第五章 阳离子表面活性剂
表面活性剂阳离子表面活性剂
➢脂肪醇直接胺化法
这是80年代发展起来的一种工业生产方法。反应式 如下：
反应机理：
副反应：
为提高产率，需选择脱氢、加氢性能好，且能抑制 副反应发生的催化剂。胺化中使用的催化剂有Cu－Cr， Cu－Ni等复合型催化剂。其中Cu－Ni在低温时活性和选 择性都很好，Cu：Ni＝4：1时活性最高。
于金属离子的萃取剂和相转移催化剂。
一、脂肪腈与仲胺在催化剂存在下加氢：
RCN + （RCH2）2NH + 2H2 Ni （RCH2）3N + NH3
二、脂肪腈与脂肪醇在催化剂存在下加氢：
2RCN + RCH2OH + 4H2 Ni （RCH2）3N + NH3 +H2O
三、仲胺与脂肪醇在催化剂存在下加氢：
C17H35COOCH2CH2NH2·HX
▪ 胺盐的合成 R3N + HX 中和 胺盐 R至少有一个是长链，也可以是氢。 胺 ＋ 酸 胺盐
关键是原料脂肪胺的合成。同时脂肪胺本身 具有一定的表面活性。
高级脂肪胺的制备
▪ 高级伯胺的制备
• 脂肪酸法
300℃～320℃
铝土矿，高温
RCOOH + NH3
• 其他类型
改性胺盐、 杂环型胺盐、双季铵盐、鎓盐型等。
▪ 常见的阳离子表面活性剂
胺盐型阳离子表面活性剂
▪ 胺盐型阳离子表面活性剂的结构
胺盐：RNH2·HX 或 RN＋H3X－ HX可以是有机酸，也可以是无机酸：
HCl、H2SO4、HBr、HCOOH、CH3COOH等。 通式：R3N·HX
第5章_阳离子表面活性剂[表面活性剂化学-天大]
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RCN
RCN + 2H2
150℃，136大气压 莫尼镍催化加氢
RCH2NH2
28
得到的伯胺再与甲酸和甲醛溶液反应得到 二甲基烷基胺：
甲醇溶剂 加热 CH3 CH3 + 2CO2 + 2H2O
RNH2 + 2HCHO + 2HCOOH
R N
29
其反应历程如下：
缩合 脱水
RCH2NH2 + HCHO
到一定数值时又随溶液浓度的升高而增加。
十六烷基三甲基氯化铵的表面张力与浓度的关系 [C16H33－N+(CH3)3]•Cl－
溶液浓度（mol/L） 表面张力γ（mN/m）
0.002
69.8
0.005
59.4
0.01
41.3
0.025
38.0
0.04
31.3
0.05
35.0
0.1
35.6
19
(4) 临界胶束浓度
结构通式 [C12H25－N+(CH3)3]•X－ X Cl Br Cl Br [C16H33－N+(CH3)3]•X－
O Cl Cl Cl Cl Cl
商品名称 乳胶防粘剂DT 1231阳离子表面活性剂 纤维柔软剂CTAC 1631阳离子表面活性剂
主要应用 浮选剂、杀菌剂 抗静电剂、杀菌剂 纤维柔软剂 纤维柔软剂、直接 染料固色剂
胺盐型阳离子表面活性剂主要品种及实例
表面活性剂类型 伯胺盐 仲胺盐
叔胺盐
结构通式 RNH2•HCl R1NHR2•HCl
R1NR2(R3)•HCl
实例
C18H37NH2· HCl 十八烷基胺（硬脂胺）盐酸 盐
洗涤剂中常用的阳离子表面活性剂
阳离子表面活性剂，一个具有良好的杀菌、杀藻、防霉、柔软、抗静电和调理性能的成分，在洗涤用品中的角色有：柔软剂、杀菌剂、抗静电剂、调理剂等。
洗涤剂中常用的阳离子表面活性剂有烷基季铵盐、酯基季铵盐和聚合型阳离子表面活性剂。
其中，季铵盐是产量最大、应用最广泛的一类阳离子表面活性剂，主要用作柔软剂、抗静电剂、杀菌剂等。
下面介绍七种常用的阳离子表面活性剂：1十二烷基二甲基苄基氯化铵(商品名：1227，洁尔灭，苯扎氯铵)性质：具有良好的泡沫和化学稳定性，耐热、耐光，还具有杀菌、乳化、抗静电、柔软调理等多种性能，1227易溶于水，并且不受水硬度影响，但需要注意的是1227长期暴露空气中易吸潮。
安全性方面，在体内无积累，但对眼和皮肤微有刺激性。
应用：织物柔软剂和抗静电剂，餐馆、食品加工设备等的消毒杀菌剂，还可以用作杀藻、杀菌剂等。
2十六烷基三甲基氯化铵(商品名：1631)性质：具有良好的抗静电和柔软性能，并有优良的杀菌防霉作用。
对眼睛有点刺激性。
应用：护发剂和织物柔软剂，还可以用作杀菌消毒剂。
3十八烷基三甲基氯化铵(商品名：1831)性质：具有优良的渗透、柔软、抗静电及杀菌性能，易溶于醇和热水中，去污力和起泡性差。
在安全性方面有微小的刺激性。
应用：1831是护发素的主要成分之一，也可用作合成纤维的抗静电剂、杀菌剂和消毒剂。
