阳离子表面活性剂 ppt课件
合集下载
表面活性剂阳离子表面活性剂
此法已经解决溴化氢的回收问题，相对成本低， 是目前认为比较好的方法。不过使用过氧化物有一定的 危险性。
➢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
➢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
第二章表面活性剂(共56张PPT)
C14H29SO4Na 30
C16H33SO4Na 45 C18H37SO4Na 56
活性剂
C10H21CHC6H4SO3Na | CH3
表面活性剂：是这样一种物质，当它的加入量很小时，就能使溶 剂（一般为水）的表面张力或液液界面张力显著降低，改变体系 的界面状态；当它达到一定浓度时，在溶液中缔合成胶团，从而 产生润湿或反润湿、乳化或破乳、起泡或消泡、以及加溶等一系 列作用，以达到实际应用的要求。
是一类即使在很低浓度时也能显著降低表（界）面张力的物质。
6.8
=CH-
-0.475 -0.475 -0.475
2.4
-(C3H5O)-(氧丙烯基) -0.15
2.1
-CP2-
1.9
-CF3-
-0.87 -0.87
例：计算月桂酸钠的HLB值 CH3（ CH2）10-COONa
解：-CH3：， -CH2- ： -COONa：19.1
HLB=7+∑(亲水基团基数)-∑(亲油基团基数) HLB= 7 + 19.1-（-0.475）×
第二章 表面活性剂
第一节 表面活性剂基本概念
一、表面张力
界面上的分子与体相内部分子所处的
状态不同。受力状态不同。
图2—1 液相内部和液-气界面的
分子所受作用力的示意图
表面张力：液体表面任意单位长度上的
收缩力称为表面张力，单位为N·m-1
。
从能量上看，表面分子比内部分 子具有更高的能量。
要使体系的表面积增加，就必须对体系 做功。
团具有的亲水亲油平衡值。 表示表面活性剂的亲水疏水性能。
HLB值大，亲水性强，亲油性弱； HLB值小，亲油性强，亲水性弱。
（1）HLB值的规定
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。
阳离子型表面活性剂
结束
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
一、胺盐型阳离子表面活性剂
制备工艺：有机胺（伯胺、仲胺和叔胺）与酸 （盐酸或醋酸）中和制得。
RNH 2
R RN+ H 3 A HA R R1 R1 N+ H 2 A -
R1
R1 R
NH
N
R2
R
N+ H AR2
结束
• 中和试剂：
– HCl
例：
HCOOH CH3COOH HBr HF
CH3 + C 12 H25 N-H . CH 3COO CH3
• 合成方法：
RCOOH + NH2CH2CH2NHR R CH2CH2NH2 酰化 -H2O RCONHCH2CH2NHR N RC N R
结束
+ RCON
-H2O
结束
长碳链季胺盐 • 制备：叔胺与烷基化剂经季铵化反应制得 • 烷基化剂： –氯甲烷
氯苄
硫酸二甲酯
例如：烷基二甲基叔胺与氯化苄反应。
RN CH3 CH3 + ClCH 2CH3 + R-N-CH 2CH3 . Cl-
结束
HN
咪唑啉铵盐
• 结构式：
N RC N R + Cl -
N
imidazoline
CH3 C12 H25 N + CH 3COOH CH 3
（十二烷基二甲基叔胺醋酸盐）
应用：可在酸性介质中作乳化、分散、润湿剂，也用作
矿物浮选剂、颜料粉末表面憎水剂。
特点：当溶液pH＞7时，胺易从水中游离析出，从而失
去表面活性。
结束
二、季铵盐型阳离子表面活性剂
• 结构式：R1R2N+R3R4
表面活性剂分类15页PPT
离 基、多元醇和酰胺基。 子 类型：
酯型
表 醚型 胺型
