精细有机合成活性表面剂的探究

仲恺农业工程学院论文题目：关于表面活性剂的探究论文作者：陈秋如作者学号：200811034208所在院系：化学化工学院专业班级：化工082班指导老师：李英玲关于表面活性剂的探究TheResearchOfsurfactant仲恺农业工程学院化学化工学院作者Author:陈秋如化工082班200811034208摘要Abstract：表面活性剂(surfactant)是指具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列，并能使表面张力显著下降的物质。表面活性剂用途广泛，涉及许多方面。从合成洗涤剂、化妆品、食品工业，乃至纺织工业、皮革工业、橡胶工业、塑料工业、土木建筑业、涂料、油墨工业、金属加工工业、石油和燃料工业、采矿业、煤炭工业、造纸工业、农林业以及医疗卫生、环境保护等部门都广泛使用表面活性剂。此外，表面活性剂还广泛应用于科学研究中。因此其应用价值的探究有深远的发展前景。关键词Keywords：非极性亲水基疏水基表面活性引用quote：表面活性剂一般是低分子量分散剂。表面活性剂分子具有改性作用，特别是降低颜料和树脂溶液间表面张力。表面活性剂的历史发展表面活性剂和合成洗涤剂形成一门工业得追溯到本世纪30年代，以石油化工原料衍生的合成表面活性剂和洗涤剂打破了肥皂一统天下的局面。经过60余年的发展，1995年世界洗涤剂总产量达到4300万吨，其中肥皂900万吨。据专家预测，全世界人口从2000年到2050年将翻一番，洗涤剂总量将从5000万吨增加到12000万吨，净增1.4培，这是一个令人鼓舞的数字。中国的表面活性剂和合成洗涤剂工业起始于50年代，尽管起步较晚，但发展较快。1995年洗涤用品总量已达到310万吨，仅次于美国，排名世界第二位。其中合成洗涤剂的生产量从1980年的40万吨上升到1995年的230万吨，净增4.7倍，并以年平均增长率大于10%的速度增长。据中国权威部门预测，2000年洗涤用品总量将达到360万吨，其中合成洗涤剂将达到65.5万吨。其中产量超万吨的表面活性剂品种计有：直链烷基苯磺酸钠（LAS）、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠（AES）、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵（AESA）、月桂醇硫酸钠（K12或SDS）、壬基酚聚氧乙烯（10）醚（TX-10）、平平加O、二乙醇酰胺（6501）硬脂酸甘油单酯、木质素磺酸盐、重烷基苯磺酸盐、烷基磺酸盐（石油磺酸盐）、扩散剂NNO、扩散剂MF、烷基聚醚（PO-EO共聚物）、脂肪醇聚氧乙烯（3）醚（AEO-3）等。一．表面活性剂的组成:表面活性剂一端是非极性的碳氢链（烃基），与水的亲和力极小，常称疏水基．．．；另一端则是极性基团（如—OH、—COOH、—NH2、—SO3H等），与水有很大的亲和力，故称亲水．．基．，总称“双亲分子”（亲油亲水分子）。常用的表面活性剂分为溶解于水并能离解的离子型表面活性剂与溶于水但不离解，整个分子起表面活性作用的非离子型表面活性剂两大类。为了达到稳定,表面活性剂溶于水时，可以采取两种方式:1.在液面形成单分子膜。将亲水基留在水中而将疏水基伸向空气，以减小排斥。而疏水基与水分子间的斥力相当于使表面的水分子受到一个向外的推力，抵消表面水分子原来受到的向内的拉力，亦即使水的表面张力降低。这就是表面活性剂的发泡、乳化和湿润作用的基本原理。在油-水系统中，表面活性剂分子会被吸附在油-水两相的界面上，而将极性基团插入水中，非极性部分则进入油中，在界面定向排列。