4甲基二牛脂酰乙基-2-羟乙基硫酸甲酯铵性质：灰白色膏状物或固体，有较好的贮存稳定性，在冷水中易分散，可在少量电解质下配制2.5%-3.0%的分散体，具有良好的再润湿性。
应用：家庭及工业的漂洗柔软剂、洗涤柔软剂等。
5N-甲基-N-牛脂酰胺基乙基-2-牛脂基咪唑啉硫酸甲酯盐性质：黏稠液体并显浑浊，50℃可变为透明液体。
具有极好的柔软、抗静电作用，再润湿性和生物降解性好。
应用：柔软洗涤剂及织物柔软剂。
6聚季铵盐-16性质：有护发、调理、定型作用，以及滋润皮肤作用。
应用：发用化妆品及护肤化妆品。
在洗发香波及洗头膏中，其低浓度就能有很好的效果，并能加强和稳定香波泡沫，同时赋予头发以极佳的润滑性、易梳理性及光泽感。
阳离子表面活性剂
阳离子表面活性剂阳离子表面活性剂，是其分子溶于水发生电离后，与亲油基相连的亲水基是带阳电荷的面活性剂。
亲油基一般是长碳链烃基，亲水基绝大多数为含氮原子的阳离子，少数为含硫或磷原子的阳离子，分子中的阴离子不具有表面活性，通常是单个原子或基团，如氯、溴、醋酸根离子等。
阳离子表面活性剂带有正电荷，与阴离子表面活性剂所带的电荷相反，两者配合使用一般会形成沉淀，丧失表面活性。
它能和非离子表面活性剂配合使用，主要用作织物柔软剂、油漆油墨印刷助剂、抗静电剂、杀菌剂、沥青乳化剂。
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、季铵盐和杂环型三类。
以下主要介绍季铵盐阳离子表活性剂：季铵盐型阳离子表面活性剂通式为[ ]x-，式中R为C10～C18。
长链烷基，Rl、R2、R3 一般是甲、乙基，也可以有一个是苄基或长链烷基，X是氯、溴、碘或其他阴离子基团：多数情况下是氯或溴。
季铵盐的合成比较简单，主要是季铵化反应。
一般由叔胺与醇、卤代烃、硫酸二甲酯等烃基化试剂反应制得。
吡啶(C5H5N)也可以看成一种特殊的叔胺，通常把吡啶与卤代烷的反应产物也归于季铵盐中。
如溴代十六烷与吡啶反应得到的产物十六烷基溴化吡啶是一种常用的杀菌剂，并且季铵盐阳离子表面活性剂水溶性好，既耐酸又耐碱且大多数具有杀菌作用。
季铵盐与胺盐不同，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，因季铵盐是强酸、强碱形成的盐，不会发哼水解。
季铵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”。
季铵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。
大学表面活性剂复习资料（考试用）
大学表面活性剂复习资料（考试用）表面活性剂化学复习资料名词解释题目第一章表面活性剂的概述1.表面：液体或固体和气体的接触面。
（物质和它产生的蒸汽或者真空接触的面）2. 界面：液体与液体，固体与固体或液体的接触面。
（物质相与相之间的分界面称之为界面）3. 表面张力：指垂直通过液面上任一单位长度、与液面相切的收缩表面的力（N/m）。
4. 表面自由能：指液体增加单位表面上所需做的可逆功，或恒温恒压下增加单位表面积时体系自由能的增值，或单位表面上的分子比体相内部同分子量所具有的自由能过剩值，称为表面自由能（J/m2）。
5. 表面活性：在液体中加入某种物质使液体表面张力降低的性质叫表面活性。
如肥皂中的脂肪酸钠，洗衣粉中的烷基苯磺酸钠等。
6. 表面活性剂：是指在某液体中加入少量某物质时就能使液体表面张力急剧降低，并且产生一系列应用功能，该物质即为表面活性剂。
第二章表面活性剂的作用原理1. 吸附：表面上活性剂这种从水内部迁至表面，在表面富集的过程叫吸附。
2. 低表面能固体：表面活性剂的表面能<100mJ/m2的物质3. 高表面能固体：表面活性剂的表面能>100mJ/m2的物质。
4. 胶束：两亲分子溶解在水中达一定浓度时，其非极性部分会互相吸引，从而使得分子自发形成有序的聚集体，使憎水基向里、亲水基向外，减小了憎水基与水分子的接触，使体系能量下降，这种多分子有序聚集体称为胶束。
（2）反胶束：表面活性剂在有机溶剂中形成极性头向内，非极性头尾朝外的含有水分子内核的聚集体，称为反胶团。
（3）临界胶束浓度：表面活性剂溶液的表面张力随着活性剂浓度的增加而急剧地降低，但是当浓度增加到一定值后，表面张力随溶液浓度的增加而变化不大，此时表面活性剂从分子或离子分散状态缔合成稳定的胶束，从而引起溶液的高频电导、渗透压、电导率等各种性能发生明显的突变，这个开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度(CMC)。
