表面活性剂:是一种加入很少即能明显降低溶剂(通常为水)的表面(或界面张力),改变物系的界面状态,能够产生润湿、乳化、起泡、憎溶及分散等一系列作用,从而达到实际应用的要求的精细化学品。
在结构上至少存在亲水基和疏水基两种基团,一个分子中可以同时存在多个亲水基,多个疏水基。
分类:(1)按离子类型分类:1)非离子型表面活性剂2)离子型表面活性剂:阴离子、阳离子、两性(2)按表面活性剂的特殊性分类:碳氟表面活性剂、含硅表面活性剂、高分子表面活性剂、生物表面活性剂、冠醚型表面活性剂。
常见阴离子、阳离子、两性表面活性剂的中英文名、简写及结构(1)阴离子:十二烷基苯磺酸钠:Sodium dodecyl benzene sulfonate (SDBS 或LAS)弧比一 3 Na(2)阳离子:苄基三甲基氯化铵:Benzyltrimethylammonium Chloride (TMBAC )(3)非离子:脂肪醇聚氧乙烯醚:Primary Alcobol Ethoxylate (AE 或AEO)R-O-(CH2CH2O) n-H(4)两性:十二烷基甜菜碱:Dodecyl dimethyl betaine (BS-12)C12H25-N+(CH3)2CH2COO-阴离子表面活性剂的合成:(1)烷基苯磺酸盐——烷基芳烃的生产过程:a•以烯烃为烷基化试剂合成长链烷基苯: 反应历程:(质子酸做催化剂)R—CH = CH2 + H+ = R- + CH —CH3(以AlCl3作催化剂)HCl + AICI3 = H S +—Cl S - • AICI3RCh k CH2 + H S +—Cl S - • AlCl3 = R — + CH- CH V AICI4 —之后反应:R-CH-CH3 +b. 以氯代烷为烷基化试剂、三氯化铝为催化剂合成长链烷基苯:R a + AlCh R- 匸二 ft AICU或 RCHCH 2CH 2SO 3NaOHRCH J CH^CH J(3)氧磺化法生产烷基磺酸盐:(4)氯磺化法制备烷基磺酸盐:RH + SO2 + CI2 f RSO2CI + HCI TRSO2CI + 2NaOH f RSO3Na + H2O + NaCIRCH2CH^CH 2 I so 3NaOhlRCH=CHCH 2SO^JaNaOHRCHOH(CH 2h_3SO3NaRCH2CH3 + SO 2 + 扌。
2SO 3H NaOH SO 3NaRCHCH 3RCHCH 3AIC圻(2) a -烯烃磺酸盐R +Aieh + HCISO 3RCH 兀 H(CH 必gHNaOHCH 21_R 恥01"1. RCHMHQH^SOsNa(5) 琥珀酸酯磺酸盐:PCH^C-ORI + NaHSOs CHTj>「ONa(R)(6) Aerosol OT 的合成?CH2-C-ORN3Q3S—CH - £ ~ONa(RjOMA 严2CH3(CH2hCHCH^OH H^SO卓H^COOCH2CH(CH2feCH3 ■HQ HCYOOCH 彳HQHM%NaHSO 备CH^COOCH2CH(CH Z}/:H3NaO3S^CH—COOCHsCHtCH^CHa(7)硫酸酯盐型:C12H25OH + H2SO4 C12H25OSO3H + H20(8)磷酸酯盐型:4ROH+ P2O5 —2 (RO)2PO(OH) + H2O2ROH+ P2O5 + H2O —2ROPO(OH)23ROH+ P2O5 —(RO)2PO(OH) + ROPO(OH)2(9)羧酸盐型:RCOOpi-tRCCX>pH +F?COOCH23hhOH a 3RCOONa +磺酸型阴离子表面活性剂的结构与性能关系:(1 )烷基苯磺酸钠:溶解度:1烷基取代基碳原子数越少,烷基链越短,疏水性越差;2•随烷基碳原子数的增加,达相同溶解度所需温度(Krafft点)越高;3•随烷基链的增长,cmc呈下降趋势。
表面张力:烷基链中带有支链的表面活性剂的表面张力较低。
随着C原子数增加,r下降, CMC下降。
润湿力:随着直链烷基苯环酸钠烷基碳原子的增加,润湿力下降趋势。
起泡性:带有十四烷基的直链烷基苯磺酸钠发泡性能最好,泡沫度最高。
洗净性:随着直链烷基碳的原子数增加,洗净力逐渐提高。
(2) a -烯烃磺酸盐:溶解性:疏水基碳链越长,溶解度越低。
18个碳的产品溶解度最低。
表面张力:当碳氢链含有15-18个碳原子时,其溶液的表面张力较低。
去污力:碳原子数16的活性剂去污力最高。
在硬水中也较强。
起泡力:14-13个碳原子时起泡力较好。
硬水中起泡力保持良好。
生物降解性:较强,比直连烷基苯磺酸盐快而且降解更完全,只需 5天而不污染环境。
毒性:比直连烷基苯磺酸盐低,刺激性较小。
(3) 琥珀酸脂磺酸盐: 临界胶束浓度:随碳原子数增加,其cmc 降低;润湿力:当烷基碳链所含碳原子数小于 7且不带分支链时,随正构烷基碳链的增长, 润湿力 提高,而且随支链数的增加,润湿力减弱。
当碳原子数大于7个时,随正构烷基碳链长度的增加,润湿力下降,而且随支链数的增加,润湿力增加。
(4) 烷基磺酸盐:溶解度和临界胶束浓度随烷基链碳原子数的增加而降低, 在硬水中也具有良好的润湿、 乳化、分散和去污能力。