面 酰胺型 活 混合型（Tween)酯醚型 性 剂
APG
非离子型表面活性剂
聚氧乙烯型
聚氧乙烯嵌段共聚物
多元醇 吐温型
特殊表面活性剂
以碳氟链为疏水基的表面活性剂，简称为氟表面活性剂，如全氟辛酸。这 类活性剂具有极高的表面活性，不仅可以使水的表面张力降至20 mN.m-1 以下，而且能降低油的表面张力。其化学性质极其稳定，具有抗氧化、抗 强酸和强碱及抗高温等特性。
表面活性剂分类
11、获得的成功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马钉路 德。
高 分 子 表 面 活 性 剂
溶解性分类 分子量分类
水溶性
油溶性
>10000 高分子
1000－10000 中分子 100-1000 低分子
表面活性剂分子的一些结构类型
高表面活性， 临界胶束浓度 仅为构成它的 单一两亲分子 的1／100
用途分类
渗透剂 润湿剂 乳化剂 增溶剂 分散剂 絮凝剂 起泡剂 消泡剂 杀菌剂 防水剂 柔软剂 缓蚀剂 匀染剂 织物整理剂 抗静电剂
酯型
表 醚型 胺型
面 酰胺型 活 混合型（Tween)酯醚型 性 剂
APG
非离子型表面活性剂
聚氧乙烯型
聚氧乙烯嵌段共聚物
多元醇 吐温型
特殊表面活性剂
以碳氟链为疏水基的表面活性剂，简称为氟表面活性剂，如全氟辛酸。这 类活性剂具有极高的表面活性，不仅可以使水的表面张力降至20 mN.m-1 以下，而且能降低油的表面张力。其化学性质极其稳定，具有抗氧化、抗 强酸和强碱及抗高温等特性。
表面活性剂分类
11、获得的成功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马钉路 德。
高 分 子 表 面 活 性 剂
溶解性分类 分子量分类
水溶性
油溶性
>10000 高分子
1000－10000 中分子 100-1000 低分子
表面活性剂分子的一些结构类型
高表面活性， 临界胶束浓度 仅为构成它的 单一两亲分子 的1／100
用途分类
渗透剂 润湿剂 乳化剂 增溶剂 分散剂 絮凝剂 起泡剂 消泡剂 杀菌剂 防水剂 柔软剂 缓蚀剂 匀染剂 织物整理剂 抗静电剂
两性表面活性剂【共65张PPT】
表面活性剂结构对钙皂分散力的影响
钙皂分散力 (lime soap disporsing rate , LSDR) 钙皂分散分散指数
100g油酸钠 在 硬度333mg/L的硬水中维持分散，
恰好无钙皂沉淀发生的分散剂的质量（g）
LSDR数值越低，表面活性剂对钙皂的分 散能力越高。
1、两性表面活性剂的烷基R的碳链增 长，或氮原子与羧基间的碳原子数n由1 增加至3时，活性剂的钙皂分散力有所提 高，LSDR值降低。 2、当表面活性剂分子上引入酰氨基或将 羧基转换成磺酸基或硫酸基时，会使钙 皂分散力大大提高，LSDR数值降低。
广义地说：所谓两性表面活性剂，是指同时具有两种离子 性质的表面活性剂。
通常所说的两性表面活性剂，是指由阴离子和阳离子所组 成的表面活性剂。换言之，单就两性表面活性剂结构来讲， 在亲水基一端既有阳离子(+)也有阴离子(-)。
整个表面活性剂中开发较晚的一类：
1937年 专利开始报道；
1940年 杜邦公司首次报道了甜菜碱系两性表面活性 剂；
甜菜碱是由Sheihler早期从甜菜中提取 出来的天然含氮化合物，其化学名为三甲 基乙酸铵。
目前“甜菜碱(Betaines)”一词已冠于 所有类似此结构的化合物，并已扩展到含 硫及含磷的类似化合物。
天然甜菜碱不具有表面活性，只有 当其中一个CH3被长链烷基取代后才具 有表面活性，人们称该类物质为甜菜 碱型表面活性剂。
1、两性表面活性剂具有等电点 两性表面活性剂通常总含有酸性基团和碱
性基团，因此，在溶液中表现出最大的特征
是有着两性化合物物共同具有的等电点性质。
它与两性表面活性剂的许多性质，如吸附、 溶解等密切相关。
以氨基丙酸为例
PH﹥4
