染整助剂 第四章 表面活性剂概述.ppt

1、第四章 表面活性剂概述,一、表面活性剂的定义,复习：各类物质水溶液的表面张力随浓度的变化情况,1无机盐类、不挥发性酸、碱、含多个羟基的有机化合物 2低级的脂肪酸、醇、醛等有机化合物 3RX,表面活性定义：若是一种物质（甲）能降低另一种物质 （乙）的表面张力，就说甲对乙有表面活性。,表面活性剂定义：能吸附在表（界）面上，加入量很少 时即能大大降低溶液表面张力，改变体系界面状态，从 而产生润湿、乳化、起泡以及增溶等一系列作用或其反 作用，以达到实际应用要求的一类物质。,二、表面活性剂的结构特点,例：十二烷基硫酸钠 CH3(CH2)11SO4Na,CH3(CH2)11SO4- 表面活性剂离子,Na+

2、 反离子,疏水基,亲水基,疏水基,表面活性剂的疏水基主要是C8C20烃类，来自油脂 或石油化学制品。具体包括饱和烃：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(具 有弱亲水作用)；其它：含氟或硅及其它元素，如碳氟烃， 硅烷和硅氧烷以及疏水性聚合物等。,亲油基的另一种分类,脂肪族烃基 如：十二烷基、十八烷基 芳香族烃基 如：萘、苯基苯酚 在脂肪族支链上有芳烃 如：十二烷基苯、壬烷基酚等 憎水基中有弱亲水基 如：蓖麻油酸（OH基）、油酸丁酯（COO基）、 聚丙二醇（O基）,亲水基,羧基：COO 磺酸基：SO3 硫酸酯基：OSO3 磷酸酯基：OPO3 氨基： NH2、 NHR

3、 、 NRR 、N(CH3)3 醚基：O 羟基：OH,连接基团,亲水基和疏水基有两种连接方式：一种是直接连接， 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；另一种是借助中间基团 作媒介而进行连接。这类基团包括：醚键，羧酸，氨基， 酰胺基等。,三、表面活性剂的分类,1、按作用分,净洗剂、精练剂、起泡剂、消泡剂、乳化剂、 破乳剂、分散剂渗透剂、润湿剂、增溶剂、 平滑剂、柔软剂、固色剂、匀染剂缓染剂、 剥色剂、防水剂、阻燃剂、防火剂、抗静电 剂等。,2、按离子类型分,3、其他分类方法, 按疏水基分类,碳氢表面活性剂 氟表面活性剂 硅表面活性剂 聚氧丙烯,按溶解特性分

4、类,水溶性表面活性剂 油溶性表面活性剂,按分子量大小分类,低分子量表面活性剂 高分子表面活性剂,普通表面活性剂与特殊表面活性剂,阴离子表面活性剂：在水溶液中离解时生成的表面活性剂 离子带负电荷。,主要类型： 磺酸盐型 硫酸酯盐型 羧酸盐型 磷酸酯盐型,阴离子表面活性剂,特性：,溶解度随温度变化存在明显转折点，即在较低一段温度范围随温度上 升非常缓慢，当温度上升到某一值时溶解度随温度上升迅速增大。,抗硬水性能差，对硬水地敏感性，羧酸盐磷酸盐硫酸盐磺酸盐,羧酸盐在酸中易析出自由羧酸，硫酸盐在酸中可发生自催化作用迅速 分解，其它类型阴离子表面活性剂在一般条件下是稳定的。,一般情况下与阳离子表面活性剂

5、配伍性差，易生成沉淀，但在一些特 定条件下与阳离子表面活性剂复配可极大地提高表面活性。,在疏水链和阴离子头基之间引入短的聚氧丙烯链可改善其在有机溶剂 中的溶解性（但同时也降低了其生物降解性能）。,在疏水链和阴离子头基之间引入短的聚氧乙烯链可极大的改善其耐盐 性能。,（）羧酸盐,脂肪酸盐（皂） （RCOOM）,例：肥皂,羧酸盐型的亲油基主要由天然油脂提供。,亲油基通过中间基与羧酸链接的羧酸盐(酰基氨基酸盐),烷酰基天冬氨酸钠 RCONHCH(CH2COONa)COONa,烷酰基-N-羫乙基-甘氨酸钠 RCON(CH2CH2OH)CH2COONa,N-脂肪酰基肌氨酸钠（梅迪兰） RCON(CH3)

