表面活性剂综述佳

阳离子表面活性剂文献综述学院：化工与材料工程学院专业：化学工程与工艺班级：化工0906学号：09110617姓名：张宇佳日期：2012年6月7日阳离子表面活性剂文献综述摘要1928年，阳离子表面活性剂开始应用，当时用作杀菌剂。这类表面活性剂的产量增长较快，品种发展迅速，阳离子表面活性剂溶于水则发生离解，形成的阳离子具有表面活性，其亲水基可以含氮、磷或硫，但目前工业上具有实际意义的主要是含氮的阳离子表面活性剂。在含氮的阳离子表面活性剂中，按氮原子在分子结构中的位置又可分为胺盐、季铉盐、氮苯和咪唑啉四类，其中以季铉盐类用途最广，其次是胺盐类。阳离子表面活性剂具有许多优越性能，除可做纤维用柔软剂、抗静电剂、防水剂和染色助剂外，还可用作矿物浮选剂以及杀菌剂、防锈剂和特殊乳化剂等。目前阳离子表面活性剂的产量还比较小，但其增长速度要比阴离子和非离子大得多。阳离子表面活性剂中，大部分是含氮的有机化合物，即有机胺的衍生物。简单的胺的盐酸（或者它的无机酸）盐及醋酸盐等（碳8〜18），可在酸性水溶液中用作乳化、分散、润湿剂，也常用作矿物浮选剂，以及用作颜料粉末表面的疏水剂。当溶液pH值大于7时，自由胺很容易自水溶液中析出，从而失去表面活性。常用的阳离子表面活性剂多为季铉盐，即铉的四个氢原子皆被有机基团所取代，成为R1R2N+R3R4?X一。季铉盐的合成比较简单，主要是季铉化反应。季铉盐与胺盐不同，其性质不受pH变化的影响，在碱性介质中也不会析出自由胺，因季铉盐是强酸、强碱形成的盐，不会发哼水解。季铉盐还有一个除表面活性之外的特性，即其水溶液有很强的杀菌能力，故常用作消毒、灭菌剂，一个典型的杀菌剂是“新洁尔灭”。季铉盐这类阳离子表面活性剂容易吸附于固体表面（因一般在水介质中固体表面常带负电荷），使表面变得疏水；于是阳离子表面活性剂具有某些特殊用途。如常用作矿物浮选剂、沥青乳状液（铺路用）乳化剂、纺织纤维柔软剂及抗静电剂，以及颜料分散剂等。也正由于易于吸附，洗涤能力差，不能作洗涤剂的主要成分，价格也较高。阳离子表面活性剂中，还有一些不含氮的，主要是含磷、硫的阳离子表面活性剂。含磷的阳离子表面活性剂是磷盐类。通常合成磷盐的方法与合成季铉盐相似。磷盐可应用为杀菌剂、抗静电剂、防蚀剂、相迁移催化剂，以及浮选剂等，与季铉盐的应用类似。含硫的阳离子表面活性剂有两类，一是铳化合物，另一类蚀氧化铳化合物。硫醚与卤代烷反应可得典型的铳化合物。这种产品可作为杀虫药乳化剂。对铳盐进行氧化（用过氧化氢）即直接得到氧化铳盐。含乙氧基的氧化铳盐也可用此法合成。此外，氧化铳也可用亚飒烷基化的办法合成。烷基化剂也可用硫酸二甲酯。铳盐和氧化铳的实际应用比磷盐还少，更少于季铉盐，仅在某些特殊场合适当应用阳离子表面活性剂的分类阳离子表面活性剂在水溶液中电离时生成的表面活性离子带正电荷，其疏水基与阴离子表面活性剂相似。阳离子表面活性剂的亲水基离子中含有氮原子，根据氮原子在分子中的位置不同分为胺盐、季铉盐和杂环型三类。2.1胺盐型阳离子表面活性剂按氮原子上的有机取代基数胺盐可分为伯胺盐、仲胺盐和叔胺盐三种，它们在性质上非常接近，且往往混合在一起，所以统称为胺盐型阳离子表面活性剂。这类表面活性剂的憎水基碳数在12〜18之间。其主要用途是作纤维助剂、矿物浮选剂、分散剂、乳化剂和防锈剂。胺盐型阳离子表面活性剂按化学结构可分为烷基胺盐型、氨基醇脂肪酸衍生物型、多胺脂肪酸衍生物型和咪唑啉型四种。2.1.1烷基胺盐型阳离子表面活性剂脂肪酸或脂肪酸酯与氨共热生成脂肪酸铉，再经加氢还原即得到脂肪族高级胺。