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 ）
表面活性剂应用导论阳离子表面活性剂
5.1 阳离子表面活性剂概述
(3) 杂环型
杂环类阳离子表面活性剂是分子中除碳、氢原子外， 还含有其它原子，且呈环状结构的化合物。 这类表面活性剂有：
吗啉型
吡啶型
+
RN
??X -
5.1 阳离子表面活性剂概述
(3) 杂环型
咪唑啉型
哌嗪型
喹啉型
5.1 阳离子表面活性剂概述
(4) 鎓盐型
按照携带正电荷的原子不同，如P、As、S、I 等，
CH 3
. N + CH 3 X
CH 3
十二烷基三甲基溴化铵，表活剂 1231-Br ，杀菌剂、抗静电剂、 直接染料固色剂。
CH 3
醇介质
C1 6H3 3 X + N CH3 回流
CH3
C1 6H3 3
CH 3
. N+ CH3 X
CH 3
十六烷基三甲基溴化铵，表活剂 1631-Br ，杀菌剂、织物柔软剂。
亚碘酰联苯
联苯碘鎓硫酸盐
5.1 阳离子表面活性剂概述
④鉮盐化合物 鉮盐型阳离子表面活性剂的性质与鏻盐化合物近似
，其化学通式为
R4
R1
+
As
R2 X -
R3
第5章 阳离子表面活性剂
5.1 阳离子表面活性剂概述 5.2 阳离子表面活性剂的性质 5.3 几种阳离子表面活性剂 5.4 阳离子表面活性剂的应用
CH3 |
R-N-HCl | H
仲胺盐
5.1 阳离子表面活性剂概述
(2) 季铵盐型
季铵盐与胺盐不同，它在碱性和酸性介质中都能溶 解，且离解为带正电荷的表面活性离子。
季铵盐洗涤能力差，但杀菌能力强，在阳离子表面 活性剂中的地位最为重要，产量也最大。 代表品种结构式：
3-2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
表面活性剂类型 结构通式 实例
伯胺盐
仲胺盐 叔胺盐
RNH2•HCl
R1NHR2•HCl R1NR2(R3)•HCl
C18H37NH2·HCl 十八烷基胺（硬脂胺）盐酸盐
(C18H37)2NH·HCl 双十八烷基胺盐酸盐 C18H37N(CH3)2·HCl N,N-二甲基十八胺盐酸盐
其中R=C12－C18，R1、R2=－CH3、－CH2CH3、－ CH2CH2OH等，X为无机酸或有机酸。由相应的胺用盐酸、
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
甲醛－甲酸法
高级卤代烷与低级叔胺
R1
δ＋ δ －
R1 R3 R N R3 R2 X ·
RX
+
N R2
C12H25Br
+
(CH3)3N
60～80℃ 水介质
醇介质 回流
C12H25 N(CH3)3
Br ·
Br ·
1231阳离子表面活性剂
C16H33Br
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。
《阳离子表面活性剂》课件
《阳离子表面活性剂》 PPT课件
表面活性剂是一种能降低液体表面张力的物质。本课件将介绍阳离子表面活 性剂的概念、特性、分类、应用领域、制备方法、环境影响和市场前景。
表面活性剂的概念
表面活性剂是一类能够降低液体表面张力和增强液体对固体的润湿性的化合物。
阳离子表面活性剂的特性
阳离子
具有阳离子季铵盐结构，带 正电荷，与负电荷的物质易 发生相互作用。
表面活性
能够在界面上降低液体表面 张力，改变体在固体表面均匀 分布，提高液体与固体的接 触面积。
阳离子表面活性剂的分类
1
季铵盐类
阳离子表面活性剂的最主要类别，具有
脂肪胺类
2
较强的组装和胶束行为。
脂肪胺中含有或不含有键合羟基。
3
酯胺类
通过酯化反应得到的表面活性剂。
脂肪胺氧化物类
3 缩合反应
通过磺酸与脂肪胺反应得到阳离子表面活性剂。
阳离子表面活性剂的环境影响
阳离子表面活性剂如果进入水体，会对水体生物和环境产生潜在的危害，需 要控制使用和处理。
阳离子表面活性剂的市场前景
