第2章表面活性剂的类型

1第二章表面活性剂的类型Chap.2CategoryofSurfactant22.1.阴离子表面活性剂2.2.阳离子表面活性剂2.3.两性表面活性剂2.4.非离子表面活性剂2.5.特种表面活性剂2.6高分子表面活性剂2.7新型表面活性剂主要内容32.1阴离子表面活性剂此类表面活性剂在水中解离出表面活性阴离子。1.性质Example：4洗涤剂、钻井、修井、完井、试油以及提高采收率。阴离子表面活性剂中产量最大、应用最广的是磺酸盐、其次是硫酸盐。3.用途羧酸盐型：R—COOM磺酸盐型：R—C6H4—SO3M硫酸酯盐：R—OSO3M磷酸盐型：R—OPO3M22.分类5这类表面活性剂是以羧基为亲水基。2.1.1羧酸盐型性质分类（依据亲油基与羧基的连接方式）一类是亲油基与羧基直接连接的脂肪酸盐(俗称皂类)，其通式为RCOOM；二类是亲油基通过中间键相连。RCONH(CH2)nCOO-Na+Example：6碱金属皂主要作为家用洗涤制品：如脂肪酸钠、脂肪酸钾。金属皂和有机碱皂主要作工业表面活性剂。1.皂类表面活性剂种类：碱金属皂、碱土金属、高价金属皂和有机碱皂。用途:7（1）天然动植物油脂为原料1）皂类表面活性剂的合成OHRCOOHORCH2232232催化剂，（2）石油为原料8（3）多羧酸为原料如：(n=12～16)等，在胶片生产中用作润湿剂。用三乙醇胺与油酸制成的皂为淡黄色浆状物，溶于水，易氧化变质，常用作乳化剂。9H3CCOOHH3CCH(CH3)2松香皂易溶于水，有较好的抗硬水能力和润湿能力，多用于洗涤用肥皂生产中。（4）松香酸为原料松香的主要成分是松香酸：102）皂类表面活性剂的性质（1）皂类表面活性剂的水溶性铵皂，钾皂，钠皂，不饱和酸皂易溶；低分子皂类较高分子皂类易溶;环烷酸皂及树脂酸皂也易溶于水;重金属皂与碱土金属皂则不溶于水。11C8-C18的脂肪酸盐，碳链增长，降低表面张力的能力逐渐增强；（2）皂类表面活性剂降低表面张力的能力降低表面张力的能力受其反离子的影响很大。Na+K+NH4+N+H(C2H4OH)3N+H3(C2H4OH)不饱和酸盐的表面活性一般比饱和酸盐的大。12其碳链短些的、泡沫易于形成，如C10～C12的脂肪酸皂的泡沫粗大，但不稳定；碳链较长的脂肪酸皂，形成的泡沫细小持久，但不易生成；不饱和酸皂如油酸钠起泡性能差，且泡沫不持久，松香酸皂的起泡性也差，但加入碳酸钠后，起泡性大为增加；（3）皂类表面活性剂的发泡性能与乳化性能碱金属皂的泡沫性能较好。13低分子环烷酸皂，泡沫大，而不持久；高分子环烷酸皂泡沫小而持久。重金属皂(如铝皂)常用作消泡剂。皂类的乳化性能：碱金属皂易将油-水乳化为O/W型乳状液；而碱土金属皂(包括重金属皂)易形成W/O型乳状液。14C16～C18的饱和酸皂在80℃～90℃时的去污性能最好；不饱和酸皂如油酸皂在20℃～50℃时的去污力最大；肥皂在软水中与其它表面活性剂几乎有相同的去污力，水的硬度增大，去污力变差。（4）皂类表面活性剂的去污力15由于它与硬水中的Ca2+、Mg2+离子反应生成不溶于水，且失去洗涤能力的钙、镁皂。肥皂在硬水中去污力下降的主要原因:这是因为肥皂在酸性溶液中易使其脂肪酸游离析出，结果使肥皂失去表面活性。但是，肥皂的生物降解性是非常好的。肥皂不宜在酸性环境中使用的原因：16硬脂酸的钙、钡、镁及铝皂也是很好的金属防锈油添加剂。3）皂类表面活性剂的用途羧酸盐型表面活性剂早己应用于各个领域：硬脂酸钠皂、钾皂早已用作洗涤剂、起泡剂、乳化剂以及润湿剂等。Example1:Example2:脂肪酸的三乙醇胺皂，常用在非水溶剂中作乳化剂。Example3:17羧酸盐表面活性剂，作提高原油采收率的驱油剂松香酸钠、环烷酸钠、硬脂酸钠以及油酸钠可用作Ca2+、Mg2+离子含量高的出水油井封堵剂，而山芋酸钾则可用于Na+离子含量高的出水油井选择性堵水；重金属皂如铝皂可用泥浆消泡剂和W/O乳化剂。