脂肪胺与盐酸作用，生成脂肪胺盐酸盐。同样仲胺、叔胺与盐酸中和形成相应的仲胺盐酸盐和叔胺盐酸盐。适合制造烷基胺盐型阳离子表面活性剂的胺有十二烷基胺和十八烷基胺，这类表面活性剂可用作作乳化剂、破乳剂、防锈剂、矿物浮选剂、纤维助剂和颜料分散剂等。2.1.2氨基醇脂肪酸衍生物型阳离子表面活性剂硬脂酸与三乙醇胺加热缩合成叔胺酯，再以甲酸中和，即制得氨基醇脂肪酸衍生物型阳离子表面活性剂。该产品商品名为SoromineA。这种表面活性剂主要用作纤维柔软剂。其不足之处是连接在疏水基上的酯键易发生水解。2.1.3多胺脂肪酸衍生物型阳离子表面活性剂硬脂酸与N，N-二乙基乙二胺加热缩合成酰胺型叔胺，再用乙酸中和，即制得该种阳离子表面活性剂，商品名称为SapamineA。SapamineA分子中疏水基与酰胺键相连，故不发生水解。该产品主要用作纤维柔软剂。Sapamine有多种型号产品，例如SapamineCCH是盐酸盐。美国ArnoldHoffman公司在1940年开发出Ahcovel系列阳离子柔软剂，其中最有代表性的是Ahcove1A，它是由硬脂酸先与氨基乙基乙醇胺加热缩合，然后与尿素再缩合，最后用乙酸中和而制得。除Ahcove1A外，还有Ahcove1G，其组成与A型基本相同，Ah—cove1型产品作为纤维柔软剂使用性能极佳。2.1.4咪唑啉型阳离子表面活性剂N-羟乙基乙二胺或多亚乙基多胺类与脂肪酸在200〜250°C下进行反应，即可制得咪唑啉衍生物的新胺，再以盐酸中和得咪唑啉型阳离子表面活性剂。这种类型的表面活性剂可用作纤维柔软剂。而咪唑啉衍生物可用作合成季铉盐和两性表面活性剂的中间体，也可用作破乳剂。2.2季铵盐型阳离子表面活性剂从结构上看，季铉盐型阳离子表面活性剂是铉盐的4个氢原子被有机基团取代而形成的，通常是用叔胺与烷基化剂进行反应制得。所用的烷基化剂有：氯甲烷、苄基氯等卤代烷；硫酸二甲酯等硫酸二烷酯；环氧乙烷等环氧化物；对甲苯磺酸甲酯等磺酸酯。分别用这些烷基化剂与叔胺反应可获得相对应的季铉盐型表面活性剂。季铉盐阳离子表面活性剂的碱性较强，在碱性溶液中不产生游离胺，性质稳定。季铉盐型阳离子表面活性剂有许多优良性能，可用作纤维的抗静电剂、柔软剂、缓染剂、固色剂等，还可用作杀菌消毒剂和发用化妆品的护发剂等。按结构，季铉盐型阳离子表面活性剂可分为烷基三甲基铉盐型、二烷基二甲基铉盐型、烷基二甲基苄基铉盐型、毗啶铃盐型、烷基异喹啉铸盐型和苄索氯铵等6种。2.2.1烷基三甲基铉盐型阳离子表面活性剂烷基三甲基铉盐是以高级脂肪胺与氯甲烷在氢氧化钠存在下进行反应制得的。这种表面活性剂的代表性产品为十二烷基三甲基氯化铉，易溶于水，呈透明状，具有良好的表面活性，可用作洗发剂、杀菌洗涤剂、聚苯乙烯树脂等外部涂敷用抗静电剂、纤维用抗静电剂、匀染剂、破乳剂和分散剂等。2.2.2二烷基二甲基铉盐型阳离子表面活性剂二烷基二甲基铉盐是以二烷基胺或者二烷基甲基胺与氯甲烷，在氢氧化钠存在下进行反应制得的。这种表面活性剂可作为洗发剂或家用纤维制品的柔软剂，性能良好，现已广泛使用。2.2.3烷基二甲基苄基铉盐型阳离子表面活性剂烷基二甲基苄基氯化铉是以烷基二甲基叔胺与氯化苄反应制得的。其中有代表性的是十二烷基二甲基苄基氯化铉，易溶于水，呈透明状，含量为万分之几即有杀菌消毒能力，对皮肤无刺激，无毒性，对金属不腐蚀，即使在沸水中亦稳定，其杀菌力随pH值升高而增大，此外还具有良好的发泡力。2.2.4毗啶镣盐型阳离子表面活性剂毗啶锚盐是以毗啶与烷基卤反应制得的。