（4）亲水-亲油平衡值（HLB）：系表面活性剂中亲水和亲油基团对油或水的综合亲合力，是用来表示表面活性剂的亲水亲油性强弱的数值。
第五章-阳离子表面活性剂
双长链季铵盐消毒剂带一个亲水基和两个亲油基， 具有更好的成胶囊性和更强的降低表面张力的能力 ，能增强它们的水溶性，即使在水质硬度较大的情 况下也呈现出相当好的溶解性和很好的稳定性。双 长链季铵盐的杀菌性能优于单长链季铵盐，药效持 续时间长，泡沫少，去污能力较好，低毒无残留， 不挥发无刺激，不使织物退色。 分子式中含有乙基苄基氯（BEC）基团的双长链季 铵盐杀菌效果更好。所谓乙基苄基，即在苯环的邻 对位上多加了一个乙基它属于第一类推电子基团， 使整个分子结构上的电荷重新组合分布，使苯环上 的电负性加大，同时增强了苯环的共轭效应，从而 增强了杀菌效力。
低级叔胺与高级卤代烷
C1 2H2 5 CH3 N + CH CH3
2
.Br
CH3
新洁尔灭 十二烷基二甲基苄基溴化铵
CH3 N+ C1 2H2 5 CH3
CH2 Cl
CH2 N + C1 2H2 5 Br CH3
CH2
.Br
性能更为优异的杀菌剂
阳离子活性剂1227易溶于水，稳定性良好，能耐热、耐光、耐压、无挥发性 但所带离子性与阴离子表面活性剂恰好相反 所以二者不能与阴离子表面活性混在一起使用，若混合，则产生沉淀并失去效能。
季铵盐类消毒剂是消毒剂中的一个类别，比如洁尔 灭（苯扎氯铵）、新洁尔灭（苯扎溴铵）、度米芬 （十二烷基二甲基苯氧乙基溴化铵）和一些复合类 季铵盐消毒剂等，属于低效消毒剂。近年来，新开 发出的双链季铵盐消毒剂杀菌作用比单长链季铵盐 优越，比如百毒杀、新洁灵等。 常用的消毒剂产品以成分分类主要有9种： 含氯消毒剂、过氧化物类消毒剂、醛类消毒剂、醇 类消毒剂、含碘消毒剂、酚类消毒剂、环氧乙烷、 双胍类消毒剂和季铵盐类消毒剂。
阳离子表面活性剂
阳离子表面活性剂阳离子表面活性剂是一类广泛应用于各个领域的化学物质。
它们具有非常好的表面活性和溶剂性能，能够降低液体的表面张力并提高液体的湿润性。
阳离子表面活性剂具有许多独特的特性和功能，广泛应用于日常生活和工业生产中。
首先，阳离子表面活性剂在日常生活中扮演着重要的角色。
它们被广泛应用于洗涤剂、香波、护发素等日常清洁用品中。
由于阳离子表面活性剂能有效地去除污渍和油脂，使得清洁用品更加具有清洁力和去污能力。
此外，阳离子表面活性剂还可以增加香波和护发素的润滑性，使头发更加柔软顺滑。
因此，阳离子表面活性剂在日常生活中起到了至关重要的作用。
其次，阳离子表面活性剂在纺织和染料工业中也扮演着重要角色。
由于阳离子表面活性剂具有良好的分散性和吸附性能，它们被广泛应用于纺织品的染色和整理过程中。
阳离子表面活性剂能够使染料均匀分散在纺织品上，并提高染料的吸附性能，使得纺织品的颜色更加鲜艳持久。
此外，阳离子表面活性剂还能够改善纺织品的手感，使其更加柔软舒适。
此外，阳离子表面活性剂还广泛应用于农业领域。
它们被用作农药增效剂和农田土壤调理剂。
阳离子表面活性剂能够增加农药在植物表面的吸附和渗透性，提高农药的利用效率。
同时，阳离子表面活性剂还能够改善土壤的性质，增加土壤的保水和肥力，提高农作物的产量和质量。
因此，阳离子表面活性剂对于农业的发展和提高农作物产量起着重要作用。
此外，阳离子表面活性剂还被广泛用于医药领域。
它们被用作眼药水、喉喷剂和乳膏等药物的基础成分。
由于阳离子表面活性剂具有良好的渗透能力和湿润性，能够快速渗透到皮肤表面或黏膜部位，使药物更好地发挥作用。
同时，阳离子表面活性剂还可以增加药物的溶解度和稳定性，提高药物的生物利用度。
因此，阳离子表面活性剂在医药领域中起到了关键作用。
总之，阳离子表面活性剂是一类非常重要的化学物质，它们在日常生活和工业生产中起着至关重要的作用。
它们被广泛应用于清洁用品、纺织品、农业和医药领域。
阳离子表面活性剂
阳离子表面活性剂（聚丙烯酰胺的制备）摘要：聚丙烯酰胺（PAM ）为水溶性高分子聚合物，不溶于大多数有机溶剂，具有良好的絮凝性，可以降低液体之间的磨擦阻力，按离子特性分可分为非离子、阴离子、阳离子和两性型四种类型。
用于造纸工业、石油工业、纺织工业，增稠、稳定胶体、减阻、粘结、成膜、生物医学材料等方面。
在这里要介绍的是阳离子型的聚丙烯酰胺。
关键词：聚丙烯酰胺，阳离子聚丙烯酰胺（CPAM ），优选，絮凝，链。
正文：聚丙烯酰胺作为良好的絮凝性，被广泛的应用于各个领域。
聚丙烯酰胺絮凝剂（PAM ）又称三号絮凝剂，是由丙烯酰胺单体聚合而成的有机高分子聚合物，无色无味、无臭、易溶于水，没有腐蚀性。
