第9章-表面活性剂幻灯片课件

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1、第九章非离子表面活性剂 9 1概述9 2性能与应用9 3聚氧乙烯型非离子SAa9 4多元醇型非离子SAa9 5含氮的非离子SAa9 6聚醚 聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚合物9 7烷基糖苷 APG 9 1概述 1 结构特点亲水基主要是由具有一定数量的含氧基团 一般为醚基和羟基 构成在某些方面比离子型表面活性剂优越 在溶液中不是离子状态 所以稳定性高 不易受强电解质的影响 不易受pH值的影响 与其他类型表面活性剂相容性好 9 2性能与应用 性能 高表面活性临界胶束浓度低于离子型表面活性剂胶束聚集数大 加溶作用强具有良好的洗涤 乳化 润湿 分散 洗涤 抗静电 柔软 杀菌 润滑 缓蚀 防锈 匀染 拔染 染料

2、固色等作用泡沫适中 9 2性能与应用 应用 用作洗涤剂 乳化剂 分散剂 加溶剂 浮选剂 柔软剂 抗静电剂 防水剂等广泛用于洗涤剂 化妆品 纺织 食品 医药 农药 建筑 采矿 石油 化工等工业领域 9 3聚氧乙烯型 1 乙氧基化反应机理 通常被看作是亲核取代反应 SN2 9 3聚氧乙烯型 2 聚氧乙烯链长分布环氧乙烷在碱或酸催化下加成反应的机理有差别但有一点是共同的 即加成作用是分步进行的 每一步加成一个环氧乙烷分子反应的最终产物为RX CH2CH2O nH 其中的n有一定的分布 所以聚氧乙烯非离子表面活性剂是含有一定分布的聚氧乙烯链长的同系物这类表面活性剂的性质不仅与其所含的聚氧乙烯平均数n有

3、关 而且与聚氧乙烯链长的分布有关 9 3聚氧乙烯型 3 主要类型 合成方法及用途 脂肪醇聚氧乙烯醚 AEO AEO3 AEO9 平平加 渗透剂JFC表面活性剂第二大品种2009年 中国AEO产能60万吨 产量31 9万吨 脂肪醇聚氧乙烯醚 AEO a 合成方法 b 性质与用途稳定性较高 易生物降解 溶解范围可以从油溶性到水溶性 溶解性取决于环氧乙烷加成的摩尔数 溶解性随EO含量的增加而明显提高含1 5摩尔EO的产品是油溶性的 EO摩尔数增到7 9 能在水中分散或溶解R也有影响 脂肪醇聚氧乙烯醚 AEO 亲水性的大小用浊点表示 如 脂肪醇聚氧乙烯醚 AEO 醇醚浊点 C12 EO 744C12

4、EO 1073 5C12 EO 15 100C18 EO 1055C18 EO 1579C18 EO 20 100 b 性质与用途最大的用途在配制家用和工业用的洗涤剂上此外 广泛用于各个工业领域 脂肪醇聚氧乙烯醚 AEO 烷基酚聚氧乙烯醚 APE OP 10 TX 10 NP 10 a 合成 9 3聚氧乙烯型 R一般为8 9个C的烷基 烷基酚聚氧乙烯醚 APE b 性质化学性质很稳定 不怕强酸 强碱当环氧乙烷分子数n为1 6时 为油溶性 不溶于水 n 8时 则得到可溶于水的化合物n 8 10时 水溶液的表面张力较低 较强的润湿性 较好的去污力和乳化性能 c 用途工业上 壬基酚 辛基酚醚的产量最

5、大根据EO加成摩尔数的多少 可发挥各自的润湿性 渗透性 乳化性 分散性 去污性等优良性能曾大量用于洗涤剂配方中 但因其生物降解性差 用量正逐渐减少 烷基酚聚氧乙烯醚 APE 烷基酚聚氧乙烯醚 APE 脂肪酸聚氧乙烯酯a 合成 9 3聚氧乙烯型 存在酯基 在酸 碱性溶液中易水解洗涤作用远不及肥皂与醇醚和烷基酚醚相比 渗透性和洗涤性都较差主要用作乳化剂 分散剂 柔软剂 纤维油剂及染色助剂等 9 3聚氧乙烯型 脂肪酸聚氧乙烯酯b 性质及应用 脂肪胺聚氧乙烯化合物a 合成 9 3聚氧乙烯型 9 3聚氧乙烯型 脂肪胺聚氧乙烯化合物b 性质及用途 具有非离子与阳离子SAa的性质 随着聚氧乙烯链的增长 逐渐

6、由阳离子型向非离子型转化当氧乙烯基数目较少时 不溶于水而溶于油 溶于酸性水溶液中 有一定杀菌作用 用无机酸中和时 它们会增加水溶性 用有机酸中和则会增加油溶性常用于人造丝生产中 可以使再生纤维素丝的强度得到改进 并保持喷丝孔的清洁 不使污垢沉积 烷醇酰胺聚氧乙烯化合物a 合成b 性质及用途可改善烷醇酰胺的水溶性用于香波 浴液 液体洗涤剂 9 3聚氧乙烯型 脂肪酸酯聚氧乙烯化合物甘油酯 FMEE TWEEN a 合成实例b 性质及用途可改善单甘酯的水溶性用做洗涤剂 乳化剂 润湿剂 加溶剂等用于香波 浴液 液体洗涤剂 化妆品等 9 3聚氧乙烯型 油脂聚氧乙烯化合物某些天然油脂结构中的羟基 经适当的

