第5章-陽(yáng)離子表面活性劑要點(diǎn)課件

第5章陽(yáng)離子表面活性劑5.1陽(yáng)離子表面活性劑概述5.2陽(yáng)離子表面活性劑的合成5.3陽(yáng)離子表面活性劑的應(yīng)用第5章陽(yáng)離子表面活性劑5.1陽(yáng)離子表面活性劑概述在水溶液中呈現(xiàn)正電性，形成帶正電荷的表面活性離子主要用途:殺菌劑、纖維柔軟劑和抗靜電劑等與陰離子和非離子表面活性劑相比，使用量相對(duì)較少我國(guó)陽(yáng)離子表面活性劑的研發(fā)和使用起步較晚，但發(fā)展速度較快。

5.1陽(yáng)離子表面活性劑概述在水溶液中呈現(xiàn)正電性，形成帶正電荷的表面活性離子5.1陽(yáng)離5.1.1陽(yáng)離子表面活性劑的分類(lèi)

5.1.1.1胺鹽型是伯胺鹽、仲胺鹽和叔胺鹽表面活性劑的總稱(chēng)它們的性質(zhì)極其相似，且很多產(chǎn)品是伯胺與仲胺的混合物表面活性劑類(lèi)型結(jié)構(gòu)通式實(shí)例伯胺鹽RNH2?HClC18H37NH2·HCl十八烷基胺（硬脂胺）鹽酸鹽仲胺鹽R1NHR2?HCl(C18H37)2NH·HCl雙十八烷基胺鹽酸鹽叔胺鹽R1NR2(R3)?HClC18H37N(CH3)2·HClN,N-二甲基十八胺鹽酸鹽表5-1胺鹽型陽(yáng)離子表面活性劑主要品種及實(shí)例

5.1.1陽(yáng)離子表面活性劑的分類(lèi)5.1.1.1胺鹽型表5.1.1.2季銨鹽型是最為重要的陽(yáng)離子表面活性劑品種既可溶于酸性溶液，又可溶于堿性溶液，具有一系列優(yōu)良的性質(zhì)，而且與其他類(lèi)型的表面活性劑相容性好結(jié)構(gòu)通式

十八烷基二甲基芐基氯化銨(緩染劑DC)5.1.1.2季銨鹽型結(jié)構(gòu)通式十八烷基二甲基芐基氯化銨5.1.1.3雜環(huán)型

嗎啉型

吡啶型

咪唑型

哌嗪型

喹啉型

5.1.1.3雜環(huán)型嗎啉型吡啶型咪唑型哌嗪型喹啉5.1.1.4鎓鹽型按照攜帶正電荷的原子不同，陽(yáng)離子表面活性劑還包括鏻鹽、锍鹽、鉮鹽和碘鎓化合物等。鏻鹽化合物

具有良好的殺菌性能主要用作乳化劑、殺蟲(chóng)劑和殺菌劑等由帶有三個(gè)取代基的膦與鹵代烷反應(yīng)制得。

十二烷基二甲基苯基溴化鏻5.1.1.4鎓鹽型十二烷基二甲基苯基溴化鏻锍鹽化合物可溶于水，具有除草、殺滅軟體動(dòng)物、殺菌和殺真菌等作用，對(duì)皮膚的刺激小是有效的殺菌劑可通過(guò)硫醚與鹵代烷反應(yīng)制得

氧化锍衍生物是锍鹽型陽(yáng)離子表面活性劑中性能十分優(yōu)異的品種。

锍鹽化合物氧化锍衍生物是锍鹽型陽(yáng)離子表面活性劑中性能十分優(yōu)碘鎓化合物

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對(duì)次氯酸鹽的漂白作用有較好的穩(wěn)定性合成：通過(guò)環(huán)合反應(yīng)，將碘原子轉(zhuǎn)化成為雜環(huán)的組成部分碘鎓化合物鉮鹽化合物

性質(zhì)與鏻鹽化合物近似鉮鹽化合物5.1.2陽(yáng)離子表面活性劑的性質(zhì)