6、CH2COONa,N-烷酰基多肽（雷米邦） RCONHR(CONHR)xCOOM,其它羧酸盐,例：松香酸,与NaOH中和，所形成的皂亦属羧酸盐类。,（二）硫酸酯盐,脂肪醇硫酸酯盐（例：FAS或AS）,仲烷基硫酸酯盐（例：梯波尔）,式中，R，R为C10C18,不饱和醇的硫酸酯盐（例：油醇硫酸盐）,C18H35OSO3Na,脂肪酸衍生物硫酸酯盐,式中X为O， ， ；R为烷基，亚烷基，羟烷基，烷氧基,烷基磺酸盐,例：AS伯烷基磺酸盐,SAS仲烷基磺酸盐,（三）磺酸盐,烷基苯磺酸盐,(例：LAS、ABS),R为直链即LAS(易降解) R为支链即ABS,烷基萘磺酸盐,例：二丁基萘磺酸钠（拉开粉）,-烯烃

7、磺酸盐（AOS）,主要成分是烯基磺酸盐、羫基磺酸盐和少量二磺酸盐,石油磺酸盐,-磺基单羧酸及其衍生物,脂肪酸或酯的位的H被磺基取代得到的-磺基单羧 酸或其衍生物,琥珀酸酯磺酸盐,例：琥珀酸双酯磺酸盐,木质素磺酸盐,烷基甘油醚磺酸盐（AGS）,烷基二苯醚二磺酸盐,ROCH2CH(OH)CH2SO3M,脂肪酸的磺烷基酯（Igepon A系列）和脂肪酸的磺烷基 酰胺（Igepon T系列）,Igepon A系列,Igepon T系列,（四）磷酸酯盐,单酯盐,双酯盐,应用,若水溶性，且疏水基是直链型，主要用作洗涤剂、清 洁剂，广泛应用于洗涤行业。 若憎水基是支链型，则作为润湿剂、渗透剂及纤维印 染助剂

8、使用。,作 业,一、名词解释 表面活性剂 阴离子表面活性剂 二、问答题 表面活性剂的结构如何？亲水基、疏水基分别 有哪些类型？,阳离子表面活性剂,阳离子表面活性剂：在水溶液中离解时生成的表面活性剂 离子带正电荷。,主要类型： 胺盐类 季胺盐类 杂环类 鎓盐,特性：,优异的杀菌性,阳离子表面活性剂水溶液有很强的杀菌能力，广泛用于杀菌、消 毒、防霉、除藻等领域。阳离子表面活性剂杀菌性强则毒性也大，因 此单独的阳离子表面活性剂很难被生物分解。好在阳离子表面活性剂 在废水环境中不会单独存在，总与一些其它物质结合成复合体，这些 复合体是能被分解的。,容易吸附于一般固体表面,这主要是由于在水介质中的固体表

9、面一般是负电性的，正表面活 性剂离子容易强烈地吸附于其上，因此常能赋予固体表面某些特性， 于是具有某些特殊用途。,（一）胺盐类,分类：伯胺盐类 RNH2HCl 仲胺盐类 RNH(CH3)HCl 叔胺盐类 RN(CH3) 2HCl,（二）季胺盐类 （RN+ (CH3) 3Cl）,例：十二烷基二甲基苄基氯化铵（洁尔灭）,（三）杂环类,吡啶盐,咪唑啉型,吗啉型,（四）鎓盐,指季铵盐阳离子表面活性剂的亲水基团N原子为其 它可携带正电荷的元素，如P、S、I时的阳离子表面活 性剂。,例：,应用,易吸附于基质表面上，可用作抗静电剂、纤维柔软剂、 选矿中的搜捕剂或浮选剂、金属制品缓蚀剂等。 聚较大生物活性，可