随着科技的发展，阳离子表面活性剂在多个行业的应用前景广阔，预计市场 规模将继续扩大。
4
在脂肪胺的基础上引入氧化物基团，具 有更好的亲水性。
阳离子表面活性剂的应用领域
阳离子表面活性剂广泛应用于纺织品、纸张、护肤品、清洁剂、水处理等领域。
阳离子表面活性剂的制备方法
1 氧化烷基化
通过氧化反应和烷基化反应得到阳离子表面活性剂。
2 胺化反应
通过脂肪胺与卤代烃或醛缩合反应得到阳离子表面活性剂。
表面活性剂是一种能降低液体表面张力的物质。本课件将介绍阳离子表面活 性剂的概念、特性、分类、应用领域、制备方法、环境影响和市场前景。
表面活性剂的概念
表面活性剂是一类能够降低液体表面张力和增强液体对固体的润湿性的化合物。
阳离子表面活性剂的特性
阳离子
具有阳离子季铵盐结构，带 正电荷，与负电荷的物质易 发生相互作用。
表面活性
能够在界面上降低液体表面 张力，改变体在固体表面均匀 分布，提高液体与固体的接 触面积。
阳离子表面活性剂的分类
1
季铵盐类
阳离子表面活性剂的最主要类别，具有
脂肪胺类
2
较强的组装和胶束行为。
脂肪胺中含有或不含有键合羟基。
3
酯胺类
通过酯化反应得到的表面活性剂。
脂肪胺氧化物类
3 缩合反应
通过磺酸与脂肪胺反应得到阳离子表面活性剂。
阳离子表面活性剂的环境影响
阳离子表面活性剂如果进入水体，会对水体生物和环境产生潜在的危害，需 要控制使用和处理。
阳离子表面活性剂的市场前景
随着科技的发展，阳离子表面活性剂在多个行业的应用前景广阔，预计市场 规模将继续扩大。
4
在脂肪胺的基础上引入氧化物基团，具 有更好的亲水性。
阳离子表面活性剂的应用领域
阳离子表面活性剂广泛应用于纺织品、纸张、护肤品、清洁剂、水处理等领域。
阳离子表面活性剂的制备方法
1 氧化烷基化
通过氧化反应和烷基化反应得到阳离子表面活性剂。
2 胺化反应
通过脂肪胺与卤代烃或醛缩合反应得到阳离子表面活性剂。
阳离子表面活性剂
分子中随聚氧乙烯含量增加，产物的 非离子性质也增加；但在水中的溶 解度却不随pH值的变化而改变，并 且具有较好的表面活性。有人称其 为阳离子进行非离子化的产品。
2．脂肪酸与低级胺反应制取叔胺 由这类叔胺制得的胺盐成本较低，性 能较好，大都用作纤维柔软整理剂。 例如，硬脂酸和三乙醇胺加热缩合酯 化，形成叔胺，再用甲酸中和，生成 索罗明A型阳离子表面活性剂。
二、季胺盐型阳离子表面活性剂
分子结构
季铵盐是阳离子表面活性剂中最重要的一 类，在工业上有着重要的应用价值。由于 其结构性质等方面的优势，如亲水基的强 碱性结构，对介质pH值的强适应能力，以 及与其它表面活性剂的强配伍性等，因此 一些著名的阳离子产品均为季铵盐。常用 的季铵盐合成方法有如下几种。
第三节 阳离子表面活性剂的应用
抗静电剂：非极性部分吸附于高分子 材料上，极性基朝向空气形成离子导 电层，从而使电荷得以传导起到抗静 电的作用。
矿物浮选剂：可作为捕集剂 相转移催化剂：用少量试剂作为反应 物的载体，将此反应物通过界面转移 至另一相，使非均相反应顺利进行。 而试剂本身并无消耗。 还可用于消毒杀菌剂、织物柔软剂、 金属防锈剂、头发调理剂、沥青乳化 剂、农药杀虫剂、化妆品添加剂、抗 氧剂和发泡剂等。
然后用铝土矿石作催化剂，进行高温催化脱水，得到脂肪腈： RCONH=RCN+ H2O
脂肪腈用金属镍作催化剂，加氢还原，可 得到伯胺、仲胺和叔胺 RCN+2H2=RCH2NH2
2RCN+4H2=（RCH2）2 NH+NH3 3RCN+6H2=（RCH2）3 N+2NH3
再加入一种合适的添加剂(氢氧化钾或氢 氧化钠)即能抑制仲胺的生成。
ROH十HN(CH3)2 →RN (CH3)2十H2O
阳离子表面活性剂
体制剂的润湿剂或增溶剂。
（一）阴离子表面活性剂
3、磺酸化物： ①通式：R·SO3-M+ ②分类：脂肪族磺酸化物，如二辛玻珀酸脂磺的钠；烷基芳基磺酸化物，如十二烷基苯磺酸钠，