这在油-水相之间产生拉力，使油-水的界面张力降低。这一性质对表面活性剂的广泛应用有重要的影响。2.形成“胶束”。胶束可为球形，也可是层状结构，都尽可能地将疏水基藏于胶束内部而将亲水基外露。如以球形表示极性基，以柱形表示疏水的非极性基，则单分子膜和胶束。如溶液中有不溶于水的油类（不溶于水的有机液体的泛称），则可进入球形胶束中心和层状胶束的夹层内而溶解。这称为表面活性剂的增溶作用。表面活性剂可起洗涤、乳化、发泡、湿润、浸透和分散等多种作用，且表面活性剂用量少（一般为百分之几到千分之几），操作方便、无毒无腐蚀，是较理想的化学用品因此在生产上和科学研究中都有重要的应用。在浓度相同时，表面活性剂中非极性成分大，其表面活性强。即在同系物中,碳原子数多的表面活性较大。但碳链太长时，则因在水中溶解度太低而无实用价值表面活性剂的分类按极性基团的解离性质分类1、阴离子表面活性剂：硬脂酸，十二烷基苯磺酸钠2、阳离子表面活性剂：季铵化物3、两性离子表面活性剂：卵磷脂，氨基酸型，甜菜碱型4、非离子表面活性剂：脂肪酸甘油酯，脂肪酸山梨坦（司盘），聚山梨酯（吐温）（一）阴离子表面活性剂：起表面活性作用的部分是阴离子。1、高级脂肪酸盐：①通式：(RCOO)n-Mn+脂肪酸盐②分类：一价金属皂(钾、钠皂)；二价或多价皂(铅、钙、铝皂)；有机胺皂(三乙醇胺皂)③性质：具有良好的乳化能力，易被酸及多价盐破坏，电解质使之盐析。④应用：具有一定的刺激性，只供外用。2、硫酸化物：①通式：R·O·SO3-M+②分类：硫酸化油(硫酸化蓖麻油称土耳其红油)；高级脂肪醇硫酸脂(十二烷基硫酸钠)。③性质：可与水混溶，为无刺激的去污剂和润湿剂；乳化性很强，稳定、耐酸、钙，易与一些高分子阳离子药物发生沉淀。④应用：代替肥皂洗涤皮肤；有一定刺激性，主要用于外用软膏的乳化剂。有时也用于片剂等固体制剂的润湿剂或增溶剂。3、磺酸化物：①通式：R·SO3-M+②分类：脂肪族磺酸化物，如二辛玻珀酸脂磺的钠；烷基芳基磺酸化物，如十二烷基苯磺酸钠，常用洗涤剂；烷基苯磺酸化物；胆酸盐，如牛磺胆酸钠。③性质：水溶性,耐酸、钙、镁盐性比硫酸化物差,不易水解。④应用：用作胃肠脂肪的乳化剂和单脂肪酸甘油酸的增溶剂；较好的洗涤剂。（二）阳离子表面活性剂：起作用的是阳离子，亦称阳性皂。1.结构：含有一个五价氮原子。如：普通铵盐类其中(A)为辛基十二烷基二甲基氯化铵(50)、双辛基二甲基苄基氯化铵(25)和双十二烷基二甲基氯化铵(25)，(B)为烷基(cl·50+cz,1o+c|‘lO)二甲基苄基氯化铵含硫阳离子，主要类型的分子通式有(RRRs)+x—对于前两种化合物的合成反应如下图所示：通过(A)的氧化可制得(c)2.特点：水溶性大，在酸性和碱性溶液中较稳定具有良好的表面活性和杀菌作用。3.应用：杀菌；防腐；皮肤、粘膜手术器械的消毒。4.常用药物：①苯扎氯铵(洁尔灭)；②苯扎溴铵(新洁尔灭)（三）两性离子表面活性剂：分子结构上同时具有正负电荷基团的表面活性剂，随介质的pH可成阳或阴离子型。1.常用品种：卵磷脂、氨基酸型和甜菜碱型两性离子型表面活性剂。2.最大优点：适用于任何PH溶液，在等电点时也无沉淀。3.性质：碱性水溶液中呈阴离子性质，起泡性良好、去污力亦强；酸性水溶液中呈阳离子性质，杀菌力很强，毒性小。（四）非离子表面活性剂：在水溶液中不解离。1.结构组成：①亲水基团(甘油、聚乙二醇、山梨醇)；②亲油基团(长链脂肪酸、长链脂肪醇、烷基或芳基)；③酯键、醚健2.性质：毒性，溶血作用较小，化学上不解离，不易受电解质，pH值的影响；能与大多数药物配伍，应用广泛（外用、内服、注射）。