10、用于杀菌剂。,两性表面活性剂,两性表面活性剂：在水溶液中能电离，生成的表面活性离 同时带有正、负电荷。,主要类型： 氨基酸型 甜菜碱型 咪唑啉盐型,特性：,耐硬水，钙皂分散力较强，能与电解质共存。,与阴、阳、非离子表面活性剂有良好的配伍性。,一般在酸、碱溶液中稳定，特别是甜菜碱类两性表面活性剂在强碱 溶液中也能保持其表面活性。,大多数两性表面活性剂对眼睛和皮肤刺激性低，因此，适合于配制 香波和其它个人护理品。,（一）氨基酸型,阴离子部分是羧酸基，阳离子部分为胺（伯、仲、叔） 基构成。,（二）甜菜碱型,阴离子部分是羧酸基，阳离子部分为季铵基构成。,（三）咪唑啉型,应用,广泛应用于抗静电、纤维柔软

11、、特种洗涤剂以及香波、 化妆品等领域。,非离子表面活性剂,非离子表面活性剂：水溶液中不电离，具表面活性作用的 基团不带电荷但能发生水化作用。,主要类型： 聚氧乙烯型 多元醇型 烷基醇酰胺 氧化胺 亚砜表面活性剂,特性：,是表面活性剂家族第二大类，产量仅次于阴离子表面活性剂。,由于非离子表面活性剂不能在水溶液中离解为离子，因此，稳定 性高，不受酸、碱、盐所影响，耐硬水性强。,与其它表面活性剂及添加剂相容性好，可与阴、阳、两性离子型 表面活性剂混合使用。,由于在溶液中不电离，故在一般固体表面上不易发生强烈吸附。,聚氧乙烯型非离子表面活性剂的物理化学性质强烈依赖于温度， 随温度升高，在水中变得不溶。

12、,非离子表面活性剂具有高表面活性，其水溶液的表面张力低，临界 胶团浓度低，胶团聚集数大，增溶作用强，具有良好的乳化力和去污 力。,与离子型表面活性剂相比，非离子表面活性剂一般来讲起泡性能差， 因此适合于配制低泡型洗涤剂和其它低泡型配方产品。,非离子表面活性剂在溶液中不带电荷，不会与蛋白质结合，因而毒 性低，对皮肤刺激性也较小。,非离子表面活性剂产品，大部分呈液态或浆状，这是与离子型表面 活性剂不同之处。,（一）聚氧乙烯型,脂肪醇聚环氧乙烷醚,是以环氧乙烷（简称EO）与含有活泼氢原子的疏水 基原料进行加成的产物。,脂肪酸聚环氧乙烷醚,烷基酚聚环氧乙烷醚,聚氧乙烯酰胺,聚氧乙烯脂肪胺,聚氧乙烯失水

13、山梨醇单羧酸酯（吐温）,乳化剂吐温Tween,(二)多元醇型,多元醇型表面活性剂是一类亲油剂上带有多个羟基， 依靠羟基与水的亲和力而具有两亲性结构的表面活性剂。,山梨醇脂肪酸酯,蔗糖脂肪酸酯（碳水化合物与脂肪酸合成） 烷基多苷（碳水化合物与脂肪醇合成）,乳化剂司盘Span,（三）烷基醇酰胺,用含氨基和羟基的化合物与脂肪酸反应，即生成 烷基醇酰胺。,例：,（四）氧化胺,氧化胺分子是一四面体，其氮原子以配位键与氧原 子相连，呈半极性，且在水溶液中不电离。,例：,R(CH3)2NO,（五）亚砜表面活性剂,将烷基硫化物氧化即得亚砜。,RSOR,R为长碳链，R一般为CH3，也可是其它烷基,例：,应用,一

14、般多元醇型非离子表面活性剂不单独用作洗涤剂， 主要用作乳化剂，或与阴离子、阳离子表面活性剂复配 用于洗涤剂配方。聚氧乙烯醚链则可在合成时加以调控， 其亲水性能可大可小，大者作洗涤剂用，小者作乳化剂、 润湿剂使用。另外还广泛用于各种复配型表面活性剂的 生产。,混合型表面活性剂,混合型表面活性剂：分子中得亲水部分既有聚氧乙烯链， 又有离子基团。,脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸盐 脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐 醇醚或酚醚的磷酸酯盐 磺基琥珀酸脂肪醇聚氧乙烯醚酯二钠 烷基酚聚氧乙烯醚硫酸盐,了解：特殊表面活性剂,1、碳氟表面活性剂 碳氢表面活性剂分子中氢原子部分或全部被氟原子取代 的表面活性剂。,性能：“三高”、“两