7、聚氧乙烯化 制成有良好性能的表面活性剂如聚氧乙烯化的蓖麻油 是一种良好的乳化剂 9 3聚氧乙烯型 9 3聚氧乙烯型 4 生产工艺 聚氧乙烯型非离子SAa的生产工艺目前有多种 间歇式工艺PRESS工艺BUSS回路工艺管式工艺 间歇式乙氧基化流程 1 催化剂贮罐2 反应器3 接收器4 冷却 加热系统5 催化剂输送泵6 循环泵Press第二代乙氧基化流程 BUSS回路反应器 9 4多元醇类非离子SAa 用多元醇与脂肪酸反应生成的酯作疏水基 其余未反应的羟基作亲水基的一类表面活性剂从结构上来看 是多元醇的部分脂肪酸酯 及它们的环氧乙烷化合物具有良好的乳化性能和对皮肤的滋润性能 故常用于化妆品生产中是重

8、要的食品乳化剂制造这类表面活性剂的亲油基原料是脂肪酸 其亲水基原料是多元醇 亲水基原料主要有 二元醇 乙二醇三元醇 甘油四元醇 季戊四醇赤藓醇 9 4多元醇类非离子SAa 五元醇 木糖醇六元醇 山梨醇蔗糖也是常用的亲水基原料 9 4多元醇类非离子SAa 1 甘油脂肪酸酯 季戊四醇脂肪酸酯 合成 9 4多元醇类非离子SAa 9 4多元醇类非离子SAa 工业上用此法制得的产品都是混合物 其中都含有双酯 三酯 四酯 1 甘油脂肪酸酯 季戊四醇脂肪酸酯 性质及用途常温下为蜡状固体加水即乳化 能溶解于乙醇单甘油酯对人体无害 广泛用作食品 化妆品 医药的乳化剂季戊四醇硬脂酸酯 既可用作乳化剂 也可用作人造

9、纤维和合成纤维的柔软剂 以及用作油剂复合材料 9 4多元醇类非离子SAa 2 失水山梨醇酯及其聚氧乙烯化合物山梨醇C6H8 OH 6是由葡萄糖加氢制得 来源广泛 是生产表面活性剂的重要原料失水山梨醇脂肪酸酯 商品名Span 及其环氧乙烷化合物 商品名Tween 是重要的商品表面活性剂 9 4多元醇类非离子SAa 山梨醇 2 失水山梨醇酯及其聚氧乙烯化合物山梨醇与脂肪酸直接反应的过程中既发生分子内的失水形成醚键 也发生酯化反应 得到失水山梨醇酯SpanSpan不溶于水 溶于有机溶剂 分为单酯 双酯 三酯等 9 4多元醇类非离子SAa 9 4多元醇类非离子SAa 倍半酯是单酯和双酯的混合物 Spa

10、n的合成 9 4多元醇类非离子SAa 先酯化后醚化 先醚化后酯化 Tween的合成对Span进行聚氧乙烯化 可得到Tween 9 4多元醇类非离子SAa 其中 n x y z Span和Tween代表商品 9 4多元醇类非离子SAa 9 4多元醇类非离子SAa 性质及应用 Span不溶于水 Tween的水溶性能良好Span可作乳化剂 广泛用于冰激凌 面包 糕点 起酥油的乳化 防老化和改善品质 还可作巧克力 速溶可可 牛奶等的分散剂Tween用作乳化剂 加溶剂 柔软剂 平滑剂 润湿剂及清洗剂等Span与Tween复配 广泛用于食品 药品 化妆品中 3 蔗糖脂肪酸酯 合成酯交换法 9 4多元醇类非

11、离子SAa 3 蔗糖脂肪酸酯 合成酰氯酯化法 直接脱水法 9 4多元醇类非离子SAa 3 蔗糖脂肪酸酯 性质和用途蔗糖酯无毒 无刺激 生物降解性好 可作食品添加剂具有优良的洗涤 杀菌作用蔗糖酯因结构不同有广泛的HLB值范围 可作多种体系的乳化剂用于食品 化妆品 洗涤剂等行业 广泛用作乳化剂 分散剂 淀粉防老化剂等因制造工艺复杂 目前价格比较高 使它的应用受到一定的限制 9 4多元醇类非离子SAa 9 5含氮的非离子SAa 1 脂肪酸烷基醇酰胺由脂肪酸 脂肪酸甲酯 油脂等和醇胺反应制得是一类特殊的非离子表面活性剂与多元醇脂肪酸酯的不同在于酯键为酰胺键所取代 故具有良好的耐水解性能 1 脂肪酸烷基

