磺酸盐类表面活性剂

磺酸盐类表面活性剂简述

表面活性剂,凡加入少量而能显著降低液体表面张力的物质，统称为表面活性剂。它们的表面活性是对某特定的液体而言的，在通常情况下则指水。无论何种表面活性剂，其分子结构均由两部分构成。分子的一端为非极亲油的疏水基，有时也称为亲油基；分子的另一端为极性亲水的亲水基（如—OH、—COOH、—NH2、—SO3H等），有时也称为疏油基或形象地称为亲水头。两类结构与性能截然相反的分子碎片或基团分处于同一分子的两端并以化学键相连接，形成了一种不对称的、极性的结构，因而赋予了该类特殊分子既亲水、又亲油，便又不是整体亲水或亲油的特性。表面活性剂的这种特有结构通常称之为“双亲结构”.表面活性剂分子因而也常被称作“双亲分子”。由于其特具的结构特点，因此给这类物质带来许多特性, 如乳化、分散、润湿、渗透、去污、起泡、消泡、防水、抗静电、柔软、杀菌等。

表面活性剂的分类方法很多，根据其分子构成的离子性分成离子型、非离子型等，阴离子表面活性剂, 特别是磺酸盐类阴离子表面活性剂, 在所有表面活性剂中较为重要。本文以常用的磺化剂为线索, 叙述了磺酸盐类表面活性剂制备方法、产品的主要性质和在各行各业中的主要用途。

一．磺酸盐类活性剂的合成及其主要用途

1 石油磺酸盐和烷基苯基磺酸盐

这两种传统的磺酸盐表面活性剂的合成及性质有大量的文献进行了报道。石油磺酸盐是由富芳烃原油或馏分磺化得到的产物, 烷基苯基磺酸盐包括烷基磺酸盐、烷基苯基磺酸盐、重烷基苯基磺酸盐等。在磺酸盐型阴离子表面活性剂中, 以石油磺酸盐型最为普遍。石油磺酸盐作为化学采油用剂具有表面活性高、原料易得、生产工艺简单、成本较低、配伍性好等特点, 受到普遍关注, 进入了先导性实验。烷基碳数为C14 ~ C16的重烷基苯磺酸盐可与我国大多数油田的原油形成超低界面张力体系, 因而成为重要的驱油用表面活性剂。

2 链烃磺酸盐

2. 1 A-烯烃磺酸盐(AOS)

它的主要成分是: 烯烃磺酸盐和羟基磺酸盐。早在20世纪60年代末, A-烯烃磺酸盐就已经通过烯烃的SO3 磺化反应而工业化了, 产物组成为: RCH CH CH 2 SO3Na , 约60%; RCHOHCH 2CH2 SO3N a, 约30%; 二磺酸盐, 约10%。AOS与钙镁离子生成的盐仍然是一种较好的表面活性剂, AOS具有抗盐性好、油/水界面张力低、良好的起泡力和泡沫稳定性等特点, 其生物降解性比烷基苯磺酸盐好, 与烷基硫酸盐( AS)接近, 因而对人体和环境温和, 尤其适用于配制重垢低磷或无磷洗衣粉。此外, 又由于AOS 热稳定性好、乳化能力强, 在工业清洗、石油开采及输送等领域具有相当可观的应用前景。

2. 2 链烃磺酸盐

以石蜡为原料磺化得到的磺酸盐通常是单磺酸、二磺酸或多磺酸的混合物。Buschmann 等用1, 2-二醇或烷基内酯，实验室合成了十二烷双磺酸盐。且实验表明，以石蜡烃为原料磺化产物中单磺酸盐的活性最高。

3 脂肪酸( 酯)磺酸盐

3. 1 磺基琥珀酸酯

磺基琥珀酸酯盐按酯基个数可分为两大类: 单酯盐和双酯盐。磺基琥珀酸酯表面活性剂的合成所用原料主要为顺丁烯二酸酐、脂肪酸及亚硫酸盐等。合成工艺比较成熟:( 1)顺酐与羟基(或胺基)化合物酯化( 缩合); ( 2)酯(或胺)