5.1.2.1溶解性一般情況下水溶性很好隨著烷基碳鏈長(zhǎng)度的增加，水溶性呈下降趨勢(shì)疏水性烷基鏈的個(gè)數(shù)和鏈上的取代基對(duì)溶解性能也有影響表5-2烷基二甲基芐基氯化銨的溶解性烷基R的碳原子數(shù)111213141516171819水中溶解度7050～755226.716.10.850.480.100.09695%乙醇中溶解度84758174.574627252.6545.1.2陽(yáng)離子表面活性劑的性質(zhì)5.1.2.1溶解性表帶有C15以下烷基鏈的活性劑易溶于水，而C15以上的則水溶性較低，難溶于水單長(zhǎng)鏈烷基季銨鹽能溶于極性溶劑，但不溶于非極性溶劑雙長(zhǎng)鏈烷基季銨鹽幾乎不溶于水，而溶于非極性溶劑季銨鹽的烷基含不飽和基團(tuán)時(shí)，能增加它們的水溶性。帶有C15以下烷基鏈的活性劑易溶于水，而C15以上的則水溶性5.1.2.2Krafft溫度點(diǎn)Krafft溫度點(diǎn)：當(dāng)達(dá)到某一溫度時(shí)，表面活性劑在水

中的溶解度急劇增加，也稱(chēng)為臨界溶解溫度（C.S.T）當(dāng)表面活性劑溶液為過(guò)飽和狀態(tài)時(shí)，Krafft點(diǎn)應(yīng)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(diǎn)

陽(yáng)離子表面活性劑的Krafft點(diǎn)是表征其在水溶液中溶解性能的特征指標(biāo)Krafft點(diǎn)越高，表明該表面活性劑越難溶，溶解度越低；反之，Krafft點(diǎn)越低，說(shuō)明該表面活性劑越容易溶解，溶解性能越好5.1.2.2Krafft溫度點(diǎn)通常Krafft點(diǎn)與表面活性劑疏水基碳鏈的長(zhǎng)度呈線性關(guān)系Krafft點(diǎn)＝a+bna,b是常數(shù)，n為碳鏈所含碳原子的個(gè)數(shù)根據(jù)上述關(guān)系式，碳鏈越長(zhǎng)，n值越大，則Krafft點(diǎn)越高XClBrIKrafft點(diǎn)（℃）172845表5-3配對(duì)陰離子對(duì)十六烷基吡啶Krafft點(diǎn)的影響通常Krafft點(diǎn)與表面活性劑疏水基碳鏈的長(zhǎng)度呈線性關(guān)系X5.1.2.3表面活性

隨著烷基碳鏈長(zhǎng)度的增加，表面張力逐漸下降R的碳數(shù)89101112131415161718190.1%溶液67.564.360.653.947.643.643.643.543.543.243.043.00.01%溶液72.372.271.970.968.767.162.453.943.743.243.443.6表5-4烷基二甲基芐基氯化銨的表面張力(mN/m)5.1.2.3表面活性R的碳數(shù)8910111213141分子結(jié)構(gòu)相同時(shí),在一定范圍內(nèi)，表面張力隨活性劑溶液的濃度升高而降低，降低到一定數(shù)值時(shí)又隨溶液濃度的升高而增加表5-5十六烷基三甲基氯化銨的表面張力與濃度的關(guān)系溶液濃度（mol/L）0.0020.0050.010.0250.040.050.1表面張力（mN/m）69.859.441.338.031.335.035.6[C16H33－N+(CH3)3]?Cl－分子結(jié)構(gòu)相同時(shí),在一定范圍內(nèi)，表面張力隨活性劑溶液的濃度升高5.1.2.4臨界膠束濃度烷基碳鏈長(zhǎng)度增加，臨界膠束濃度降低表面活性劑結(jié)構(gòu)cmc（mol/L）[C12H25－N+(CH3)3]?Cl－1.5×10-27.8×10-3[C14H29－N+(CH3)3]?Cl－3.5×10-3[C16H33－N+(CH3)3]?Cl－9.2×10-4表5-6幾種季銨鹽型表面活性劑的臨界膠束濃度（25℃）

