阳离子表面活性剂 ppt课件
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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。
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
• 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。
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
电荷相斥
电荷相吸
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
202Fra Baidu bibliotek/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
• 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
• 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
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
（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
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
• 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
R 2N H+2H 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
(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
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
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• 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。
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
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。
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• 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。
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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；
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电荷相斥
电荷相吸
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
202Fra Baidu bibliotek/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
• 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
• 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
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
（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
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
• 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
R 2N H+2H 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
(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
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