季铵盐、铵盐型阳离子表面活性剂的合成: (1)烷基季铵盐:a •高级卤代烷与低级叔胺:Ci6H 33Br + (CH/N» [C 16H 33-N(CH3)£]小匸150V, 口6大气压RCN + 2II 2 ------------------------------- » RCH 2NH 2莫尼篠催化加氢RNH 2 十 2HCHO + 2HCOOH^™^R -N^ 加热RCH 2NH 2 + HCHO,RCH 2N=CH 2RX + :N —RaR-N —R 2^| -Xb.甲醛-甲酸法:(2) 含杂原子的季铵盐:a •含氧原子:NaOH一3C17II33COOII H- PCI3 --------------------*3C I 7II 33COC1 + H3PO4C 17H 33COCI + H 2N —CH 2CH 2—NC 2H 5厂I + ~I CnHnCONHCHiCHaN-CHi CH^SO^— I—b.含醚基的季铵盐:C I 8H 37OH + HCHO + HC1 ・ C 18H37OCH 2ac. 含氮原子:CH 3CH 3C 10H 21^N-CH 7CH 2Br + N(CH 訪一_a [C ]a H 2jNCH 2CH 2Bf1201C.压力,12hd. 含硫原子:他(胃湮丑RCII 2NHai 3一 LOjCH 3HCHOCH 3RCII 2—N =CH 2IICOOII 还原 -COiCH 3^RCH 2N ZXCH Ja33< X>NU(: H2CH 2NG T II 曲ONHCHjCH 迥+ C I 8H 37OCH 2C1 + N(CH 3)3-------- [C 18H 37OCH 2N(CH 3)3] Cl-H2OC12H25SH + HCHO + HC1 ------------------------ ► C12H25SCH2aC12H^SCH2C1 + N(CH3>3苯溶剂摯临70— sole ^hr[5H涉CH 肩(UHJ] Cl(3)含有苯环的季铵盐: 例子——洁尔灭:CH2叫 ]G&H 豹一N O-HC -a^OSOjO 「CHaCHf 」CH 3(5 )胺盐型:a. 长链烷基伯胺盐酸盐: RNH2 + HCI — RNH2・HCIb. 仲胺盐:CnH^r +耶(血卿)他砂 一►氐血岡砂肿傅例C.叔胺盐:C 17H 35COOH + N (CII 2CH 2OH )3・ C 17H 35COOCH 2CH 2N(CH 2CH 2OHh(6) 咪唑啉盐:阳离子表面活性剂的性质特点及应用:(1) 溶解性:一般情况下阳离子表面活性剂的水溶性很好,但随着烷基碳链长度的增加,水 溶性呈下降趋势; (2) krafft 点:C 原子数越多,krafft 点温度越高;; (3) 表面活性:1.随着烷基碳链长度的增加, 表面活性剂的张力逐渐下降;2.分子结构相同时,其大小与溶液的浓度有关。
通常情况下,在一定范围内,表面张力随表面活性剂溶液的升高而降低,降到一定数值又随浓度升高而增加;(4)临界胶束浓度:随 C 的增加,其浓度降低。
应用:a 消毒杀菌剂:阳离子 SA 最突出的作用是消毒杀菌作用。
常用于医药、原油开采等 的消毒杀菌。
b. 腈纶匀染剂.c. 抗静电剂:阳离子 SA 可以将其分子的非极性部分吸附于高分子材料上,极性基团朝向空 气一侧,形成离子导电层,从而使电荷得以传导起到抗静电的作用。
d. 矿物浮选剂:阳离子表面活性剂一般用作捕集剂,其特点是与矿物反应迅速,有时不需要 搅拌槽,在短时间内可浮选完毕。
e. 相转移催化剂:相转移催化剂是指用少量试剂作为一种反应物的载体,将次反应物通过界 面转移至另一相,使非均相反应顺利进行。
f. 织物柔软剂:向织物中加入柔软剂后,柔软剂通过化学作用和物理作用吸附在织物上,能够降低织物表面的静电积累,改善纤维-纤维的相互作用,使得纤维躺倒与纤维束平行消除“倒钩”,并通过覆盖和润滑纤维束,减少了纤维间的摩擦,得到更柔软,易弯曲的纤维。
(4)含杂环的季铵盐:例子——N-甲基-N-十六烷基吗啉甲基硫酸酯盐:叫叫R-NO | CH 3OSO I OCH36何/180—190T : IIRCOOI1 + H 2N-CH 2 ■ --------------------------- * RC-NH-CH 2I —fbOII 2N-df 2II 2N -CII 2 N —CH 2250—300V ” 〃 ------------------- *■ R —C—H Q OXN —CH成环氧乙基化反应的机理及影响反应的主要因素 :反应机理:(1)采用LiOH 、NaOH 、KOH 等碱作催化剂的氧乙基化反应:RXH* + NaOH (UOH, KOH) —RX 5 + 府代 U ®) + H*OH0 M L NRXCH2CHQ + RXH* ―匹f RX 9 4 RXCHsCHaQH*GRXCH^HQ + CH2-CH 2 ------------------- A RXCH S QH S QCH^HQ®x o RXCH2CHQCH2CH2O + RXH* ----- > RXCH 刃HQCH2CHQH* + RX 0RXtCH^CH^O^CH^^O c + CH 2-CH2 --------------------- ► RX(CH 2CH 2O)h _1CH 2CH 2O 0RX(CH 刃日刃治切人卅刃。