5.1.2.4臨界膠束濃度烷基碳鏈長(zhǎng)度增加，臨界膠束濃度降5.2陽(yáng)離子表面活性劑的合成5.2.1烷基季銨鹽5.2.2含雜原子的季銨鹽5.2.3含有苯環(huán)的季銨鹽5.2.4含雜環(huán)的季銨鹽5.2.5胺鹽型5.2.6咪唑啉鹽

合成陽(yáng)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)。5.2陽(yáng)離子表面活性劑的合成5.2.1烷基季銨鹽5.2.1烷基季銨鹽的合成烷基季銨鹽是季銨鹽型陽(yáng)離子表面活性劑的重要品種之一結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：氮原子上連有四個(gè)烷基烷基季銨鹽的合成方法主要有三種由高級(jí)鹵代烷與低級(jí)叔胺反應(yīng)制得由高級(jí)烷基胺和低級(jí)鹵代烷反應(yīng)制得甲醛－甲酸法5.2.1烷基季銨鹽的合成烷基季銨鹽是季銨鹽型陽(yáng)離子表面活鹵離子的影響：當(dāng)烷基相同時(shí)，鹵代烷的反應(yīng)活性順序?yàn)椋?/p>

R－I＞R－Br＞R－Cl烷基鏈的影響:鹵原子相同時(shí)，烷基鏈越長(zhǎng)，反應(yīng)活性越弱5.2.1.1高級(jí)鹵代烷與低級(jí)叔胺1231陽(yáng)離子表面活性劑1631陽(yáng)離子表面活性劑鹵離子的影響：當(dāng)烷基相同時(shí)，鹵代烷的反應(yīng)活性順序?yàn)椋?.2.5.2.1.2高級(jí)烷基胺與低級(jí)鹵代烷反應(yīng)由高級(jí)脂肪族伯胺與氯甲烷反應(yīng)先生成叔胺，再進(jìn)一步經(jīng)季銨化反應(yīng)得到季銨鹽乳膠防粘劑DT纖維柔軟劑CTAC5.2.1.2高級(jí)烷基胺與低級(jí)鹵代烷反應(yīng)乳膠防粘劑DT纖5.2.1.3甲醛-甲酸法以椰子油或大豆油等油脂的脂肪酸為原料，經(jīng)脫水、催化加氫還原制得脂肪族伯胺伯胺再與甲酸和甲醛溶液反應(yīng)得到二甲基烷基胺叔胺與氯甲烷反應(yīng)便可制得烷基季銨鹽陽(yáng)離子表面活性劑5.2.1.3甲醛-甲酸法反應(yīng)歷程：副產(chǎn)物：中間產(chǎn)物薛夫堿在一定條件下有可能發(fā)生異構(gòu)化，并水解生成醛和甲胺反應(yīng)歷程：副產(chǎn)物：中間產(chǎn)物薛夫堿在一定條件下有可能發(fā)生異構(gòu)化表5-7甲醛－甲酸法合成的部分烷基季銨鹽結(jié)構(gòu)通式X商品名稱(chēng)主要應(yīng)用[C12H25－N+(CH3)3]?X-Cl乳膠防粘劑DT浮選劑、殺菌劑Br1231陽(yáng)離子表面活性劑抗靜電劑、殺菌劑[C16H33－N+(CH3)3]?X-Cl纖維柔軟劑CTAC纖維柔軟劑Br1631陽(yáng)離子表面活性劑纖維柔軟劑、直接染料固色劑Hyamine3258殺菌劑表5-7甲醛－甲酸法合成的部分烷基季銨鹽結(jié)構(gòu)通式X商品名5.2.2含雜原子的季銨鹽