表面活性剂的应用表面活性剂由于具有润湿或抗粘、乳化或破乳、起泡或消泡以及增溶、分散、洗涤、防腐、抗静电等一系列物理化学作用及相应的实际应用，成为一类灵活多样、用途广泛的精细化工产品。表面活性剂除了在日常生活中作为洗涤剂，其他应用几乎可以覆盖所有的精细化工领域。1.增溶要求：CCMC（HLB13~18）临界胶束浓度（CMC）：表面活性剂分子缔合形成胶束的最低浓度。当其浓度高于CMC值时，表面活性剂的排列成球状、棒状、束状、层状/板状等结构。增溶体系为热力学平衡体系；CMC越低、缔合数越大，增溶量（MAC）就越高；温度对增溶的影响：温度影响胶束的形成，影响增溶质的溶解，影响表面活性剂的溶解度Krafft点：离子型表面活性剂的溶解度随温度增加而急剧增大这一温度称为Krafft点，Krafft点越高，其临界胶束浓度越小昙点：对于聚氧乙烯型非离子表面活性剂，温度升高到一定程度时，溶解度急剧下降并析出，溶液出现混浊，这一现象称为起昙，此温度称为昙点。在聚氧乙烯链相同时，碳氢链越长，浊点越低；在碳氢链相同时，聚氧乙烯链越长则浊点越高。2.乳化作用亲水亲油平衡值（HLB）：表面活性剂分子中亲水和亲油基团对油或水的综合亲合力。根据经验，将表面活性剂的HLB值范围限定在0-40，非离子型的HLB值在0-20。混合加和性：HLB=（HLBaWa+HLBb/Wb）/（Wa+Wb）理论计算：HLB=∑（亲水基团HLB值）+∑（亲油基团HLB）-7HLB：3-8W/O型乳化剂：Tween；一价皂HLB：8-16O/W型乳化剂：Span；二价皂3.润湿作用要求：HLB：7-9。使用表面活性剂可以控制液、固之间的润湿程度。农药行业中在粒剂及供喷粉用的粉剂中，有的也含有一定量的表面活性剂，其目的是为了提高药剂在受药表面的附着性和沉积量，提高有效成分在有水分条件下的释放速度和扩展面积，提高防病、治病效果。在化妆品行业中，做为乳化剂是乳霜、乳液、洁面、卸妆等护肤产品中不可或缺的成分。4.助悬作用在农药行业，可湿性粉剂、乳油及浓乳剂都需要有一定量的表面活性剂，如可湿性粉剂中原药多为有机化合物，具有憎水性，只有在表面活性剂存在的条件下，降低水的表面张力，药粒才有可能被水所润湿，形成水悬液；5.起泡和消泡作用表面活性剂在医药行业也有广泛应用。在药剂中，一些挥发油脂溶性纤维素、甾体激素等许多难溶性药物利用表面活性剂的增溶作用可形成透明溶液及增加浓度；药剂制备过程中，它是不可缺少的乳化剂、润湿剂、助悬剂、起泡剂和消泡剂等。6.消毒、杀菌在医药行业中可作为杀菌剂和消毒剂使用，其杀菌和消毒作用归结于它们与细菌生物膜蛋白质的强烈相互作用使之变性或失去功能，这些消毒剂在水中都有比较大的溶解度，根据使用浓度，可用于手术前皮肤消毒、伤口或粘膜消毒、器械消毒和环境消毒；结语concluding：表面活性剂起作用，并不单单是因为某一方面的作用，很多情况下是多种因素共同作用。如在造纸工业中可以用作蒸煮剂、废纸脱墨剂、施胶剂、树脂障碍控制剂、消泡剂、柔软剂、抗静电剂、阻垢剂、软化剂、除油剂、杀菌灭藻剂、缓蚀剂等表面活性剂对于在界面上发生的所有过程都会有影响，所以在工农业生产中使用表面活性剂可简化工艺，或加速生产，或更加经济，还可提高产品质量和使用价值。参考文献:1.山东师大学报(自然科学)journeyofShandongNormalUniversity1992年第7卷第3期(总第、u期)(NaturalSciencesEdition)Vo1．7，No．3(SumNo．39)19922．网站：：．吴志鹏周玉杰，张建安，程可可，刘宏娟，戴玲妹，刘德华，狄晓威.固体酸催化剂制备生物柴油研究进展.现代化工2008年S2期