常用洗涤剂；烷基苯磺酸化物；胆酸盐，如牛磺胆酸钠。 ③性质：水溶性, 耐酸、钙、镁盐性比硫酸化物差, 不易水解。 ④应用： 用作胃肠脂肪的乳化剂和单脂肪酸甘油酸的增溶剂；较好的洗涤剂。
HLB=∑(亲水基团HLB)+∑(亲油基团HLB)+7
三、表面活性剂的增溶作用
（一）胶束增溶 表面活性剂在水溶液中达到CMC后，一些水不溶性或微溶性物质在胶束溶液中的溶解度
可显著增加，形成透明胶体溶液，这种作用称为增溶(solubilization)。 一些挥发油、脂溶性维生素、甾体激素等许多难溶性药物常借此增溶，形成澄明溶液及提
二、亲水亲油平衡值
（一）HLB值的概念 亲水亲油平衡值(hydrophile-lipophile balance，HLB)系表面活性剂分子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。 数值范围：HLB 0~40，其中非离子表面活性剂HLB 0~20，即石蜡为0，聚氧乙烯为20。
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。
（二）胶束的结构
（三）临界胶束浓度的测定
CMC时，溶液表面张力基本达到最低值，而且溶液的多种物理性质如摩尔电导、粘度、渗 透压、密度、光散射等多种物理性质发生急剧变化。利用这些性质与表面活性剂浓度之间 的关系，可推测出表面活性剂的临界胶束浓度。
（一）阴离子表面活性剂
3、磺酸化物： ①通式：R·SO3-M+ ②分类：脂肪族磺酸化物，如二辛玻珀酸脂磺的钠；烷基芳基磺酸化物，如十二烷基苯磺酸钠，
常用洗涤剂；烷基苯磺酸化物；胆酸盐，如牛磺胆酸钠。 ③性质：水溶性, 耐酸、钙、镁盐性比硫酸化物差, 不易水解。 ④应用： 用作胃肠脂肪的乳化剂和单脂肪酸甘油酸的增溶剂；较好的洗涤剂。
HLB=∑(亲水基团HLB)+∑(亲油基团HLB)+7
三、表面活性剂的增溶作用
（一）胶束增溶 表面活性剂在水溶液中达到CMC后，一些水不溶性或微溶性物质在胶束溶液中的溶解度
可显著增加，形成透明胶体溶液，这种作用称为增溶(solubilization)。 一些挥发油、脂溶性维生素、甾体激素等许多难溶性药物常借此增溶，形成澄明溶液及提
二、亲水亲油平衡值
（一）HLB值的概念 亲水亲油平衡值(hydrophile-lipophile balance，HLB)系表面活性剂分子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。 数值范围：HLB 0~40，其中非离子表面活性剂HLB 0~20，即石蜡为0，聚氧乙烯为20。
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。
（二）胶束的结构
（三）临界胶束浓度的测定
CMC时，溶液表面张力基本达到最低值，而且溶液的多种物理性质如摩尔电导、粘度、渗 透压、密度、光散射等多种物理性质发生急剧变化。利用这些性质与表面活性剂浓度之间 的关系，可推测出表面活性剂的临界胶束浓度。
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
酸、氢溴酸、硫酸等）制得。
酸 有机胺制备
Preparation of organic ammonium
中和
neutralization
目标产物
target product
2020/4/18
RNH 2
R R1 NH
HA
R R1 N
R2
2020/4/18
RN +H3A-
R R1
N+H2 A-
R R1 N+H A-
柔软整理剂。如硬脂酸和三乙醇胺加热缩合酯化，形 成叔胺，再用甲酸中和，得到索罗明（Soromine）A 型阳离子表面活性剂。
C 1H 73C 5O O H+N (C H 2C H 2O H )3 C 1H 73C 5O O C H 2C H 2N (C H 2C H 2O H )2+H 2O H C O O HC 1H 73C 5O O C H 2C H 2N (C H 2C H 2O H )2.H C O O H