指疏水性碳?xì)滏溨泻蠴、N、S等雜原子的季銨鹽，即含有酰胺鍵、醚鍵、酯鍵或硫醚鍵的表面活性劑含氧原子的季銨鹽多是指疏水鏈中帶有酰胺基或醚基的季銨鹽5.2.2.1含氧原子5.2.2含雜原子的季銨鹽指疏水性碳?xì)滏溨泻蠴、N、S含酰胺基的季銨鹽酰氯與胺反應(yīng)制備含有酰胺基的叔胺，最后進(jìn)行季銨化反應(yīng)SapamineMS含酰胺基的季銨鹽SapamineMS脂肪酸和伯胺直接進(jìn)行N-?；磻?yīng)柔軟劑ES脂肪酸和伯胺直接進(jìn)行N-?；磻?yīng)柔軟劑ES含醚基的季銨鹽

[C18H37OCH2N＋(CH3)3]?Cl－

含醚基的季銨鹽5.2.2.2含氮原子在親油基團(tuán)長(zhǎng)鏈烷基中含有氮原子的表面活性劑N-甲基-N-十烷基氨基乙基三甲基溴化銨5.2.2.2含氮原子N-甲基-N-十烷基氨基乙基三甲基溴5.2.2.3含硫原子先要制備長(zhǎng)鏈烷基甲基硫醚的鹵化物，并以此為烷基化試劑進(jìn)行季銨化反應(yīng)。品種舉例5.2.2.3含硫原子品種舉例5.2.3含有苯環(huán)的季銨鹽合成中引入芳環(huán)的主要方法：用氯化芐作烷基化試劑與叔胺反應(yīng)氯化芐是由甲苯的側(cè)鏈氯化反應(yīng)制得5.2.3含有苯環(huán)的季銨鹽合成中引入芳環(huán)的主要方法：用氯化化學(xué)名稱(chēng)：十二烷基二甲基芐基氯化銨，又叫1227陽(yáng)離子表面活性劑性質(zhì)：易溶于水，呈透明溶液狀用途：主要用于外科手術(shù)器械、創(chuàng)傷的消毒殺菌和農(nóng)村養(yǎng)蠶的殺菌合成：5.2.3.1潔爾滅化學(xué)名稱(chēng)：十二烷基二甲基芐基氯化銨，又叫1227陽(yáng)離子表面活新潔爾滅：十二烷基二甲基芐基溴化銨殺菌性能更加優(yōu)異合成：由氯化芐先與六次甲基四胺反應(yīng)，得到的中間產(chǎn)物再先后與甲酸和溴代十二烷反應(yīng)制得的新潔爾滅：十二烷基二甲基芐基溴化銨5.2.3.2NTN

化學(xué)名稱(chēng)：N,N-二乙基-(3’-甲氧基苯氧乙基)芐基氯化銨應(yīng)用：殺菌劑合成：5.2.3.2NTN5.2.3.3ZephirolM分子中疏水基團(tuán)部分含有磺酰胺基團(tuán)5.2.3.3ZephirolM5.2.3.4Hyamine1622對(duì)叔辛基苯氧乙基氯乙基醚（Ⅰ）

5.2.3.4Hyamine1622對(duì)叔辛基苯氧乙基氯5.2.4含雜環(huán)的季銨鹽5.2.4.1含有嗎啉環(huán)的季銨鹽合成：先在特定的化合物中引入嗎啉環(huán)，再經(jīng)季銨化反應(yīng)制得N-甲基-N-十六烷基嗎啉甲基硫酸酯鹽5.2.4含雜環(huán)的季銨鹽5.2.4.1含有嗎啉環(huán)的季銨鹽合成實(shí)例合成實(shí)例仲胺與雙(2-氯乙基)醚反應(yīng)可以一步合成季銨化的嗎啉衍生物。生成的嗎啉季銨鹽可以作為潤(rùn)濕劑、洗凈劑、殺菌劑，還可用作潤(rùn)滑油的成分之一。利用類(lèi)似的反應(yīng)，由脂肪族伯胺同雙(2-氯乙基)硫醚反應(yīng)，生成烷基硫代嗎啉，脂肪族仲胺同雙(2-氯乙基)醚反應(yīng)，可直接合成硫代嗎啉季銨鹽仲胺與雙(2-氯乙基)醚反應(yīng)可以一步合成季銨化的嗎啉衍生物。5.2.4.2含哌嗪環(huán)的季銨鹽合成：方法與含嗎啉環(huán)的產(chǎn)品十分類(lèi)似對(duì)叔辛基苯氧乙基-N-芐基哌嗪-N-乙基醚氯化物5.2.4.2含哌嗪環(huán)的季銨鹽對(duì)叔辛基苯氧乙基-N-芐基哌5.2.4.3含吡啶環(huán)的季銨鹽可以用作分散劑、潤(rùn)濕劑和固色劑其代表品種：氯化十二烷基吡啶