15、憎” “三高”即高表面活性、高耐热稳定性及高化学稳定性； “两憎”指它的含氟烃基既憎水又憎油。,2、硅表面活性剂,指疏水基为由全甲基化的SiOSi、SiCSi或 SiSi主干的一类特种表面活性剂。,特性： 很高的表面活性，表面活性仅次于氟。 在水溶液和非水体系都有表面活性。 对低能表面有优异的润湿能力。 具优异的消泡能力，是一类性能优异的消泡剂。 通常有很高的热稳定性。 无毒，不会刺激皮肤，因而可适用于药物和化妆品。 由不同化学方法制备，可产生不同类型的分子结构，通常有很高的 分子量，属于高分子表面活性剂。,四、表面活性剂一般性质,1、溶解度,在一定温度下，表面活性剂在水中的溶解性随亲油基的相

16、对增大 而减小。 在一般室温下，非离子型表面活性剂的溶解度最大，离子型较小。 在离子型表面活性剂中，碳链长相同，季铵盐类正离子表面活性 剂溶解度最大。 混合型表面活性剂，如C16H33(C2H4O)nSO4Na类化合物，其溶解 度随n值增加而变大。 聚氧乙烯非离子表面活性剂溶解度随环氧乙烷数增加而增加。,温度的影响：,a、离子型表面活性剂溶解度随温度升高而增大， 至一定温度后，溶解度增加很快，突变点时温度 称克拉夫特点。,b、非离子表面活性剂一般低温易溶，温度升至 一定程度后，表面活性剂溶液混浊，表面活性剂 析出分层。析出、分层并发生混浊时的温度称之 为该表面活性剂的浊点。,浊点产生的原因,影

17、响浊点的因素,1、亲水基 疏水基相同，浊点随氧乙烯基数的增加而升高，但不 是无止境的升高。,2、疏水基 氧乙烯基数相同，疏水基碳原子数越多，浊点越低。,3、外加电解质 非离子表面活性剂水溶液中加入电解质，浊点下降。,4、离子型表面活性剂 非离子表面活性剂水溶液中加入离子型表面活性剂， 浊点升高。,5、有机物 加入能与水完全混溶的有机物，浊点上升 如：甲酸、乙酸、丙酮、1,4二氧杂环己等 加入不能与水完全混溶的有机物，浊点下降 如：乙酸乙酯、乙酸甲酯、乙醚、甲乙酮等,浊点的测定,称取非离子表面活性剂试样1g，配成1 溶液，倒入大试管，使管内液面高度为50mm， 然后在甘油浴中升温，仔细观察透明度

18、的变化， 边加热边搅动，当试液呈混浊时，管内显示温 度即为浊点。,作 业,一、名词解释 非离子表面活性剂 克拉夫特点 二、问答题 解释：什么是浊点？产生的原因是什么？有 哪些影响因素？,2、化学稳定性,无机盐稳定性 离子型表面活性剂：易盐析 非离子和两性类表面活性剂：不易盐析 氧化稳定及热稳定性 分子结构中CS、CF、O键较稳定，不易破坏。 故碳氟表面活性剂、离子型中磺酸盐类和非离子型中 聚氧乙烯醚类稳定性较好。,酸碱稳定性,另：凡具酯结构的表面活性剂，在强酸、强碱中均易水解。,3、生物活性：包括毒性、杀菌力，两者基本对应。,生物活性比较：阳离子型阴离子型非离子型 两性表面活性剂具较小的毒性和较大的杀菌力，在 毒性及杀菌性组合上更优于上述表面活性剂。,毒性大小用LD50表示 LD50：指使一群受试动物中毒死一半所需的最低剂量 （mg/kg）。,温和性,对皮肤刺激性最强的大多是阳离子表面活性剂。非离 子表面活性剂的刺激性一般都很低。多数阴离子表面活性 剂和两性离子表面活性剂的刺激居于上述两类之间。,4、生物降解性,生物降解