肪酸皂和环烷酸皂也曾用作原油破乳等方面。在石油工业中的应用18通过脂肪酰氯与肌氨酸反应得到的表面活性剂，商品名为“medialan”。美国DOW公司以商品名“Hamposyl”生产;德国Hoechat公司以商品名“medialan”生产;Albright＆Wilson公司于1999年开始以商品名“EmpigenRSLA”生产。2.疏水基通过中间键与羧基连接的表面活性剂1）梅迪兰19RCOCl+HNCH2COOHCH3NaOHRCNOCH3CH2COONa主要采用Schotten-Baumana缩合法路线，多采用氢氧化钠做缚酸剂，水或水-丙酮做溶剂（1）梅迪兰的合成20d.具有低毒、低刺激性和生物降解性好等特点；（2）梅迪兰的性质和用途a.梅迪兰具有洗涤、分散、乳化、渗透、增溶等特性；b.具有抗菌杀菌性和抗蚀、抗静电能力；c.配伍性好；e.应用:洗涤剂、化妆品、食品饮料、金属加工、石油开采、矿物浮选、农药调配和生物医药等十多个行业中d.具有低毒、低刺激性和生物降解性好等特点；b.具有抗菌杀菌性和抗蚀、抗静电能力；c.配伍性好；21C17H33CClO+H(N)RCHR'nONaC060碱性C17H33CO(N)RCHR'nONa油酰氯多缩氨基酸钠lamepon用油酰氯与水解蛋白(多肽)缩合所得产品，其商品名称1ameponA(雷米帮A，又名613洗涤剂2)雷米帮（1amepon）22第一步用三氯化磷对油酸进行酰化反应。3C17H35COOH+PCl3→3C17H35COCl第二步将氨基酸与油酰氯通过缩合反应而合成油酰氨基酸钠：3C17H35COCl+H2NR1(CONHR2)xCOOH+2NaOH→3C17H35CONHR1(CONHR2)xCOONa（1）雷米帮的合成23.性质：这种表面活性剂在碱性和中性溶液中稳定，pH5时则有沉淀析出。雷米帮A乳化能力强，是良好的乳化剂。它在碱性介质中有优良的去污力和良好的钙分散力。它的吸湿性强，不适合制成粉状产品。（2）雷米帮的性质与用途24用途该产品多用于毛纺、丝绸、合成纤维的印染工业，作为洗涤剂、乳化剂、扩散剂等。也可以用于制革业作制革脱脂剂。也可用于工业清洗作金属表面去油剂。以毛、发为原料制成的产品其多肽部分与头发的蛋白质化学结构相似，适合作洗发护发香波。252.1.2磺酸盐型1.烷基苯磺酸盐表面活性剂2.烷基磺酸盐3.a-烯基磺酸盐4.石油磺酸盐分类：26其原料主要来自石油。烷基苯磺酸盐作为阴离子表面活性剂，在表面活性剂中是产量最大、应用最广的一类。它是通过烷基苯的磺化制成烷基苯磺酸，再由碱中和而制得。1）烷基苯磺酸盐表面活性剂的合成1.烷基苯磺酸盐表面活性剂（ABS，LAS）27（1）磺化R-ArH+H2SO4→R-ArSO3H+H2OR-ArH+SO3→R-ArSO3H式中R-和-ArH分别表示烷基和芳烃①用硫酸磺化是可逆反应，酸液利用率低、磺化效率不高；②而SO3磺化是以化学计量与烷基芳烃反应，无废酸生成，利用率高，加之SO3来源丰富成本较低。28（2）中和除用NaOH。还可以根据不同的用途改用氨(或胺)、或Ca(OH)2、Ba(OH)2中和生成相应的烷基芳基磺酸盐。R-ArSO3H+NaOH→R-ArSO3Na+H2O29在硬水中不与钙、镁离子形成沉淀，其去污力强，泡沫力和泡沫稳定性好在酸、碱和某些氧化物（次氯酸钠、过氧化物等）溶液中稳定性好作为洗涤剂配方中的表面活性剂易喷雾干燥成型，是优良的洗涤剂和泡沫剂2)烷基苯磺酸盐表面活性剂的性能30烷基苯磺酸钠盐是应用最广泛的工业表面活性剂和家用高泡洗涤剂；三乙醇胺盐常用于液体洗涤剂和化妆品中，一些胺盐则由于其油溶性而用于干洗过程。另外，还用与三次采油中作为乳化剂，发泡剂和高效驱油剂。•3）烷基苯磺酸盐表面活性剂的用途31•烷基磺酸盐通式为RSO3M，R为C3～C20的烷基。•烷基链长平均碳数为C15～C16为宜。•其中M为金属，可为碱金属或碱土金属。