• 一般按起始胺的不同分为: • 高级胺盐型阳离子表面活性剂; • 低级铵盐型阳离子表面活性剂。
• 前者多由高级脂肪胺与盐酸或醋酸进行中 和反应制得，常用作缓蚀剂、捕集剂、防 结块剂等。
2020/4/18
1、高级伯胺的制取
Preparation of high organic ammonium
• （1）脂肪酸法 fatty acid • 传统法：脂肪酸与氨在0.4-0.6MPa、300-320℃下反应
2020/4/18
④广泛应用于纤维的柔软整理剂 阳离子表面活性剂能显著降低纤维表面的摩擦系数，具有 良好的柔软平滑性能；
⑤阳离子表面活性剂不能与肥皂等阴离子表面活性剂混 用，否则将引起阳离子活性物沉淀而失效。
2020/4/18
• 几乎所有的阳离子表面活性剂都是含氮化合物，即有 机胺的衍生物。
• 主要有季铵盐(RNR3+A-)、烷基吡啶翁(RC5H5N+A-) 。
。
2020/4/18
• 3、 高级叔胺的制备
• 叔胺是制取季铵盐的主要原料，季铵盐是阳离子表面活性剂中 的一个大类，用途较广。
• ①伯胺与环氧乙烷或环氧丙烷反应制备叔胺 • 此为工业上制备叔胺的重要方法:
CH2 CH2
RNH2+2 O
cat
CH2CH2OH RN
CH2CH2OH
2020/4/18
• 在碱性催化剂可进一步反应，生成聚醚链。
生成脂肪酰胺，脱水生成腈，再加氢还原：
R C O O H + N H 3
R C O N H 2
R C O N H 2+ H 2 O
R C N+H 2O
2020/4/18
Ni RCN + 2H2 2 RCN+4H2 Ni
3RCN+ 6H2 Ni
RCH2NH2 (RCH2)2NH + NH3 (RCH2)3N+2 NH3
• 以十六烷基三甲基氯化铵为例，表示为：
• 见书P53表3-7
2020/4/18
2.6.2 胺盐型阳离子表面活性剂
ammonium cationic surfacants
• 所有的铵盐型阳离子表面活性剂都可通过胺与酸的中和作 用制得。
• 胺盐型阳离子表面活性剂制备： • 有机胺（高级伯胺、仲胺和叔胺）与酸（盐酸、醋酸、钾
R2
• E.g
C1H 22N 5CC 3 3HH
C3H 3C+OOHCH1H 22N 5+-.HC 3CHO -O
C3H
（十二烷基二甲基叔胺醋酸盐）
应用： 可在酸性介质中作乳化、分散、润湿剂，也用作矿物 浮选剂、颜料粉末表面憎水剂。 缺点：当溶液pH＞7时，胺易从水中游离析出，从而 失去表面活性
2020/4/18
2020/4/18
（2）脂肪醇法 fatty alcohol
脂肪醇和氨在380-400℃、12.16-17.23 MPa下， 可制得伯胺。
R O H+ N H 3
R N H 2+H 2O
2020/4/18
• 2、高级仲胺的制取
• ①脂肪醇法 • 高级醇和氨在镍、钴催化剂下生成仲胺 。
N i 2R O H+N H 3
洗涤去污作用
2020/4/18
无洗涤去污作用
②具有良好的抗静电作用 当阳离子表面活性剂吸附吸在纤维表面，形成一定向吸附 膜后，中和了纤维表面的负电荷，减少了因摩擦产生的自 由电子，因而，具有良好的抗静电作用；
• ③杀菌作用显著 • 很稀的溶液（1/10000-1/100000）即有杀菌效果，这是
由于细菌被强力吸附后，阻止了细菌的呼吸作用和糖解作 用所致
(CH2CH2O)pH RN
(CH2CH2O)qH
分子链中随着聚氧乙烯含量的增加，产物的非离子性也增加； 但在水中的溶解度却不随pH值的变化而改变。 故也称为阳离子表面活性剂的非离子化。
• 作业1：写出二乙醇胺在碱性催化剂作用下生成聚醚链 的反应机理及方程式。
2020/4/18
• ②脂肪酸与低级胺反应制取叔胺 • 由此法制得的叔胺，成本低，性能好，大多用于纤维
