阴离子表面活性剂

阴离子表面活性剂

材料与化学工程系化学工程与工艺0901班

表面活性剂的历史

表面活性剂和合成洗涤剂形成一门工业得追溯到本世纪30年代，以石油化工原料衍生的合成表面活性剂和洗涤剂打破了肥皂一统天下的局面。经过60余年的发展，1995年世界洗涤剂总产量达到4300万吨，其中肥皂900万吨。据专家预测，全世界人口从2000年到2050年将翻一番，洗涤剂总量将从5000万吨增加到12000万吨，净增1.4培，这是一个令人鼓舞的数字。

中国的表面活性剂和合成洗涤剂工业起始于50年代，尽管起步较晚，但发展较快。1995年洗涤用品总量已达到310万吨，仅次于美国，排名世界第二位。其中合成洗涤剂的生产量从1980年的40万吨上升到1995年的230万吨，净增4.7倍，并以年平均增长率大于10%的速度增长。据中国权威部门预测，2000年洗涤用品总量将达到360万吨，其中合成洗涤剂将达到65.5万吨。其中产量超万吨的表面活性剂品种计有：直链烷基苯磺酸钠（LAS）、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠（AES）、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵（AESA）、月桂醇硫酸钠（K12或SDS）、壬基酚聚氧乙烯（10）醚（TX-10）、平平加O、二乙醇酰胺（6501）硬脂酸甘油单酯、木质素磺酸盐、重烷基苯磺酸盐、烷基磺酸盐（石油磺酸盐）、扩散剂NNO、扩散剂MF、烷基聚醚（PO-EO共聚物）、脂肪醇聚氧乙烯（3）醚（AEO-3）等。

阴离子表面活性剂概述

阴离子表面活性剂在低温下较难溶解，随温度升高溶解度加大，溶解度达到极限时会析出表面活性剂的水合物。但是，水溶液加热至一定温度时，表面活性剂分子发生缔合，溶解度会急剧增大。

阴离子表面活性剂亲水基团的种类有局限，而疏水基团可以由多种结构构成，故种类很多。阴离子表面活性剂一般具有良好的渗透、润湿、乳化、分散、增溶、起泡、抗静电和润滑等性能，用作洗涤剂有良好的去污能力

阴离子表面活性剂的分类及简介

1、磷酸酯盐

磷酸酯盐表面活性剂具有良好的乳化、分散、抗静电、洗涤和防锈性能，对酸、碱的稳定性好，易被生物降解，又由于它易溶于有机溶剂，故用途极为广泛。

磷酸酯盐阴离子表面活性剂可分为脂肪醇磷酸酯盐和脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯盐两类阴离子表面活性剂。

1．脂肪醇磷酸酯盐

脂肪醇磷酸酯盐有单酯盐和双酯盐两种，它们的化学通式分别为：

式中，R为烷基；M为一价正离子。

脂肪醇磷酸酯盐的制备方法有聚磷酸(五氧化二磷)法和三氯氧磷法。

聚磷酸法是由脂肪醇与聚磷酸反应，以碱中和制取：

三氯氧磷法是由脂肪醇与三氯氧磷进行反应，水解后以碱中和而制得：

中和反应使用的碱可以是氢氧化钠、氢氧化钾、三乙醇胺等。

脂肪醇磷酸酯盐的溶解性与疏水基的性质、脂肪醇链的长短、酯化程度及中和试剂密切相关。单脂肪醇磷酸酯盐的溶解性大于双脂肪醇磷酸酯盐的溶解性。单酯盐中，短链脂肪醇磷酸酯盐的溶解性大于长链脂肪醇磷酸酯盐的溶解性。不同的盐中，三乙醇胺盐的溶解性最大，其次是钾盐，钠盐最差。

脂肪醇磷酸酯盐的表面张力与疏水基的构型、酯化度有关。单脂肪醇磷酸酯盐的表面张力较双脂肪醇磷酸酯盐高得多。正构碳链磷酸酯盐的表面张力高于异构碳链的磷酸酯盐。碳链增大，表面张力下降。此外，单脂肪醇磷酸酯的一钠盐和二钠盐的表面张力相差很大。例如，单月桂醇磷酸酯一钠盐的表面张力为27．5mN／m，而其二钠盐的表面张力则为39．5mN ／m。