聚丙烯酰胺在常温下比较稳定，高温、冰冻时易降解，并降低絮凝效果，故其贮存与配制投加时，温度应控制在2℃～55℃时，絮凝效果为佳，否则会降低使用效果。
聚丙烯酰胺的分子结构为：结构式中丙烯酰胺分子量为71.08，n 值为2×104～9×104，故聚丙烯酰胺分子量一般为1.5×106～6×106，分为低、中、高和超高分子量。
聚丙烯酰胺产品按其纯度来分，有粉剂和胶体两种，粉剂产品为白色或微黄色颗粒或粉末，固含量一般在90%以上，胶体产品为无色或微黄色透胶体，固含量为8%～9%。
聚丙烯酰胺产品按其离子型来分，有阳离子型、阴离子型和非离子型3种。
阳离子型一般都含有微量毒性，不适宜在给排水工程中使用，所以我们接触到的水处理剂聚丙烯酰胺均属阴离子型或非离子型。
聚丙烯酰胺的絮凝机理是：聚丙烯酰胺具有极性酰胺基团，酰胺基团易于借氢键作用在泥沙颗粒表面吸附。
另外，聚丙烯酰胺絮凝剂有很长的分子链，其长度有100 A°，但链的宽度只有1A°，很大数量级的长链在水中具有巨大的吸附表面积，其絮凝作用好，还可利用长链在絮凝颗粒之间架桥，形成大颗粒絮凝体，加速沉降。
今天，就让我们来了解一下阳离子型的聚丙烯酰胺的制备与生产工艺。
化学反应中的表面活性物质分类
化学反应中的表面活性物质分类表面活性物质是指一类具有分子结构对称性和亲疏水性的化学物质，在水等液体表面形成具有物理、化学特性的薄膜（称为界面）。
它们分子分布不均、表面活泼，具有良好的表面张力活性，能够影响表面和分子间的相互作用，常常用于制药、日用品、涂料、环保、生物化学等领域。
在化学反应过程中，表面活性物质扮演着重要的角色。
在这个过程中，根据各种不同的分子特性，表面活性物质可以分为五大类，包括阳离子表面活性剂，阴离子表面活性剂，非离子表面活性剂，离子形块聚物和非离子形块聚物。
下面将对这五大类表面活性物质进行详细介绍。
一、阳离子表面活性剂阳离子表面活性剂又称为季铵盐表面活性剂，是一种正离子表面活性剂，它们的分子中含有烃基、氧原子和氮原子等元素。
常见的阳离子表面活性剂例如八卡兹胺、丁基苄基二甲酰胺，物理化学性质上具有很高的荷电量和极性强，能够与水中的阴离子分子结合在一起，使基质表面产生剩余荷电。
在医药、化妆品等领域广泛应用，起到增稠、增溶和杀菌、杀毒的作用。
二、阴离子表面活性剂阴离子表面活性剂属于负离子表面活性剂，也是广为使用的一种表面活性剂，其分子一般是由烷基链和苯酚、硫酸酯基等构成，如十二烷基磺酸钠、十六烷基苯磺酸钠等。
阴离子表面活性剂化学性质是带负电荷，具有高表面张力，与阳离子表面活性剂相比较，阴离子表面活性剂的表面张力更低，在洁净、去污、悬浮和乳化等方面都拥有很好的用途。
三、非离子表面活性剂非离子表面活性剂一般具有羟基和葡萄糖环等官能基，是含有疏水性和亲水性的分子。
常见的非离子表面活性剂有十二醇聚氧乙烯醚、十二烷基苯聚氧乙烯醚等，这些表面活性剂官能基的不同可以控制其在不同条件下的水溶性、亲水性和疏水性，广泛应用于日用品、医药、纺织化学和精细化学等领域。
四、离子形块聚物离子性块聚物一般是由水溶性的大分子结构组成，具有疏水性和亲水性两种特性。
由于其独特的结构和性质，离子形块聚物广泛应用于纳米颗粒制备、先进的电子学和电子测量领域，具有重要的科学意义和应用价值。
第5章 阳离子表面活性剂
+
CH2CH2 O . HCl . CH3OSO2O
.
_ Cl
. Cl
_
C11H25
+ N
. Cl
_
式中，R是含8~22个碳原子的烷基；R/是低级烷基或苄基
含吡啶环的季铵盐
纤维防水剂、染色助剂和杀菌剂。
CnH 2n+1 + N
. Cl
_
C17H35CONHCH2
+ N
. Cl
_
n=12或16，X为Cl或Br 或 ， 为 或
C2H5 C17H33CONHCH2CH2 N C2H5 + (CH3O)2SO2 C17H33CONHCH2CH2 CH3 N + CH3
NaOH
C2H5
3C17H33COCl + H3PO4
C 2 H5 C17H33CONHCH2CH2 N C2H5
. CH3SO4_
CH3
表面活性剂Sapamine MS 表面活性剂 色必明
方法二：脂肪酸和伯胺直接进行N-酰化反应。
2C17H35COOH
140~170 C , N2 + H2NCH2CH2NHCH2CH2NH2 _ 2H2O
O
CH2
CH O
CH2Cl
O
C17H35CO CONHCH2CH2NHCH2CH2NHCOC17H35
110~120 C
+ _ C17H35CONHCH2CH2NHCH2CH2NHCOC17H35 . Cl CH2 HC O CH2
R1 RX + N R2 R3 R
R1 N R2 R
3
.