属于这类表面活性剂的有氯化十六烷基毗啶铃、溴化十六烷基毗啶镥、氯化十七酰甲胺基毗啶铃、氯化十二烷基毗啶锚、氯化苄基毗啶锚等。它们主要用作纤维防水剂、染色助剂和杀菌剂，用量均较小。2.2.5烷基异喹啉铉盐型阳离子表面活性剂该品为良好的杀菌剂，也可配入去头屑用的香波或护发剂中。2.2.6苄索氯铉型阳离子表面活性剂苄索氯铉与烷基二甲基辛基氯化铉的性质相同，主要用作杀菌剂。2.3杂环类阳离子表面活性剂杂环类阳离子表面活性剂可以有咪唑啉、吗啉胍类、三嗪类衍生物等。眯唑啉是含有二个氮原子的五元杂环的单环化合物，如2一烷基咪唑啉，它与硫酸二甲酯肛反应可生成季铉盐；如脂肪酸与二亚乙基三胺反应生成2一烷基氨基乙基咪唑啉，得到的产物乙酰化再与甲酸中和或季铉化都得到阳离子表面活性剂。它们都可做纤维柔软剂或杀菌剂。一般阳离子表面活性剂去污力较差，因此通常不用阳离子表面活性剂作洗涤剂。但在特殊的清洗剂中如杀菌消毒洗涤剂中会加入阳离子特别是季铉盐型阳离子表面活性剂。阳离子表面活性剂的用途用作织物柔软剂、油漆油墨印刷助剂、抗静电剂、杀菌剂、沥青乳化剂、护发素、焗油膏。因为一般基质的表面带有负离子，当带正电的阳离子表面活性剂与基质接触时就会与其表面的污物结合，而不去溶解污物所以一般不做洗涤剂。阴离子表面活性剂通常分为高级羧酸盐型、磺酸盐型、硫酸酯盐型、磷酸酯盐型、脂肪酰——肽缩合物等.它在表面活性剂家族中品种最多，用量最大，其应用十分广泛.阳离子表面活性剂的实例应用4.1废水絮凝剂制浆造纸产生的污水量很大，已成为各国日益重视的问题。污水处理的办法很多，近年来使用表面活性剂作为絮凝剂取得了明显的效果。常用的絮凝剂有月桂酸钠、硬脂酸钠等阴离子表面活性剂和十二烷基氨基乙酸、十八烷基三甲基氯化铉等阳离子表面活性剂。具有显著絮凝作用的往往是一些相对分子质量较大的表面活性剂或极性高聚物，有时亦可以是一些带有异性电荷且能与悬浮物形成配合物的无机盐，在废水处理中最典型的是加入明矶达到填料和树脂聚集的目的。但更多和更有效的是加入高分子表面活性剂，它们可以通过搭桥作用等机理使分散微粒发生凝结。实际上这在施胶、助留、助滤过程中也都有重要作用。各种离子型且具有高的相对分子质量的聚丙烯酰胺(PAM)及淀粉接枝聚丙烯酰胺在这方面有着引人注目的效果。阳离子表面活性剂在废水处理时，还可起到显著的杀菌、降粘作用。在“黑液”处理中，容易在蒸发时产生结垢，使热效率降低，而且难以清理。米用间歇酸洗法，需停机清洗。如在制浆“黑液”碱回收工艺中使用表面活性剂做抗结垢剂，可降低“黑液”粘度，减少结垢，加速蒸发。这类抗垢剂大多由脂肪酸聚氧乙烯酯、二乙基羟胺磷酸盐、多聚磷酸钠组成。高分子抗结垢剂主要是聚丙烯酸钠、丙烯酸马来酸酐共聚物盐等。这类高分子表面活性剂型抗结垢剂的相对分子质量较低，对水中多价金属离子具有明显的螯合作用，可防止结垢。4.2施胶乳化剂由于皂化松香施胶剂的效率低等缺点，所以，分散松香胶的应用已经非常普遍，而分散松香胶的制备主要依靠表面活性剂的乳化作用来实现，目前，造纸分散松香胶用表面活性剂都是专用乳化剂，如烷基酚聚氧乙烯醚经磺化得到的专用乳化剂，道纯化学研究所的R13系列乳化剂、国内几个研究所的8048、HOS、DR.882、HR.306等品种，Hercules公司的阳离子分散胶，日本荒川化学工业公司的分散胶等。总之，松香胶乳化剂制造方面专利很多，同时每年又有许多专利发表。国内目前的松香乳化剂普遍乳化能力差，制得的分散胶不稳定，存放期短。