脂肪醇磷酸酯盐的起泡性能与脂肪醇链的长短有关，短链烷醇(如C7～C9烷醇)磷酸酯盐的起泡能力高于长链的C10～C18烷醇磷酸酯盐，但后者的泡沫稳定性较好。脂肪醇磷酸酯的一钠盐的起泡能力高于二钠盐，其原因是由于一钠盐的表面张力低，而二钠盐的表面张力

高导致的。

脂肪醇磷酸酯盐的洗涤性能与脂肪醇的碳链长短，正、异构情况，以及酯化度有关。对于单脂肪醇磷酸酯盐，无论其碳链长短如何，洗涤性能均较差。双脂肪醇磷酸酯盐的洗涤性能优于单脂肪醇磷酸酯盐。碳链为C10时，脂肪醇磷酸酯盐的洗涤性能最好。碳数相同时，支链多的脂肪醇磷酸酯盐的洗涤性能高于支链少的脂肪醇磷酸酯盐，正构的脂肪醇磷酸酯盐的洗涤性能最差。

在抗静电性能方面，短碳链脂肪醇磷酸酯盐的抗静电效果较好，单脂肪醇磷酸酯盐的抗静电性能优于双脂肪醇磷酸酯盐。

脂肪醇磷酸酯盐的化学稳定性高，在中性、微碱性、微酸性条件下，存放一年以上不变质，在强酸性介质中会发生水解生成磷酸酯非离子表面活性剂。

脂肪醇磷酸酯盐的生物降解优于烷基苯磺酸钠，劣于烷基硫酸钠。

脂肪醇磷酸酯盐的毒性与天然磷酸酯相似，毒性很小，对皮肤的刺激性也低于硫酸盐类和磺酸盐类阴离子表面活性剂。

脂肪醇磷酸酯盐广泛应用于工农业生产中。在纺织工业中，用于配制合成纤维油剂，用作染色助剂、乳化剂、抗静电剂。在金属加工中，用于配制金属切削油、拔丝油、压延油剂，可配成油溶性的和水溶性的乳液。在化妆品工业中，用于生产护肤品，用作喷发器喷嘴堵塞防止剂在洗涤工业中，用于制造各种洗涤剂，特别由于它易溶于有机溶剂，故可与溶剂配合，用作干洗洗涤剂。在农药工业中，用作农药乳化剂、肥料乳化剂。在造纸工业中，可用作废纸脱墨剂、涂料纸的涂层液的分散稳定剂。在化学工业中，用作乳液聚合用乳化剂。

2．脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯盐

脂肪醇聚氧乙烯醚与聚磷酸反应，生成脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯，再用碱中和，即得到脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯盐。同样，脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯盐有单酯盐和双酯盐，其结构式如下：

, ,

此外，还可以用烷基酚聚氧乙烯醚代替脂肪醇聚氧乙烯醚，可制得烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯盐。

中和试剂可采用氢氧化钾、氢氧化钠和三乙醇胺。

脂肪醇(或烷基酚)聚氧乙烯醚磷酸酯盐能溶于高浓度电解质溶液，耐强碱，抗静电性能也较脂肪醇磷酸酯盐好，但其平滑性能却较差。

其他性质与脂肪醇磷酸酯盐相似。

2、硫酸酯盐

分子中阴离子官能团为硫酸根的表面活性剂为硫酸酯盐型阴离子表面活性剂。硫酸酯盐表面活性剂可分为烷基硫酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐、甘油脂肪酸酯硫酸盐、硫酸化蓖麻酸钠、环烷硫酸钠、脂肪酰氨烷基硫酸钠等。

硫酸酯盐是阴离子表面活性剂中应用很广的一大类，具有良好的表面活性。

1．烷基硫酸盐

烷基硫酸盐的化学通式为ROS03M，式中M可以是Na、K、NH4、NH(CH2CH2OH)3，R 中的碳原子数为8～18。这类表面活性剂具有良好的起泡能力和洗涤性能，在硬水中稳定，其水溶液呈中性或微碱性，故主要用于洗涤剂中。

烷基硫酸盐是以脂肪醇经硫酸化后，以碱中和而制得。工业上脂肪醇可由油脂或脂肪酸酯通过氢化分解得到，也可由乙烯出发通过齐格勒反应制得，硫酸化剂可采用硫酸、氯磺酸、氨基磺酸、三氧化硫等。制备烷基硫酸盐的反应如下：