_ X
（1）十二烷基三甲基溴化铵 ）
阳离子表面活性剂
鏻盐化合物 该类阳离子表面活性剂具有良好的杀菌性能，主要用 作乳化剂、杀虫剂和杀菌剂等。由带有三个取代基的膦与 卤代烷反应制得。 例：十二烷基二甲基苯基溴化鏻的合成
CH3 P
+
C12H25Br
CH3
110℃，3hr 乙 醇
CH3 C12H25 P CH3 Br ·
7
锍盐化合物
这类鎓盐类表面活性剂的通式为：
CH3 R N CH2 CH3 Cl ·
烷基二甲基苄基氯化铵的溶解性
烷基R的碳原子数 11 12 13 14 15 16 17 18 19
水中溶解度
95%乙醇中溶解度
70
84
50～75
75
52
81
26.7
74.5
16.1
74
0.85
62
0.48
72
0.10
52.6
0.096
54
13
由上表数据可以总结出其溶解性有如下规律：
16
(3) 表面活性
表面活性剂的活性是用其稀溶液的表面张力 比纯水的表面张力的下降程度来衡量。季铵盐型 阳离子表面活性剂的表面张力有如下规律：
（a）随着烷基碳链长度的增加，表面活性剂
溶液的表面张力逐渐下降 。
17
烷基二甲基苄基氯化铵的表面张力(mN/m)
CH3 R N CH2 CH3
R的碳数 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
与阴离子和非离子表面活性剂相比，使 用量相对较小。 我国阳离子表面活性剂的研发和使用起 步较晚，但发展速度较快。
3
5.1.1 阳离子表面活性剂的分类
(1) 胺盐型 胺盐型阳离子表面活性剂是伯胺盐、仲胺盐和叔胺盐
表面活性剂化学第五章阳离子表面活性剂
CH3
C18H37 N CH2
Cl
CH3
（3）杂环型
主要有吗啉环、吡啶环、咪唑环、哌嗪环、 喹啉环等。
P111 表5-2 （4）鎓盐型
包括鏻盐、锍盐、碘盐和鉮盐等。大多具有杀 菌、抑菌性能，可广泛用作杀菌剂。
5.1.2 阳离子表面活性剂的性质 1.溶解性
一般水溶性较好，但随烷基链长度的增加，水 溶性呈下降趋势。P112 表5-3 疏水烷基的个数和链上的取代基对SA的溶解性 也有影响。
5-6 c) 临界胶束浓度
随着烷基碳链的增加，临界胶束浓度降低。表5-7
5.2 阳离子表面活性剂的合成 合成阳离子表面活性剂的主要反应是N-烷基 化反应。叔胺与烷基化试剂作用，生成季铵盐 的反应也叫季胺化反应。 5.2.1烷基季铵盐 烷基季铵盐的合成方法主要有三种。 ① 高级卤代烷与低级叔胺反应
② 高级烷基胺和低级卤代烷反应 ③ 甲醛-甲酸法制得
八胺为主的牛脂胺，可由松香酸制取廉价的松香胺。
(2)脂肪醇法
脂肪醇和氨在380～400℃和12.16～17.23MPa下反应， 可制得伯胺。
ROH + NH3 → RNH2 + H2O 高碳醇与氨在氢气和催化剂存在下，也能发生上述反应， 使用催化剂，可将反应温度和压力降至150℃和10.13Mpa。 伯胺大量用于浮游选矿剂和纤维柔软剂。如C8～C18伯胺， 椰子油、棉子油，牛脂等制得的混合胺以及它们的醋酸盐均 为优良的浮选剂。用作纤维柔软剂的伯胺结构复杂一些，多 为含酰胺键的亚乙基多胺化合物。
2020/3/18
靳有才
R1
X-
R2 N
R4
R3
5.1 阳离子表面活性剂概述
阳离子表面活性剂在水溶液中呈现正电性，形 成携带正电荷的表面活性离子。阳离子SA的亲 水基由带正电荷的基团构成。常称为阳性皂和逆 性肥皂。
第五章 表面活性剂
5.1.2 表面活性剂的分子结构特点
分子结构具有不对称性，由非极性的（亲油的 或疏水的）碳氢链和极性的（亲水的或疏油的）基 团两部分组成，而且两部分通常分处分子链的两端。 例如棕榈酸钠（C15H31COONa）
表面活性剂在水中随着浓度增大，表面上聚集 的活性剂分子形成定向排列的紧密单分子层，多余 的分子在体相内部也三三两两的以憎水基互相靠拢， 聚集在一起形成胶束，这开始形成胶束的最低浓度 称为临界胶束浓度。
==CH—
—(C3H6O)— 0.15 氧丙烯基 —CF2— 0.870 CF3—
5.2.2 相转型温度（PIT）
HLB值存在三个缺点：
一是它没有考虑到油相与水相本身的性能；
二是它没有考虑表面活性剂浓度的影响； 三是它没有考虑到温度及各相体积的影响。 针对HLB值的缺点，日本学者筱田耕三提出了相转 型温度PIT（Phase Inversion Temperature）的概念，
1.种类： 胺盐类、季铵盐类
2.结构：含有一个五价氮原子。
3.特点：水溶性大，在酸性和碱性溶液中较稳定具
有良好的表面活性和杀菌作用。 4.应用：杀菌；防腐；皮肤、粘膜手术器械的消毒。 5.常用药物：①苯扎氯铵(洁尔灭)；②苯扎溴铵 (新 洁尔灭)
5.1.2.3 两性表面活性剂
分子结构上同时具有正负电荷基团的表面活性 剂，随介质的pH可成阳或阴离子型。 常用品种：卵磷脂、氨基酸型和甜菜碱型两性离子 型表面活性剂。 最大优点：适用于任何PH溶液，在等电点时也无沉 淀。 性质：碱性水溶液中呈阴离子性质，起泡性良好、 去污力亦强； 酸性水溶液中呈阳离子性质，杀菌 力很强，毒性小。
8～10 10～13 >13
在水中分散情况
第五章--表面活性剂
表面活性剂
5.1 概 述
5.1.1什么是表面活性剂
溶质的浓度对溶剂表面张力的影响有三种：
1）物质的加入会使溶剂表面张力略微升高，属于此类物 质的强电解质有无机盐、酸、碱等；
2）物质的加入会使溶剂的表面张力逐渐下降，如低碳醇、 羧酸等有机化合物； 3）物质少量加入就会使溶剂表面张力急剧下降，但降到 一定程度后，就变得很慢或几乎不下降。
1）高级脂肪醇与环氧乙烷加成物
ROH+ nCH2 CH2 O
NaOH Cat.