4.3防腐杀菌剂纸浆从制浆工段到造纸工段要经过很多工序，也要经历一定时间，所以，浆料在储存过程中会出现微生物繁殖，会造成腐浆，一般要加入防腐杀菌剂来控制其产生，而表面活性剂中的阳离子如十六烷基三甲基溴化铉和两性离子表面活性剂如烷基咪唑啉季铉盐等具有很好的杀菌作用。目前国内也已有一些防腐杀菌剂，但针对制浆方面的品种和质量都不令人满意。阳离子聚合物在造纸工业中已成为不可缺少的材料，被大量用作添加剂、浸渍剂及涂饰剂，以提高纸的干、湿强度、撕裂强度及抗折强度，克服纸的渗水、渗油及透气等特点，同时改善纸的外观和印刷质量。也可用作纸张的上浆剂、粘合剂。4.4塑料抗静电剂近代塑料加工不断地高速发展，塑料制品的应用遍及各行业和人们生活的各个方面。但塑料及其制品，易因摩擦而产生静电，并且电阻很高，形成的静电还不易消去，所产生的静电危害也很大。如果塑料制品带静电，不仅制品易吸附尘埃，影响其制品的透明性及表面洁净和美观，而且还可影响制品的使用性能。例如，唱片吸尘后，放唱时会产生“沙声”或“爆点”等杂音，严重损害音质；电影胶片吸尘后，放映时影像会变得模糊不清；又如，在空气干燥的地区，当我们行走在塑料地板或合成材料地毯时，鞋底与地板的摩擦会使人体带电。严重时若人手与门把或其他物体接触，还可能产生放电现象，使人有电麻感。在塑料生产加工过程中，产生的静电更大，静电压常常会高达几kV甚至几万V，能直接影响到生产的正常进行和产品质量。例如，在薄膜包装机进行包装时。静电作用可使薄膜吸附在金属部件上，使操作难以连续进行；又如，在往电影胶片涂布乳剂的生产过程中，由于静电放电会导致火花曝光，在收卷薄膜时，由于静电的积累常使人触电。更有甚者，当静电引起电晕放电或火花放电时，若周围环境中有易燃易爆的物品存在，还会导致着火或爆炸。为消除静电，在塑料制品中加入抗静电剂，阳离子表面活性剂由于其良好的抗静电性能广泛应用于塑料制品中。塑料中常用的有季铉盐、烷基咪唑啉和胺盐等。4.5絮凝剂在环保中，主要利用水溶性聚合物特殊的功能以生产无公害或少公害的产品，或利用其絮凝沉降（或上浮）作用进行固液分离以除去水相中的有害物质。絮凝沉降（或上浮）进行周液分离的方法是目前水处理技术中重要的分离方法之一。采用水溶性高聚物作为絮凝剂来处理工业废水、生活污水、工业给水、循环冷却水和民用水时，具有促进水质澄清、加速沉降污泥的过滤速度、减少泥沙数量和滤饼便于处理等特点。高分子阳离子表面活性剂作为絮凝剂，在污水处理方面具有阴离子和非离子型絮凝剂不可比拟的作用。其絮凝机理为：长链高分子中氮铺离子与污水中固体颗粒表面（一般呈负电性如粘土）发生多点吸附；高分子链很长，可以同时吸附在几个固体颗粒上使它们桥联在一起；吸附了几个固体颗粒的长链分子，相互还可通过共同吸附固体颗粒或互相缠绕而彼此桥联在一起，形成絮凝团块（或团粒）。絮凝效果的好坏取决于高分子阳离子表面活性剂的结构及其分子量、浓度、pH值、温度以及污物的类型等因素。4.6建筑涂料用添加剂阳离子聚合物乳液和水泥灰浆、沥青混合用于道路及其他材料表面的涂覆，各种材料的粘接，防腐衬里等。Kurury公司利用阳离子聚合物乳液添加到水泥砂浆中来增加石板的粘接强度。在水泥中添加乙酸乙烯酸类阳离子聚合物乳液作防锈涂料，丁苯阳离子聚合物乳液用作涂料，可以对各种金属表面进行涂饰。含硅阳离子表面活性剂在其他方面应用广泛。可以用作催化剂，金属、陶瓷的防腐剂，涂料的消泡剂，制成等离子膜用作湿度探测仪，材料的防污剂，作为乳化剂用于专用护理用品，也可以作为絮凝剂和凝固剂。4.7分析化学中增溶增敏剂表面活性剂在分析化学中的应用，可追溯至1958年，哈万斯(Chavance)等人首次用聚乙烯醇毗咯烷酮一镉试剂测定微量镉，1962年马拉特