研究生_表活剂选论概要

《研究生_表活剂选论概要》由会员分享，可在线阅读，更多相关《研究生_表活剂选论概要（198页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、,表 面 活 性 剂 选 论 江 南 大 学 化 工 学 院 许 虎 君 联系方式：13706180672 , 13338103707 邮箱：xu6209,课程内容,第一章 绪论 第二章 原料的制取 第三章 阴离子表面活性剂 第四章 阳离子和两性表面活性剂 第五章 非离子表面活性剂 第六章 特种表面活性剂,表面活性剂：是指具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表(界)面能定向排列，并能使表(界)面张力显著下降的物质。,第一章 绪论 11表面活性剂（surfactant）的概念,表面活性 界面与表面的概念 界面：物质相与相的分界面。 在各相间存在：气-液、气-固、液-液、液-固和固-固 五种界面。 表

2、面：当组成界面的两相中有一相为气相时，称为表面。,表层空气分子对液体吸引力小于内部液相分子对它的吸引力，所以该分子所受合力不等于零，其合力方向垂直指向液体内部，结果导致液体表面具有自动缩小的趋势，这种收缩力称为表面张力。,12 表面活性剂发展简史 一、表面活性剂工业的兴起与演变 表面活性剂是一种功能性的精细化工产品，俗称“工业味精”。近年来，已发展成为精细化工一个重要门类。 表面活性剂的发展历史是从肥皂开始。 1917年，德国Basf公司开发了苯的烷基化与磺化产品。 此后，德国人Bohme开发了蓖麻油脂脂肪酸丁酯磺酸盐表面活性剂。 1928年，H.Bertsch等用脂肪醇代替脂肪酸进行硫酸化，

3、制得第一种合成的洗涤活性物，随后发展了脂肪醇、脂肪酸、脂肪胺的聚氧乙烯醚产品。 第二次世界大战后，以四聚丙烯为原料的支链十二烷基苯生产技术开发成功后，市场大量需求支链烷基苯磺酸钠（ABS），其去污力好，洗涤剂所用的活性物大都采用了表面活性物，从而部分取代了肥皂。,20世纪60年代起，由于四聚丙烯型支链烷基苯磺酸钠（ABS）的生物降解性差，造成公害，而被直链烷基苯磺酸钠（LAS）所取代，随之在数量，品种上有了很大的提高。 目前国际上表面活性剂的发展倾向于生态安全、无环境污染、生物降解安全，功能性强，化学稳定性及热稳定性良好，而成本低的产品，“绿色”化原料倍受关注。 二、世界表面活性剂科学与工业的

4、现状。 世界表面活性剂工业的现状是比较平稳的缓慢地增长，不同的地区发展有差异。 全世界表面活性剂的产量，目前约在1000万吨以上 。品种数量上，全世界已合成的表面活性剂品种达16000个，但主要产量品种仍以LAS、AEO、AES、FAS等为主，其次为AOS、SAS。近年来，APG、MES亦有较大的发展趋势。由于脂肪醇生产成本的下降，脂肪醇系表面活性剂的发展速度高于LAS。 其品种上，阴、非离子表面活性剂在数量上发展也是较快的。但近年来，两性表面活性剂在发展速度上亦较快。 随着表面活性剂工业的发展，表面活性剂科学的基础研究也愈来愈深入；其应用也不断地向新的领域拓展。,13 表面活性剂的结构与分类

5、 一、表面活性剂分子的双亲结构,表面活性剂的分子结构包括：长链疏水基团（亲油基）和亲水性离子基团或极性基团（亲水基）属于双亲结构。在溶液中能定向地吸附于两相界面上，从而降低了水的表（界）面张力；在某一浓度以上，分子相互缔合形成胶束。,疏水基,亲水基,表面活性剂的化学结构特点,极性基团,非极性基团,亲水基（憎油基、疏油基）,憎水基(亲油基、疏水基),不对称的分子结构 两亲性:一段亲水、一段亲油！ 双重性: 一部分可溶于水 一部分易自水中逃逸的,CMC-临界胶束（团）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,（

