表面活性剂的类型

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1、1,第二章表面活性剂的类型 Chap.2 Category of Surfactant,2,2.1.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,3,2.1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：RCOOM 磺酸盐型：RC6H4SO3M 硫酸酯盐：ROSO3M 磷酸盐型：ROPO3M2

2、,2.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。,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,（2）石油为原料,8,（3）多羧酸为原料,如：(n=1216)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

3、物，溶于水，易氧化变质，常用作乳化剂。,9,（4）松香酸为原料,松香的主要成分是松香酸：,10,2）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。,11,C8- 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C10C12的脂

4、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,C16C18的饱和酸皂在8090时的去污性能最好； 不饱和酸皂如油酸皂在2050时的去污力最大； 肥皂在软水中与其它表面活性剂几

5、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

6、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; AlbrightWilson公司于1999年开始以商品名“Empig

7、en RSLA”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,19,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,20,d.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；,21,用油

8、酰氯与水解蛋白(多肽)缩合所得产品，其商品名称1amepon A(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

9、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。,25,2.1.2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

10、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 + H2SO4R-ArSO3H + H2O R-ArH + SO3R-ArSO3H 式中R-和-ArH分别表示烷基和芳烃 用硫酸磺化是可逆反应，酸液利用率低、磺化效率不高； 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 + NaOHR-ArSO3Na + H2O,29,在硬水中不与钙、镁离子形成沉淀，其去

11、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C3C20的烷基。 烷基链长平均碳数为C15C16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

12、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

13、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.-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。,36,ROSO3M ，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C8C18的烷基，C12C14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） ROSO3H ROH + ClS

14、O3H ROSO3H + HCl ROSO3H + NaOH ROSO3Na ROH + H2NSO3H ROSO3NH4,38,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1.52.5，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

15、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,40,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,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。,磷酸酯的

16、表面张力,以短链有为好，单烷基磷酸酯优于双酯。,作用抗静电,磷酸酯具有较好的生物降解性。,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,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面活性剂等。,