12、醇酰胺 合成 如尼纳尔 Ninol 复合物 具有非常好的水溶性除胺基可与脂肪酸反应生成烷基醇酰胺外醇羟基亦可与脂肪酸反应生成酯 1 脂肪酸烷基醇酰胺 含有烷基醇酰胺 50 胺的单酯和双酯 10 酰胺的单酯和双酯 10 二乙醇胺的分子间缩合可生成N N 二 2 羟乙基 哌嗪 占1 左右 为提高产品中的有效成分 可采用等摩尔的脂肪酸甲酯和醇胺反应 烷醇酰胺含量可达95 6501的合成 用椰子油等油脂和醇胺反应 1 脂肪酸烷基醇酰胺 性质及应用 a 烷基醇酰胺有许多特殊性质 没有浊点 b 在洗涤剂和个人卫生用品的配方中作增稠剂 增泡剂和稳泡剂 c 具有防止污垢再沉积的能力 与洗涤剂配方中的表面活性剂

13、组分复配时具有良好的增效性 1 脂肪酸烷基醇酰胺 性质及应用 d 对动植物油脂和矿物油均有很强的脱脂力 浓度较高时 脱脂力尤强 在纺织工业中常用作羊毛清洗剂 在金属加工中作表面除油 脱脂清洗剂 具有防锈性 e 对纤维的吸附性强 洗后手感好 有一定的抗静电作用 可作纤维处理剂的组分 f 对电解质很敏感 如对盐 对酸很敏感 但可加入阴离子表面活性剂及调整pH值而得到克服 1 脂肪酸烷基醇酰胺 2 氧化胺结构通式为 R R R 可以是脂基 芳基 杂环等 9 5含氮的非离子SAa 2 氧化胺 氧化胺的合成用过氧化氢法 如OA 12有文献报道可用空气或氧气使叔胺氧化 性能与应用 2 氧化胺 氧化胺是有极

14、性的非离子表面活性剂 在水溶液中 依溶液pH的不同 可显示非离子性质 也可以显示离子性质 表面活性与其烷基链的碳数有关 R为C10 16时有较好的表面活性 大于C16溶解性较差 小于C10会失去表面活性 性能与应用 2 氧化胺 由于氧化胺分子中具有配位键 尽管其偶极极性较小 等电点现象不明显 但仍能形成正 负电荷中心 故也将其划归为两性表面活性剂范畴在碱性或中性条件下与阴离子 非离子 阳离子 两性离子表面活性剂都能很好的复配 显示协同效应 性能与应用 2 氧化胺 易溶于极性溶剂 无浊点 有优良的泡沫性能 是有效的起泡剂和稳泡剂去污力较差 其本身不作洗涤剂的必要组分 但可作洗涤助剂 具有增稠作用

15、 是有效的增稠剂具有调理作用 抗静电作用 用于香波配方中的调理剂 无毒 对皮肤温和无刺激性 常用于浴液 泡沫剂配方中还可与两性 非离子 季铵盐阳离子表面活性剂复配制成消毒剂 9 6聚醚 聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚合物 一类较新的非离子表面活性剂 是引发剂 环氧丙烷 环氧乙烷的嵌段共聚物 由于引发剂的种类不同 共聚方式及次序各异 嵌段聚醚的性能各不一样 且品种繁多 用途广泛 种类按其聚合方式可分为 整嵌杂嵌全杂嵌 9 6聚醚 聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚合物 聚醚类非离子SAa 整嵌型聚醚 引发剂上先加成一个氧化烯烃形成聚氧烯烃 然后再加入另一种氧化烯烃 又形成另一种聚氧烯烃 循环下去如REP RPE R

16、EPE RPEP 其中 R为单官能团引发剂 醇 酸 硫醇 胺和酰胺等P为聚氧丙烯链 憎水基E为聚氧乙烯链 亲水基 聚醚类非离子SAa 杂嵌型聚醚 引发剂中先加入一种氧化烯烃 再加入两种氧化烯烃混合物 或次序相反全杂嵌型聚醚 一定比例的两种氧化烯烃混合物加至引发剂中 再加入不同比例的氧化烯烃混合物 聚醚类非离子SAa 破乳剂SP 169C18H37O C3H6O a C2H4O b C3H6O cH原油的破乳剂 用量为原油的十万分之一 聚醚类非离子SAa 丙二醇聚醚 Pluronic 普鲁洛尼克 聚醚类非离子SAa 丙二醇聚醚分子量 1000 16000HLB值 L101 1 F38 30 Pluronic中POE 聚氧乙烯 含量增大时 亲水性能增加POE含量小 分子质量亦小时 渗透能力增大 起泡能力减小而当POE含量大 分子质量亦大时 渗透能力下降 起泡能力升高 聚醚类非离子SAa Pluronic在水溶液中 于一定质量分数范围内 40 90 其聚氧乙烯部分形成氢键而配位 故具有生成凝胶的性质Pluronic具有良好的乳化能力 常用于乳状液聚合中当其聚氧丙烯的分子量达900以上 POE