•作为民用合成洗涤剂的表面活性物其金属离子均为Na+。2.烷基磺酸盐32主要生产方法：磺氧化法及磺氯化法1）烷基磺酸盐表面活性剂的合成磺氧化法二氧化硫和氧与烷烃反应制取烷基磺酸盐本法不需要氯气，副产物少，可以简化纯化工艺，降低成本。332）烷基磺酸盐表面活性剂的性能烷基磺酸盐的表面活性与烷基苯磺酸钠接近在碱、弱酸及水中有良好的稳定性，耐硬水在硬水中仍具有良好的润湿、乳化、分散、去污等能力，生物降解性优于LAS，可作洗涤剂、乳化剂等。34具有较高的润湿、起泡和乳化能力，去污作用也较强。制成合成洗涤剂，毒性较低，对皮肤的刺激性也较低，而且生物降解速率高。应用于石油、纺织、合成橡胶等领域。3）烷基磺酸盐表面活性剂的用途35迄今为止其商业意义仍然有限，产量也不高。3.α-烯基磺酸盐4.石油磺酸盐石油磺酸是用三氧化硫、发烟硫酸磺化高沸点石油馏分而得，中和后得到得石油磺酸盐。36ROSO3M，M为碱金属，或NH4+或有机胺盐。2.1.3硫酸酯盐类表面活性剂AS如二乙醇胺或三乙醇胺盐，R为C8～C18的烷基，C12～C14的通常是硫酸化最理想的醇。脂肪醇硫酸脂盐的化学通式为：37脂肪物硫酸酯盐是以脂肪醇、脂肪醇醚或脂肪酸单甘油脂经硫酸化反应然后用碱中和而制得。1.硫酸酯盐类表面活性剂的合成ROH+SO3（或H2SO4、H2SO4.nSO3）→ROSO3HROH+ClSO3H→ROSO3H+HClROSO3H+NaOH→ROSO3NaROH+H2NSO3H→ROSO3NH438这类表面活性剂具有良好的发泡力和洗涤性能，在硬水中稳定，其水溶液呈中性或微碱性。它可以作为重垢棉织物洗涤剂；用作轻垢液体洗涤剂；用作牙膏发泡剂、乳化剂、纺织剂及电镀浴添加剂等。2.硫酸酯盐类表面活性剂的性质和用途39特点磷酸是三元无机酸，与脂肪醇反应可以生成磷酸单酯和磷酸双酯。磷酸单酯和磷酸双酯都是酸性磷酸酯，酸性磷酸酯不经中和直接使用，pH值通常在1.5～2.5，接触皮肤有刺激性。在日用化学品中作为表面活性剂使用的是将酸性磷酸酯用适当的碱中和的磷酸酯盐类。正构脂肪醇的磷酸脂盐平滑性好，支链脂肪醇磷酸酯盐的渗透性好。2.1.4磷酸酯类表面活性剂403ROH+P2O5ROPOHOOHROPOROOH+单酯双酯醇与磷酸化剂反应，然后用碱中和而得。常用的磷酸化剂:五氧化二磷和聚磷酸。常用的碱:氢氧化钠、氢氧化钾、氨、乙醇胺等。1.磷酸酯类表面活性剂的合成41中和的酸性酯溶解度很低，中和后溶解度明显增加；随憎水基链长增加溶解度下降，引入烷基醚可增加其溶解度；单酯的溶解度大于双酯；单酯二钠盐的溶解度与相同碳链的脂肪醇硫酸盐相似。2.磷酸酯类表面活性剂的性质①磷酸酯的溶解度42单酯比双酯高，正构碳链的磷酸酯高于异构碳链的磷酸酯，并随烷基碳链的增加其表面张力下降。②磷酸酯的表面张力以短链有为好，单烷基磷酸酯优于双酯。③作用抗静电磷酸酯具有较好的生物降解性。④生物降解43在纺织工业中：用作染色助剂、乳化剂、抗静电剂。在金属加工中：用于配制金属切削油、拔丝油、压延油剂，可配成油溶性的和水溶性的乳液。在化妆品工业中:用于生产护肤品，用作喷发器喷嘴堵塞防止剂.在洗涤工业中:用于制造各种洗涤剂。在农药工业中:用作农药乳化剂、肥料乳化剂。在造纸工业中:用作废纸脱墨剂、涂料纸的涂层液的分散稳定剂。在化学工业中:用作乳液聚合用乳化剂。3.磷酸酯类表面活性剂的应用44在水中离解出表面活性正离子，称之为“逆性皂”。2.2阳离子表面活性剂在通常情况下，不适于作洗涤剂，但它广泛用于杀菌、防粘土膨胀、破乳、缓蚀以及矿物浮选等。45[C12H25NCH3CH3]CH3Cl[C12H25NCH3CH3]CH3++Cl-这类表面活性剂通常是那些具有表面活性的含氮化合物，即有机胺衍生出来的盐类，它们在水中能解离出表面活性阳离子。2.2.1阳离子表面活性剂的特点46开链的阳离子表面活性剂杂环阳离子表面活性剂中间基键连接的阳离子表