与亚硫酸盐或亚硫酸氢盐加成( 磺化) 。单酯类表面活性剂对皮肤比较温和, 因而其衍生类的磺基琥珀酸( 酰胺)活性剂在日用化学品中的应用非常广泛。双酯盐产品因具有较低的表面张力( 其水溶液表面张力可达27~ 35 mN /m ), 并以其优良的渗透和润湿分散性作为渗透剂、分散剂、抗静电剂而广泛应用于农业、皮革、纺织、化妆品、金属去垢、合成树脂、洗涤等方面。

3. 2 脂肪酸羟基乙烷磺酸盐

近年来研究的椰油基羟基乙烷磺酸盐是一种温和的阴离子表面活性剂, 结构像两性表面活性剂,Frosch等研究表明, 该表面活性剂具有优良的起泡、乳化、洗涤和分散性能, 不伤皮肤、眼睛。由于其pH 稍显酸性, 它比肥

皂更温和, 因而脂肪酸的酰酯磺酸盐广泛用于洗涤剂和日用品中。其合成方法有:

( 1)脂肪酰氯与2-羟基乙烷磺酸在无水或水- 丙酮介质中90~ 120 ℃进行反应。

( 2)羟基乙烷磺酸钠与脂肪酸反应。

( 3)氯化烷基磺酸盐同无水脂肪酸钠在200 ℃反应

4 芳基或脂肪醇醚磺(硫)酸盐

4. 1 饱和醇(或酚)醚磺酸盐

将烷基酚或脂肪醇在碱性条件下与环氧乙烷或环氧丙烷加成制得烷基酚醚, 再通过磺化反应制成烷基酚醚硫

酸盐表面活性剂( 如AES )。常用氯磺酸作为磺化剂, 用脂肪醇作起始原料就可得到脂肪醇醚硫酸盐。

4. 2 不饱和脂肪醇醚磺酸盐

这类结构的表面活性剂是由封端的不饱和脂肪酸或它们的醚醇类化合物通过气相磺化、一步水解、中和和皂化得到。它具有高起泡能力、优异的洗涤性能和生态友好性能。

5、芳基烷烃磺酸盐

芳基烷烃基磺酸盐不同于传统的烃基芳基磺酸盐( AASA), 前者磺酸基团连接在烷烃链的末端, 后者磺酸基团直接连接在芳环上。新型的烷基磺酸盐表面活性剂的芳环与烯烃的加成反应可以在更多的位置上进行, 芳环上更多位置可用于取代反应。合成方法:

采用1-烯烃和SO3 为原料在降膜磺化反应器中直接得到粗产物烯烃磺酸(含少量磺内酯), 再将烯烃磺酸与芳烃(如苯、萘、取代苯和取代萘)在超强酸催化剂下进行烷基化反应制备芳基烷基磺酸盐。

6、磺酸盐型三聚表面活性剂

三聚表面活性剂是由一个连接基团将传统的三个表面活性剂在其头基或接近头基处连接起来而组成的。以三聚氯氰、正己胺，正辛胺，十二胺，十四胺，二乙烯三胺等为原料，可成功合成了4种不同碳链长度的磺酸盐型三聚表面活性剂。表征实验证明，其有着良好的表面活性，能够显著的降低水的表面张力等优良特性。

二、结束语

磺酸盐表面活性剂分子不仅可按照不同的用途和需要对分子进行专门设计以满足多种应用领域的特殊需求,

而且原料来源广泛, 可以取自矿物石油, 也可取自动植物, 其研究开发和应用非常的广泛, 尤其是对脂肪醇聚

氧乙烯醚磺酸盐表面活性剂、芳基或脂肪醇醚磺酸盐、脂肪酸酯磺酸盐的研究异常活跃。

展望我国对磺酸盐表面活性剂的研究和开发的未来, 磺酸盐表面活性剂种类繁多, 要深入研究各系列产品结

构与性能的关系, 找出适合各种实际应用的结构, 对按功能设计的目标分子的性能进行预测,推动性能优异、原材料易得的磺酸盐性表面活性剂的开发, 对综合利用基本有机化工原料和工业应用具有重要意义。

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