季铵盐表面活性剂研究(开题报告)

毕业设计（论文）开题报告题目季铵盐表面活性剂研究专业名称应用化学

班级学号xxxxxxxx

学生姓名xxx

指导教师xxx

填表日期xxxx 年xx 月xx 日

一、选题的依据及意义：

近年来，季铵盐类阳离子表面活性剂的品种开发和产品应用都得到了较快发展。随着阳离子表面活性剂在工业各领域内日益广泛的应用，对其性能也提出了更多、更高、更为具体的要求，促使对表面活性剂的合成进行更为深入的研究。

双季铵盐类表面活性剂是一类新型的表面活性剂，与单季铵盐阳离子表面活性剂具有相近的性能及相同的应用范围。由于双季铵盐表面活性剂中含有两个锡氮原子，在金属、塑料、织物、矿石上具有更强的成键能力和吸附作用，与非离子及两性表面活性剂的复配性能也得到进一步的改善，而且水溶性也明显加强，所以，双季按盐类阳离子表面活性剂在沥青乳化、矿石浮选、纤维织物整理、金属加工等行业已得到广泛的应用。

有人曾介绍了以脂肪伯胺与环氧氯丙烷及三甲胺反应制备单烷基双季铵盐以及脂肪叔胺与环氧氯丙烷反应制备双烷基双季铵盐的方法。在此基础上，又研究了以脂肪胺与丙烯睛及氯甲烷反应制备单烷基双季按盐的工艺，以期得到制取双季按盐更为经济实用的方法。

季铵盐类表面活性剂除具有表面活性剂的表面吸附、降低表面张力及在溶液中聚集等基本特性外，还具有抑制和杀灭微生物等生物效应，因此该类表面活性剂发展的初期主要用作杀菌剂。季铵型表面活性剂的杀菌机制主要通过正离子头基吸附在负电荷的细菌表面，改变细菌细胞壁的通透性来完成的；此外，其吸附到细菌体表面后，有利于疏水基与亲水基分别深入菌体细胞的类脂层与蛋白层，导致酶失去活性和蛋白质变性[1]。由于上述这两种作用的联合效应，使得季铵型表面活性剂具有较强的杀菌能力。

目前，我国常用的季铵盐杀菌剂主要有十二烷基苄基氯化铵(洁而灭或1227)、新洁尔灭以及它们的复合产品，这些都是单头基烷烃链季铵盐。它们在循环冷却水处理过程中虽然起到了较好的作用，但是随着时间的推移和技术的进步，其不足之处也显现出来:细菌容易对其产生抗药性，使用剂量大(100mg/L以上)，费用高，并且在使用时泡沫多，不易清除等[2-3]。

Gemini(双子)季铵盐表面活性剂包含两个或两个以上的疏水基团和亲水基团，与单季铵型表面活性剂相比，Gemini季铵型表面活性剂具有许多优良的理化性能[4]：更有效地降低表面张力、优良的润湿性、强的洗涤去污能力、较高的生物安全性、很好的耐温稳定性等。尤其是含有多烷基、杂环类的季铵盐表面活性剂更有许多特殊的性能[5-6]：多烷基季铵盐表面活性剂具有较单烷烃链表面活性剂高得多的表面活性，与烷烃链具有相同碳原子数的普通表面活性剂相比，表征其降低表面张力能力的值要低2-3个数量级，而且具有较好的杀菌性能；杂环类表面活性剂因其自身的特殊结构，有些具有很好的杀菌性和生物降解性。

目前双子热己席卷欧美、亚洲，各国竞相投入人力、财力进行研究开发。我国在Gemini型表面活性剂方面的研究起步较晚，近三年主要集中在对季铵盐型双子表面活性剂的研究[7-8]。这些新型的双子季铵盐表面活性剂具有更好的表面活性、杀菌性、润湿性、生物安全性、耐温稳定性等优点。它们的合成和结构性能研究丰富了Gemini的门类，对于解释构效关系有重要的理论探讨价值。同时研究的直接成果可以为石油工业和其它行业提供兼备表面活性、杀菌性、缓蚀性的多功能外加剂，具有很好的应用价值。在全世界的共同努力下，双季铵盐一定会有更好的发展。