氯化十六烷基吡啶溴化十六烷基吡啶氯化硬脂酰甲胺基吡啶

5.2.4.3含吡啶環(huán)的季銨鹽氯化十二烷基吡啶氯化十六烷合成舉例：溴代十六烷與吡啶在140～150℃下反應(yīng)5小時(shí)生成溴化十六烷基吡啶，冷卻后得到肥皂樣的無(wú)色塊狀產(chǎn)品合成：鹵代烷與吡啶或烷基吡啶在加熱條件下反應(yīng)合成舉例：溴代十六烷與吡啶在140～150℃下反應(yīng)5小時(shí)生成5.2.4.4含喹啉環(huán)的季銨鹽合成：由喹啉或異喹啉和鹵代烷反應(yīng)制得實(shí)例：IsothanQ系列產(chǎn)品是鹵代烷與異喹啉反應(yīng)制得5.2.4.4含喹啉環(huán)的季銨鹽5.2.4.5含咪唑啉環(huán)的季銨鹽結(jié)構(gòu)通式：

R是含8～22個(gè)碳原子的長(zhǎng)鏈烷基R1是低級(jí)烷基或芐基等合成方法：成環(huán)和季銨化成環(huán)5.2.4.5含咪唑啉環(huán)的季銨鹽R是含8～22個(gè)碳原子的實(shí)例：以十四酸為原料，經(jīng)成環(huán)并與氯化芐反應(yīng)成鹽制得的產(chǎn)品是一種強(qiáng)力殺菌劑季銨化實(shí)例：以十四酸為原料，經(jīng)成環(huán)并與氯化芐反應(yīng)成鹽制得的產(chǎn)品是一5.2.4.6含其它雜環(huán)的季銨鹽含噁唑環(huán)的季銨鹽結(jié)構(gòu)類(lèi)型：長(zhǎng)鏈烷基連接在噁唑環(huán)的2-位上長(zhǎng)鏈烷基直接連接在噁唑環(huán)的氮原子上特點(diǎn)：在堿性條件下易開(kāi)環(huán)形成開(kāi)鏈季銨鹽表面活性劑5.2.4.6含其它雜環(huán)的季銨鹽含嘧唑環(huán)的季銨鹽合成：由取代的嘧唑與鹵代烷反應(yīng)合成實(shí)例：4-氨基-5-苯基嘧唑和鹵代烷反應(yīng)生成的季銨鹽特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，不易分解。含嘧唑環(huán)的季銨鹽5.2.5胺鹽型主要有長(zhǎng)鏈烷基伯胺鹽、仲胺鹽、叔胺鹽三大類(lèi)5.2.5.1長(zhǎng)鏈烷基伯胺鹽酸鹽合成：用長(zhǎng)碳鏈的伯胺與無(wú)機(jī)酸的反應(yīng)制得原料：以椰子油、棉籽油、大豆油或牛脂等油脂制得的胺類(lèi)的混合物。

RNH2＋HClRNH2·HCl5.2.5胺鹽型主要有長(zhǎng)鏈烷基伯胺鹽、仲胺鹽、叔胺鹽三大類(lèi)5.2.5.2仲胺鹽產(chǎn)品種類(lèi)不多，目前市售商品主要是Priminox系列表5-8Priminox系列商品結(jié)構(gòu)及牌號(hào)C12H25NH(CH2CH2O)nCH2CH2OHn041424商品牌號(hào)Priminox43Priminox10Priminox20Priminox32

