的相對(duì)解離強(qiáng)度若pI＜7.0，表明負(fù)電荷中心解離強(qiáng)度大于正電荷中心解離強(qiáng)度若pI＞7.0，表明正電荷中心離解強(qiáng)度較大兩性離子表面活性劑實(shí)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(yáng)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)鹽的形式存在兩性離子表面活性劑大部分兩性表面活性劑的等電點(diǎn)在2～9之間陰離子和陽(yáng)離子基團(tuán)的種類、數(shù)量及位置不同，它們的等電點(diǎn)也有很大差別RC12～C14的混合物純C12純C18等電點(diǎn)pH值2～4.56.6～7.26.8～7.5

表1N-烷基-β-氨基丙酸的等電區(qū)（pH值）R-NHCH2CH2COOH兩性離子表面活性劑表2甜菜堿型活性劑的等電點(diǎn)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)不同而有所差別兩性離子表面活性劑

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3N-十二烷基-N,N-雙乙氧基氨基醋酸鈉的臨界膠束濃度（25℃）兩性離子表面活性劑pH值對(duì)表面活性劑溶解度和發(fā)泡性的影響圖1水溶性與pH值的關(guān)系圖2發(fā)泡性與pH值的關(guān)系等電點(diǎn)時(shí)溶液的pH值約為4在等電點(diǎn)時(shí)，活性劑以內(nèi)鹽形式存在，溶解度及泡沫量均最低當(dāng)介質(zhì)的pH值大于4，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，溶解度迅速增加當(dāng)介質(zhì)的pH值小于4，即低于等電點(diǎn)時(shí)，呈現(xiàn)陽(yáng)離子表面活性劑的特征，泡沫量和溶解度也較高注：【內(nèi)鹽：正負(fù)離子在同一個(gè)化合物上。總電荷為0.】?jī)尚噪x子表面活性劑

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(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，親合力強(qiáng)，殺菌力也比較強(qiáng)在pH值高于等電點(diǎn)的溶液中，以陰離子的形式存在，殺菌性能不理想兩性離子表面活性劑

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)系臨界膠束濃度與烷基R碳鏈長(zhǎng)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(zhǎng)碳鏈中碳原子的個(gè)數(shù)A＝1.5～2，B＝29R的碳原子數(shù)111315cmc（mmol/L）1.80.170.015表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-

兩性離子表面活性劑

兩性表面活性劑的溶解度和krafft溫度點(diǎn)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(shí)，對(duì)其溶解度和krafft點(diǎn)影響不大烷基取代基的結(jié)構(gòu)相同時(shí)，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，溶解度較低除自身的結(jié)構(gòu)外，電解質(zhì)的存在對(duì)表面活性劑的krafft溫度點(diǎn)也有影響XˉKrafft點(diǎn)（℃）n＝2n＝3COOˉ＜4＜4SO3ˉ—27OSO3ˉ＞90—表5陰離子對(duì)krafft溫度點(diǎn)的影響C16H33N+(CH3)2-(CH2)nX兩性離子表面活性劑

表面活性劑結(jié)構(gòu)對(duì)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(shí)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(duì)鈣皂的分散能力越高兩性離子表面活性劑烷基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n123LSDR（g）201711表6烷基鏈對(duì)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(shí)，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－