6、一）疏水基： 表面活性剂的疏水基主要是烃类，来自油脂化学制品或石油化学制品，其碳原子数为C8C20。 疏水基：饱和烃：直链烷烃，支链烷烃和环烷烃。 不饱和烃：脂肪族及芳香族，双键和三键，有弱亲水基作用。 对于胶束形成，其每个不饱和烃的烃中减少 11.5个CH2的效果相同。 其它：脂肪醇、烷基酚、含氟或硅以及其它元素的原子团， 含萜类的松香化合物，高分子的聚氧丙烯化合物等。 以上疏水基的疏水性强弱顺序为： 脂肪族烃基 环烷烃基脂肪族侧链芳烃基芳烃基带弱亲水基的烃基,有机酸盐： 羧酸盐（-COOM），如肥皂（脂肪酸钠）： 磺酸盐（-SO3M），如洗衣粉的主要成分十二烷基苯磺酸钠； 硫酸酯盐（-OS

7、O3M）如硫酸化蓖麻油； 磷酸酯盐（-OPO3M），如磷酸化油。 胺盐及季铵盐： 伯、仲、叔胺盐 季铵盐；,离子型：,（二）亲水基： 两大类：离子型：阴、阳、两性离子，在水溶液中能离解为带电 荷的离子，如磺酸盐、羧酸盐等。 非离子型：在水中具有极性而不能在水中离解，如聚氧 乙烯等。,不离解的羟基(-OH，一般为多个羟基)，如“斯盘”（Span）； 2. 醚链 (-O-，与水形成氢键而具有亲水性， 一般为 多个), 如渗透剂JFC ，其分子式：RO(CH2CH2O)nH（R为C8C13烷基）。,非离子型：,烷基多糖苷又称APG,亲水基类型不同，表面活性剂形成胶束的容易程度及降低液体表面张力的能力

8、不同，顺序如下（亲油基相同的条件下）： -COO-N+(CH3)3-SO3-OSO3-两性型多元醇型聚氧乙烯型 一个好的表面活性剂其亲水基与亲油基应有一个很好的匹配关系： 亲水-亲油平衡值（Hydrophilic-Lipophilic Balance，缩写为HLB）。,表面活性剂都是两亲分子，由于亲水和亲油基团的不同，很难用相同的单位来衡量，所以Griffin提出了用一个相对的值即HLB值来表示表面活性物质的亲水性。对一般非离子型的表面活性剂，HLB的计算公式为：,例如：石蜡无亲水基，所以HLB=0 聚乙二醇，全部是亲水基，HLB=20。 其余非离子型表面活性剂的HLB值介于020之间。,HL

9、B值,HLB值,根据需要，可根据HLB值选择合适的表面活性剂。例如：HLB值在26之间，可作油包水型的乳化剂；810之间作润湿剂；1218之间作为水包油型乳化剂。,HLB值 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 | | | | | | 石蜡 W/O乳化剂 润湿剂 洗涤剂 增溶剂 | | 聚乙二醇 O/W乳化剂,一些基团的HLB值,表面活性剂市场上常见的亲水性基团,表面活性剂市场上常见的疏水基团,（三）连结剂：,亲水基和疏水基有两种连接方式： 1. 直接连接，即疏水基物料直接与无机或有机化学剂反应 而成。如脂肪酸与氢氧化钠直接形成肥皂。 C17H35COONa 2. 借助中间药

10、剂作媒介而进行连接。如：,二、表面活性剂分类,常用的分类方法：按表面活性剂分子的化学结构和它在水中的离解状态来进行分类。,表面活性剂,阴离子型,阳离子型,两 性 型,非离子型,特 种,在整个表面活性剂生产中占有相当大的比重，据统计，世界表面活性剂总产量的40%属于这一类。,一般是长链烃C10-C20,羧酸 磺酸 硫酸 磷酸,阴离子表面活性剂的结构分类：,阴离子表面活性剂的结构分类：,阳离子表面活性剂的结构：,N P S As,伯、仲、叔胺盐,季铵盐,咪唑啉型,吡啶型,吗啡啉型,疏水基,亲水基,阳离子表面活性剂的结构分类：,两性离子型表面活性剂的结构：,同一分子上有一阴离子及一阳离子在分之内形成

11、内盐。,良好的配伍性、低毒性、多功能性；占总量1左右，但发展较快，,羧酸型 硫酸型 磺酸型磷酸型,胺基 季铵基,两性离子型表面活性剂的分类,非离子型表面活性剂：,非离子型表面活性剂在水溶液中不电离，其亲水基主要是由具有一定数量的含氧基团组成（醚、酯、羟基、胺、酰胺）。,稳定性好，不受酸碱盐的影响，相容性好，可与阴阳两性表面活性剂混合使用，在水、有机溶剂中均可溶解。,非离子型表面活性剂主要有：,其它还有蔗糖脂肪酸酯、烷基糖苷、烷基醇酰胺等非离子表面活性剂.,结构上区别于上述表面活性剂，性能较特殊，且兼有阴、阳、非、两性离子特征。 主要有： 高分子表面活性剂 元素表面活性剂 冠醚表面活性剂 微生物