二、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）：

（一）有关季铵盐的合成

1991年Menger等首先合成了由刚性基连接的双离子头基表面活性剂[9]，并命名为Geminis(双子星座)，形象的表述了此类表面活性剂的结构特征。Rosen小组采纳了Gemini的命名，并系统合成和研究了氧乙烯及氧丙烯柔性基团连接的Gemini表面活性剂[10]。之后，人们才真正系统的开展了这方面的研究工作。

从已报导的文献来看[11]，疏水基团和亲水基团都可能多于两个，连接基团也可能多于一个；有长链的柔性结构，如聚亚甲基;也有短链结构和刚性结构，如含1-2个碳原子的亚烷基和对苯二亚甲基链；有疏水的非极性链，如脂肪族和芳香族碳氢链等，也有亲水的极性链，如聚氧乙烯醚链等。

有关阳离子型Gemini表面活性剂的合成、性能、应用方面研究的文献报导最多，几乎占了三分之二，主要是双季铵盐型，也有少数几种其它类型[12-18]。总的来说，阳离子型Gemini表面活性剂合成条件较苛刻，尽管产品性能优良，但由于成本太高，用户还难以接受，大多数还只是实验阶段产品或仅供科研使用，离大规模工业化还有一段距离;阴离子型Gemini表面活性剂种类较多，并已有工业化产品供应。从已报导的化合物结构来看，主要为磷酸酷盐、磺酸盐、硫酸醋盐类[19-23]；磷酸酯盐类化合物与天然磷脂有类似结构(天然磷脂具有双联单极性头结构)，易形成反相胶束、囊泡等缔合结构，有望在生命科学、药物载体研究方面得到应用，它们的合成开发引起了人们的重视。磺酸盐及硫酸酷类产品水溶性好，原料来源广，因此该类产品有可能最先实现工业化生产，以满足日化行业及工业中的应用需求。非离子型结构较多，但具体构型不多，只有两大类：一是糖的衍生物[24-25]，二是醇醚、酚醚型[26-28]。糖的衍生物合成路线较长、收率低、成分复杂，所用试剂昂贵，虽然是一种绿色环保型产品，但上述问题得不到解决，难以实现工业化生产。醇醚、酚醚产品已有工业化产品供应，但其中联接基为炔基的产品价

格昂贵，且浊点低，溶解性不好，只适合用于高档涂料、农药等，难以大规模应用，其应用前景还有待进一步研究。

两性离子型Gemini表面活性剂报道的较少，主要有咪啤琳类和甜菜碱类。例如早期合成的一种咪哇琳柔软剂[29]，它既有柔软作用，又有洗涤作用，合成较复杂。近年来岳可芬[30]等人合成了一种简单的咪哇琳表面活性剂，因为咪吟琳生物降解性好，具有一定的杀菌性和缓蚀性，很值得进一步研究;甜菜碱类Gemini表面活性剂与普通的甜菜碱表面活性剂有相似之处，Menger[31]合成过一种不对称型的甜菜碱类两性Gemini表面活性剂。

另外，关于三聚体、四聚体等低聚表面活性剂也有研究，不过随着聚集体数增大，合成更加困难，因而研究的很少。

国内对双子表面活性剂的研究是从90年代开始的，直到2001年以后才有相关的合成报道[32]。己报道合成的双子表面活性剂主要有：双季铵盐阳离子表面活性剂[33-34]、含脂基双季铵盐阳离子表面活性剂[35-36]、磺酸系双子表面活性剂[37]等。

目前国内外的双子表面活性剂的合成路线主要有以下三种：一是先设计一种适当的连接剂，然后将两个双亲体在头基处键合起来。如两个叔胺或其衍生物与双卤化物的反应[38-39]；

二是选择某种分子结构连接着两个亲水基的原料物质，引入两条疏水链即可。如

长链的卤代烷烃与四甲基乙二胺反应[40-41]：

三是以现成的表面活性剂为原料，通过活化反应或引入化学反应活化集团后，再与连接剂反应即可：