R O (CH2CH2O)n H
所用脂肪醇有：月桂醇、十六醇、油醇、鲸蜡醇等
2）烷基酚和环氧乙烷的加成物
R OH + nCH2 CH2 O R O (CH2CH2O)n H
所用烷基酚有：壬基酚、辛基酚、辛基甲酚等
3）脂肪酸与环氧乙烷的加成物
单酯盐 O
性质与硫酸酯盐相近，抗电解质、硬化能力较强，洗净能力 好，为低泡性表面活性剂。可作为净洗剂、润湿剂、乳化剂、 抗静电剂和抗蚀剂。缺点：污染环境、影响水质
5.1.3.2 阳离子表面活性剂
这类表面活性剂分为两类： （1）铵盐类表面活性剂，可由高级胺 (C12-18，伯、仲、叔）用盐酸或醋酸处 理而得：
特点：水溶性好，发泡能力强，去污力强；毒性低，对皮肤刺 激性小，有良好的生物降解性和抗微生物能力，优良的抗静电 性和柔软平滑性，与其它表面活性剂相容性好。但是价格较贵。
CH3 R N CH 2 COOCH3
+
5.1.3.4
非离子表面活性剂
亲水基为羟基－OH和醚键－O－
由于亲水性较弱，必须由几个羟基或醚键才能发挥
（1）按工业用途分类：
阳离子表面活性剂
外表活性剂阳离子外表活性剂●带正电荷,起外表活性作用的是阳离子。
●其分子构造主要局部是一个五价氮原子，所以也称为季铵化合物。
其特点是水溶性大，在酸性与碱性溶液中较稳定，具有良好的外表活性作用和杀菌作用。
●常用品种有苯扎氯铵(洁尔灭)和苯扎溴铵(新洁尔灭)等。
●本类因有很强的杀菌作用，故主要用于皮肤、粘膜、手术器械等的消毒。
某些品种如苯扎氯铵，可作为抑菌剂用于眼用溶液。
两性离子外表活性剂●构造中同时具有正电荷和负电荷基团,在不同pH值介质中可表现出阳离子或阴离子外表活性剂的性质。
●卵磷脂是天然的两性离子外表活性剂。
主要来源于大豆和蛋黄。
●氨基酸型：R-NH+2-CH2CH2COO－甜菜碱型：R-N+(CH3)2-COO-。
在碱性水溶液中呈阴离子外表活性剂的性质，具有很好的起泡、去污作用；在酸性溶液中那么呈阳离子外表活性剂的性质，具有很强的杀菌才能。
临界胶束浓度外表活性剂在溶液中超过一定浓度时会从单体〔单个离子或分子〕缔合成为胶态聚合物，即胶束〔或称胶团〕。
开场形成胶束的浓度称为临界胶束浓度(critical micelle concentration) ，用CMC表示。
当溶液中形成胶束后溶液的性质如浸透压、浓度、界面张力、摩尔电导等都存在突变现象〔一〕胶束的形成、大小与形状胶束的形成:在临界胶束浓度时水分子的强大凝聚力把外表活性剂分子从其周围挤开，迫使外表活性剂分子的亲油基和亲水基各自互相接近，排列成亲油基在内、亲水基在外的球形缔合体，即胶束。
因此胶束的形成并不是由于亲油基和水分子间的斥力或亲油基彼此间的Vander waals引力所致，而是受水分子的排斥所致假设在外表活性剂浓溶液中参加适量的非极性液体，那么可形成亲水基指向胶束内，烃链指向非极性液体的胶束，称为反胶束。
胶体粒子范围〔1～100nm〕临界浓度通常在0.02%～0.5%左右Krafft点和浊点●Krafft点：离子外表活性剂在水中的溶解度随温度升高至某一温度时，其溶解度急剧升高，该温度称为Krafft点。
表面活性剂选论阳离子
表3 配对阴离子对十六烷基吡啶Krafft点的影响
C16H33 N X ·
X Krafft点（℃）
Cl 17
Br 28
I 45
表面活性
随着烷基碳链长度的增加，表面张力逐渐下降
4 烷基二甲基苄基氯化铵的表面张力(mN/m)
CH3 R N CH2 CH3 Cl ·
R的碳数 0.1%溶液 0.01%溶液
一、阳离子表面活性剂概述
阳离子表面活性剂——是指在水溶液中发生电离，其表面活 性部分带有正电荷的一类表面活性剂
如十二烷基三甲基氯化铵：
电离
表 面 活 性 部 分
带正电荷 C1-
结构特点：
阳离子表面性剂的亲水基部分大多是含氮化合物，少数是 含磷、硫等的化合物。含氮化合物中，氨的氢原子可以被
一个或二个长链烃所取代而成为胺盐；也可全部被烷烃取
阴、阳离子表面活性剂混合，溶液会变混浊或出现珠光， 甚至产生沉淀，使阳离子表面活性剂失去对织物的柔软
和抗静电作用。所以，在实际使用过程中，用阴离子表
面活性剂洗过的织物，必须冲洗干净，才能使用以阳离 子表面活性剂为主的柔软处理液处理，否则将失去柔软 和抗静电效能。
应用：
如用作杀菌剂、天然和合成纤维的柔软剂、抗静电剂、 肥料的抗结块剂、农作物除莠剂、沥青和石子表面的粘
Krafft温度点 Krafft 温度点：当达到某一温度时，表面活性剂在水 中的溶解度急剧增加，也称为临界溶解温度（C.S.T） 当表面活性剂溶液为过饱和状态时，Krafft点应是离子型表 面活性剂单体、胶束和未溶解的表面活性剂固体共存的三相 点 阳离子表面活性剂的Krafft点是表征其在水溶液中溶解性能
三、种类： 在阳离子表面活性剂中，最重要的是含氮的表面活性剂。 而在含氮的阳离子表面活性剂中，根据氮原子在分子中的位
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第五章 阳离子表面活性剂 §7.1.1 氟烃SAA的基本特性