12、表面活性剂 反应性表面活性剂、 多聚型表面活性剂 其他还有开发的多效阳、非、阴功能的混杂型表面活性剂等。,特种表面活性剂：,第一章 思考题 1、国内外表面活性剂的品种、产量的现状及发展趋势如何？ 2、表面活性剂的分类依据及特征是什么？,应用,应用,分类 结构 性能,原 料,合 成,油脂,石油,阴离子 阳离子 两性 非离子 特种,洗涤、农药、食品、材料、医药、采油、采矿、纺织、印染、皮革、造纸、建筑工业味精,催化剂开发,单元反应,融会贯通,植,动,乳,超分子化学 膜化学 药物载体 表面催化 纳米材料 分子器件,高分子 元素 冠醚 微生物,有机反应的基本过程,新方法 趋势,应用,使用,脂肪族取代反

13、应理论,芳香族取代反应理论,主要参考书目：,Surfactant Science Series Marcel Dekker, Inc. New York and Basel 表面活性剂和洗涤剂化学与工艺 -夏纪鼎 日用品中的表面活性剂-德J.法尔勃 表面活性剂合成技术-吕彤 两性表面活性剂-汪祖模 阳离子表面活性剂-王一尘 高分子表面活性剂-沈一丁 新表面活性剂-孙岩 精细有机合成-王建新 等等 参考杂志: 1. 日用化学工业 2. 日用化学品科学 3. 精细化工 4. Tenside 5. Langmuir 6. Journal of Surfactants and Detergents 7

14、. J. Am. Chem.Soc. ,第二章 原料的制取 表面活性剂分子由亲油和亲水两部分组成，本章仅介绍以表面活性剂的亲油部分以及非离子表面活性剂的原料环氧乙烷、环氧丙烷的合成。 21 油脂衍生物 一、油脂 1、油脂的概念和来源 1）油脂的概念 油脂是多种复杂的有机化合物的混合物，主要成分是高级脂肪酸的甘油三酯，此外还含有少量游离脂肪酸、高级醇、高级烃、维生素、磷脂、蛋白质及色素等。 2）油脂的来源 2油脂的脂肪酸组成及油脂的分类 油脂的脂肪酸组成：油脂的主要成分是多种甘油脂肪酸酯的混合物，同时还有少量的有机无机杂质。 日用化工行业中常用油脂的品种：,即主要油脂的主要脂肪酸组成： 蓖麻油：

15、棕榈酸 2%；硬脂酸 1%；油酸 7%；亚油酸 3% ；蓖麻油酸 87% 椰子油：辛酸、癸酸约 15%；月桂酸 48%；豆蔻酸 17%；棕榈酸 9%； 硬脂酸 2%；油酸 7%；亚油酸 1.3% 棕榈仁油：辛酸、癸酸约 9%；月桂酸 50%；豆蔻酸 15%；棕榈酸 7%； 硬脂酸 2%；油酸 15%；亚油酸 1% 棕榈油：豆蔻酸 2%；棕榈酸 42%；硬脂酸 5%； 油酸 41%；亚油酸 10% 棉子油：豆蔻酸 1%；棕榈酸 21%；硬脂酸 2%； 油酸 29%；亚油酸 45% 高芥酸菜油：豆蔻酸 0.5%；棕榈酸 2%；硬脂酸 1%；山嵛酸 1%；油酸 15%； 芥酸 50%；亚油酸 15% ；亚麻酸 7% 低芥酸菜油：豆蔻酸 0.5%；棕榈酸 4%；硬脂酸 1%；山嵛酸 1%；油酸 60%； 芥酸 2%；亚油酸 20% ；亚麻酸 9% 牛油：月桂酸 0.5%；豆蔻酸 3%；棕榈酸 25%；硬脂酸 19%；油酸 40%； 亚油酸 4% 羊油：豆蔻酸 2%；棕榈酸 25%；硬脂酸 27%；油酸 41%；亚油酸 4% 猪油：豆蔻酸 1%；棕榈酸 28%；硬脂酸 13%；油酸 46%；亚油酸 6% 蓖麻油酸： CH3(CH2)5CHCH2CH=CH(CH2)7COOH OH 芥酸： CH3(CH2)7C