• 加氢还原的工业上的工艺条件： • 压力2.94-6.87MPa，温度120-150℃。 • 少量仲胺，叔胺副产物
2020/4/18
新工艺：一步法 • 脂肪酸、氨和氢直接在催化剂上反应的：
catalyst
R C O O H + N H 3 + 2 H 2
R C H 2 N H 2+ 2 H 2 O
2.6 阳离子表面活性剂 (Cationic surfactants)
2020/4/18
• 阳离子表面活性剂的疏水基结构和阴离子 表面活性剂相似，且疏水基和亲水基的连 接方式也相似，一种是亲水基直接连在疏 水基上，另一种是亲水基通过酯、酰胺、 醚键等形式与疏水基间接相连，所不同的 是阳离子表面活性剂溶于水时，其亲水基 带正电荷。
2020/4/18
2.6.1阳离子表面活性剂的应用特点 • ①不适用于洗涤 • 一般纤维织物和固体表面均带有负电荷，当使用阳离子
表面活性剂时，它吸附在基质和水的表面上，由于阳离 子表面活性剂与基质间具有强烈的静电引力，亲油基朝 向水相，使基质疏水，因此，不适用于洗涤；
2020/4/18
H 2O
• 注意：制备条件与伯胺的区别
2020/4/18
②脂肪腈法fatty nitrile
首先将脂肪腈在低温下转化为伯胺，然后在铜铬催化剂 下脱氢，得到仲胺。
RCN +2H2 Cu-Cr
2RNH2
RCH2NH2 R2NH+NH3
2020/4/18
• ③卤代烷法 • alkylogen; alkyl halide; haloalkane • 卤代烷和氨在密闭的反应器中反应，主要产物为仲胺
酸 有机胺制备
Preparation of organic ammonium
中和
neutralization
目标产物
target product
2020/4/18
RNH 2
R R1 NH
HA
R R1 N
R2
2020/4/18
RN +H3A-
R R1
N+H2 A-
R R1 N+H A-
柔软整理剂。如硬脂酸和三乙醇胺加热缩合酯化，形 成叔胺，再用甲酸中和，得到索罗明（Soromine）A 型阳离子表面活性剂。
C 1H 73C 5O O H+N (C H 2C H 2O H )3 C 1H 73C 5O O C H 2C H 2N (C H 2C H 2O H )2+H 2O H C O O HC 1H 73C 5O O C H 2C H 2N (C H 2C H 2O H )2.H C O O H
• 一般按起始胺的不同分为: • 高级胺盐型阳离子表面活性剂; • 低级铵盐型阳离子表面活性剂。
• 前者多由高级脂肪胺与盐酸或醋酸进行中 和反应制得，常用作缓蚀剂、捕集剂、防 结块剂等。
2020/4/18
1、高级伯胺的制取
Preparation of high organic ammonium
• （1）脂肪酸法 fatty acid • 传统法：脂肪酸与氨在0.4-0.6MPa、300-320℃下反应
2020/4/18
④广泛应用于纤维的柔软整理剂 阳离子表面活性剂能显著降低纤维表面的摩擦系数，具有 良好的柔软平滑性能；
⑤阳离子表面活性剂不能与肥皂等阴离子表面活性剂混 用，否则将引起阳离子活性物沉淀而失效。
2020/4/18
• 几乎所有的阳离子表面活性剂都是含氮化合物，即有 机胺的衍生物。
• 主要有季铵盐(RNR3+A-)、烷基吡啶翁(RC5H5N+A-) 。
。
2020/4/18
• 3、 高级叔胺的制备
• 叔胺是制取季铵盐的主要原料，季铵盐是阳离子表面活性剂中 的一个大类，用途较广。
• ①伯胺与环氧乙烷或环氧丙烷反应制备叔胺 • 此为工业上制备叔胺的重要方法:
CH2 CH2
RNH2+2 O
cat
CH2CH2OH RN
CH2CH2OH
2020/4/18
• 在碱性催化剂可进一步反应，生成聚醚链。
生成脂肪酰胺，脱水生成腈，再加氢还原：
R C O O H + N H 3