1 高表 面活性
2高热 稳定性
3高化学 稳定性
4两憎
氟烃 SAA 有极高的表 氟 烃 SAA 氟烃 SAA 耐 全氟烃 SAA 同时 H HF O 2 面活性，其水溶液的 C C7 C7 F15 COOH F15 COF 具有高 熔 强酸、强碱， 具有既疏水又疏 7 H15 COCl γ可低至20mN/m以下(e) 点 、 高 强氧化剂， 油的性质，不但 (8~12 个 碳 原 子 最 佳 ， Krafft 点和 能降低水的γ， 在 浓 硫 酸 ､ H 2O HF 甚至可低到 12mN/m) C8 F SO2 F C8 H17 SO 17 SO 3 H 中8 F 浓硝酸中不 而且也能降低液 2 Cl ， 在 溶 剂 C 17 这是其它类型 SAA所 (e) 溶解度底、 分解｡其分 态碳氢化合物的 远不及的。 γ。 耐高温的 解温度高达 特点。 420℃。
钙 皂 分 散 力 （ LSDR, lime soap
甜 pH 菜 值的关系 碱 型 am- CH CH OH disporsing rate）或钙皂分散性是指 图 6-1 水溶性与 2 2 CH3 CH 水溶性受到 pH 变化 3 SAA 的 KT 与 阴 甜菜碱型 am-SAA 临 的 影响。对于 3/L R团 N CH2COO100g油酸钠在硬度为 R amN CH2CH CH3 N 333mgCaCO CHCOO 活性剂结构 2COO 离 子亲水基 界胶束浓度与碳链 的硬水中维持分散，恰好无钙皂沉 SAA pH= 等 电 点CH 时 类 型 有 关 ， 一 CH CH OH 3 2 2 3 R 长CH 度 的 关 系 ： 溶解度最低，小于 淀发生时所需钙皂分散剂的质量 am-SAA随着 般情况下羧酸 logCMC=A-BN 。 氨 等电点时随 pH 增加 烷基碳链长度 型 K 低，硫酸 R C12 CT C12 C18 C8 C10 C12 基酸型 am-SAA 临界 18 呈下降趋势，大于 的增加， γ显 酯及磺酸型的 胶束浓度随 pH 值升 等电点时随 pH 增加 著下降， 高 。 无 机 盐 加 等电点 ～6.1 4.8～6.8 4.7～7.5 4.6～7.6 5.5～9.5 高而升高。 6.1～9.5 6.7～9.5 呈上 升 趋 势 。5.1 amLSDR增加。 入使 am-SAA 的 SAA 等 电 点 ： 氨 基 KT降低。 酸 型 pH=2-4.5 ， 咪 唑啉型 pH=7，甜菜 碱型pH更复杂。 Chemistry and chemical engineering institute
C18H37
CH3 N CH2 CH3
Br
NH + CH3Cl
C18H37 + Cl N C18H37
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第五章 阳离子表面活性剂
胺盐型c-SAA (fatty amine c-SAA)
杂环型c-SAA
C16H33Br + N 140~150℃ 5h C16H33 N Br ·
• 3、1227、1631的合成？
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第六章 两性表面活性剂
Chapter 6 Amphoteric Surfactants (am-SAA) 陈朝晖
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第五章 阳离子表面活性剂
§6.1 概 况 (Introduction)
第五章 阳离子表面活性剂
§5.2 典型产品合成Synthesis of Classical c-SAA
合成阳离子表面活性剂的主要反应是 N-烷基化反应，其中叔胺与 氯化苄铵 (Benzalkonium chloride) 烷基化试剂作用，生成季铵盐的反应也叫做季铵化反应。 商品名洁尔灭(1227)
CH3 C12H25 N + CH3 CH2Cl C12H25 CH3 N CH2 CH3 Cl
溴化苄基铵(Benzalkonium bromide) 商品名新洁尔灭
CH3 CH2 N CH3
+ C12H25Br
C12H25
十六烷基三甲基溴化铵(1631 /CTAB ) (Cetyltrimethylaminium Bromide) 双十八烷基二甲基氯化铵 (Disteryldimethylaminium Chloride) C H 18 37
第五章 阳离子表面活性剂
Chapter 5 Cationic Surfactants (c-SAA) 陈朝晖
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第五章 阳离子表面活性剂
§5.1 概 况 (Introduction)
R1 R2 N R3
Add Your Title
R4
.