合成方法：5.2.5.2仲胺鹽表5-8Priminox系列商品結(jié)構(gòu)5.2.5.3叔胺鹽重要品種親油基中含有酯基的Soromine系列含有酰胺基的Ninol、Sapamine系列Soromine系列重要品種為SoromineA，是戰(zhàn)后由IG公司開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的，其國(guó)內(nèi)商品牌號(hào)為乳化劑FM具有良好的滲透性和勻染性5.2.5.3叔胺鹽合成：由脂肪酸和三乙醇胺在160～180℃下長(zhǎng)時(shí)間加熱縮合制得Soromine系列其它產(chǎn)品：SoromineDB、SoromineAF和SoromineA等。C17H35COOCH2CH2N(C4H9)2SoromineDBC17H35COOCH2CH2NHCH2CH2O(CH2CH2O)2～3HSoromineAFSoromineA合成：由脂肪酸和三乙醇胺在160～180℃下長(zhǎng)時(shí)間加熱縮合制Ninol（尼諾爾）系列結(jié)構(gòu)通式性能：長(zhǎng)碳鏈烷基和酰胺鍵相連，抗水解性能較好合成方法：由脂肪酸與二乙醇胺反應(yīng)制得Ninol（尼諾爾）系列Sapamine系列結(jié)構(gòu)通式：

C17H33CONHCH2CH2N(C2H5)2·HX特點(diǎn)：分子中烷基和酰胺基相連，不易水解用途：主要用作纖維柔軟劑和直接染料的固色劑等根據(jù)成鹽所使用的酸不同，可以得到不同牌號(hào)的產(chǎn)品。表5-9Sapamine主要產(chǎn)品HXCH3COOHHClCH3CHOHCOOH商品牌號(hào)SapamineASapamineCHSapamineLSapamine系列表5-9Sapamine主要產(chǎn)品HX合成：油酸與三氯化磷反應(yīng)生成油酰氯，再與N,N-二乙基乙二胺縮合，最后用酸處理制得合成：油酸與三氯化磷反應(yīng)生成油酰氯，再與N,N-二乙基乙二胺5.2.5.4阿柯維爾系列產(chǎn)品代表品種:AhcovelF和AhcovelG。AhcovelF:是一種纖維柔軟劑AhcovelF5.2.5.4阿柯維爾系列產(chǎn)品AhcovelFAhcovelG是一種溶于水的纖維柔軟劑，它比AhcovelF的耐熱性和耐日光性好，長(zhǎng)時(shí)間保存不變黃、不發(fā)臭，性質(zhì)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)通式：其合成路線如下：AhcovelG是一種溶于水的纖維柔軟劑，它比Ahcove類(lèi)似產(chǎn)品：分子中含有硫原子，既可溶于水又可溶于酸，用作蛋白質(zhì)纖維的處理劑具有防蟲(chóng)蛀作用類(lèi)似產(chǎn)品：分子中含有硫原子，既可溶于水又可溶于酸，用作蛋白質(zhì)5.2.6咪唑啉鹽結(jié)構(gòu)通式：合成路線：實(shí)例：5.2.6咪唑啉鹽結(jié)構(gòu)通式：5.3陽(yáng)離子表面活性劑的應(yīng)用5.3.1消毒殺菌劑5.3.2腈綸勻染劑5.3.3抗靜電劑5.3.4礦物浮選劑5.3.5相轉(zhuǎn)移催化劑5.3.6織物柔軟劑5.3陽(yáng)離子表面活性劑的應(yīng)用5.3.1消毒殺菌劑陽(yáng)離子表面活性劑最突出的特點(diǎn)具有消毒殺菌作用，常用于醫(yī)藥、原油開(kāi)采等的消毒殺菌代表品種如潔爾滅，即十二烷基二甲基芐基氯化銨。其10%的水溶液的殺菌能力相當(dāng)于苯酚殺菌能力的50～60倍，因此被廣泛用作外科手術(shù)和醫(yī)療器械等的消毒殺菌劑。5.3.1消毒殺菌劑陽(yáng)離子表面活性劑最突出的特點(diǎn)具有消毒殺5.3.