R C O N H 2
R C O N H 2+ H 2 O
R C N+H 2O
2020/4/18
Ni RCN + 2H2 2 RCN+4H2 Ni
3RCN+ 6H2 Ni
RCH2NH2 (RCH2)2NH + NH3 (RCH2)3N+2 NH3
• 以十六烷基三甲基氯化铵为例，表示为：
• 见书P53表3-7
2020/4/18
2.6.2 胺盐型阳离子表面活性剂
ammonium cationic surfacants
• 所有的铵盐型阳离子表面活性剂都可通过胺与酸的中和作 用制得。
• 胺盐型阳离子表面活性剂制备： • 有机胺（高级伯胺、仲胺和叔胺）与酸（盐酸、醋酸、钾
R2
• E.g
C1H 22N 5CC 3 3HH
C3H 3C+OOHCH1H 22N 5+-.HC 3CHO -O
C3H
（十二烷基二甲基叔胺醋酸盐）
应用： 可在酸性介质中作乳化、分散、润湿剂，也用作矿物 浮选剂、颜料粉末表面憎水剂。 缺点：当溶液pH＞7时，胺易从水中游离析出，从而 失去表面活性
2020/4/18
2020/4/18
（2）脂肪醇法 fatty alcohol
脂肪醇和氨在380-400℃、12.16-17.23 MPa下， 可制得伯胺。
R O H+ N H 3
R N H 2+H 2O
2020/4/18
• 2、高级仲胺的制取
• ①脂肪醇法 • 高级醇和氨在镍、钴催化剂下生成仲胺 。
N i 2R O H+N H 3
洗涤去污作用
2020/4/18
无洗涤去污作用
②具有良好的抗静电作用 当阳离子表面活性剂吸附吸在纤维表面，形成一定向吸附 膜后，中和了纤维表面的负电荷，减少了因摩擦产生的自 由电子，因而，具有良好的抗静电作用；
• ③杀菌作用显著 • 很稀的溶液（1/10000-1/100000）即有杀菌效果，这是
由于细菌被强力吸附后，阻止了细菌的呼吸作用和糖解作 用所致
(CH2CH2O)pH RN
(CH2CH2O)qH
分子链中随着聚氧乙烯含量的增加，产物的非离子性也增加； 但在水中的溶解度却不随pH值的变化而改变。 故也称为阳离子表面活性剂的非离子化。
• 作业1：写出二乙醇胺在碱性催化剂作用下生成聚醚链 的反应机理及方程式。
2020/4/18
• ②脂肪酸与低级胺反应制取叔胺 • 由此法制得的叔胺，成本低，性能好，大多用于纤维
• 加氢还原的工业上的工艺条件： • 压力2.94-6.87MPa，温度120-150℃。 • 少量仲胺，叔胺副产物
2020/4/18
新工艺：一步法 • 脂肪酸、氨和氢直接在催化剂上反应的：
catalyst
R C O O H + N H 3 + 2 H 2
R C H 2 N H 2+ 2 H 2 O
2.6 阳离子表面活性剂 (Cationic surfactants)
2020/4/18
• 阳离子表面活性剂的疏水基结构和阴离子 表面活性剂相似，且疏水基和亲水基的连 接方式也相似，一种是亲水基直接连在疏 水基上，另一种是亲水基通过酯、酰胺、 醚键等形式与疏水基间接相连，所不同的 是阳离子表面活性剂溶于水时，其亲水基 带正电荷。
2020/4/18
2.6.1阳离子表面活性剂的应用特点 • ①不适用于洗涤 • 一般纤维织物和固体表面均带有负电荷，当使用阳离子
表面活性剂时，它吸附在基质和水的表面上，由于阳离 子表面活性剂与基质间具有强烈的静电引力，亲油基朝 向水相，使基质疏水，因此，不适用于洗涤；
2020/4/18
H 2O
• 注意：制备条件与伯胺的区别
2020/4/18
②脂肪腈法fatty nitrile
首先将脂肪腈在低温下转化为伯胺，然后在铜铬催化剂 下脱氢，得到仲胺。
RCN +2H2 Cu-Cr
2RNH2
RCH2NH2 R2NH+NH3
2020/4/18
• ③卤代烷法 • alkylogen; alkyl halide; haloalkane • 卤代烷和氨在密闭的反应器中反应，主要产物为仲胺