X
Add Your Title
Add Your Title
鎓盐型c-SAA
CH3 P
+
C12H25Br
CH3
110℃，3hr 乙 醇
CH3 C12H25 P CH3
十二烷基二甲基苯基溴化鏻
Br ·
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第五章 阳离子表面活性剂
作业
• 1、c-SAA有什么特点？
• 2、主要分类及其结构？
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第五章 阳离子表面活性剂 6.2 am-SAA的性质
250 200
溶解度
150
100
克拉夫特点
(Krafft point)
2 pH
8
表6-1 甜菜碱型活性剂的等电点
10 12 14
表面活性
Cl ·
胺盐型
季铵盐型
杂环型
鎓盐型
是最为重要的 c-SAA 品种，既可 是伯胺盐、仲胺盐和叔胺盐 SAA 的 溶于酸性溶液，又可溶于碱性溶 总称。它们的性质极其相似，且很 液，具有一系列优良的性质，而 多产品是伯胺与仲胺的混合物。 且与其他类型的SAA相容性好 。
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特性及应用 分类 定义
am-SAA 是 指 由 阴 离子和阳离子所组 成的 SAA ，即在亲 水基一端阳离子和 阴离子同时通过共 价键连接在疏水基 上的SAA。
am-SAA 品 种 较 少 。 am-SAA 大 部 分 是羧基盐类型。其 中阴离子部分是羧 酸基，由胺盐构成 阳离子部分叫氨基 酸 型 am-SAA ； 由 季铵盐构成阳离子 部分的叫甜菜碱型 am-SAA。
甜菜碱型
第五章 阳离子表面活性剂
作业
• 1、am-SAA有什么特点？
• 2、主要分类及其结构？
• 3、BS-12的合成？
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第七章 其它表面活性剂
Chapter 7 Other Surfactants 陈朝晖
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按照携带正电荷的原子不同， c-SAA 还包括 鏻 盐、锍盐、 鉮 盐和碘鎓化合物等。均具有良 好的杀菌作用，碘鎓同时还具 有良好的净洗作用。
第五章 阳离子表面活性剂 5.1.2 c-SAA的性质
克拉夫特点
水溶性
(Krafft point)
CMC
表面活性
c-SAA 的 KT 与 SAA 疏 水 基 碳 链的长度呈线 性关系KT = a + bn ， a, b 是 常 数， n 为碳链所 含碳原子的个 数，此外，也 与成盐配对的 离子有关。
胺 盐 型 c-SAA 对 pH 敏感，季铵型的水 溶性很好，并随着 烷基碳增加呈下降 趋 势 。 有 15 以 下 烷 基C的易溶于水，反 之难溶。单长链烷 基季铵盐溶于极性 溶剂，不溶非极性 溶剂，双长链烷基 的几乎不溶于水， 溶于非极性溶剂。
c-SAA随着烷基碳 链长度的增加，γ逐 c-SAA 烷 基 碳 渐下降；分子结构 链长度增加， 相同时,在一定范围 临界胶束浓度 内，γ随活性剂溶液 降低。 的浓度升高而降低， 降低到一定数值时 又随溶液浓度的升 高而增加。 刘在美, 吴京峰, 谈龙, 等.由六氟丙烯二聚体合成阳离子表面活性剂及其 Chemistry and chemical engineering institute 性能 [J]. 精细化工, 2005, (1): 53-55.
c-SAA 在 水 溶 液 中 呈现正电性，形成 带正电荷的表面活 性 离 子 。 工 业 cSAA 多是含氮化合 物，如伯、仲、叔 胺及其衍生物的盐 和季铵盐等。 消毒杀 菌剂 匀染剂
有许多特殊性质， 如抗静电、杀菌、 缓蚀、矿物浮选， 织 物 整 理 等 。与 aSAA 、 n-SAA 相 比 ， 使用量相对较少， 占 SAA 市场份额 10 ％。 相对价格高。 抗静电剂 矿物浮 选剂
我 国 c-SAA 的 研 发 和使用起步较晚， 但发展速度较快。
相转移 TEXT 催化剂
织物柔 软剂
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第五章 阳离子表面活性剂
5.1.1 阳离子表面活性剂的分类
CH3 C18H37 N CH2 CH3
十八烷基二甲基苄基氯化铵(缓染剂DC)
第五章 阳离子表面活性剂
§7.1 氟烃SAA (Fluorocarbon SAA)
• SAA碳氢链中的氢原子部分或全部被氟原子取代，形成的一类新型 SAA---氟烃SAA。 • 氢原子可以部分被氟原子取代，也可全部被氟原子取代，后者称为全 氟表面活性剂。