第五章阳离子表面活性剂详解
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第5章阳离子表面活性剂
特点：
杀菌性强、去污能力弱 抗静电性能良好 降低纤维表面静电摩擦系数（柔软整
理剂）
一、分类：胺盐型、季铵盐型、杂
环型、鎓盐型
二、性质：
1.溶解性：水溶性很好，随着烷基碳链
长度的增加水溶性下降，15碳以下的 表面活性剂易溶于水，15碳以上的水 溶性急剧下降。
2.克拉夫特点：
另一有效抗静电剂的结构为：
可以将其视为非离子化的阳离子。
三、其它阳离子表面活性剂 （一）、含氮原子环型胺盐 除直链含氮化合物外，一些环状含 氮化合物也可制成优良的阳离子表 面活性剂，代表性产品如下：
1．吡啶型胺盐 吡啶与C 2~18卤代烷，在130~150℃ 下反应，蒸馏除去水及未反应的吡啶， 即得到吡啶型胺盐. 例如，十六烷基氯化吡啶，十六烷基 溴化吡啶，可用作染色助剂和杀菌剂、 十八酰胺甲基氯吡啶是常用的纤维防水 剂，它是吡啶氯化物与十八酰胺反应后 再接甲醛的产物。
1．从伯、仲、叔胺制取季铵盐 制备工艺
这是一种应用最广的方法。反应在极 性溶剂(如水或酒精)中进行得较为迅 速。高产率，必须保证反应物不呈酸 性，因此要加入Na2CO3或K2CO3。
2.低级叔胺与卤代烷反应
如需在分子中引入芳基化合物，则可将 伯胺通过甲基化反应制得叔胺后，与氯化 苄反应即可得含有苄基的季铵盐。
CH 2CH 2OH C17H 33COOH + N CH 2CH 2OH CH 2CH 2OH + H 20
HCOOH
160～180
CH 2CH 2OH C17H33COOCH 2CH 2N CH 2CH 2OH CH 2CH 2OH CH 2CH 2OH . CH 3COOH
C17H33COOCH 2CH 2N
第5章_阳离子表面活性剂[表面活性剂化学-天大]
![第5章_阳离子表面活性剂[表面活性剂化学-天大]](https://img.taocdn.com/s3/m/86d9410da6c30c2259019ed6.png)
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
表面活性剂应用导论第5章阳离子表面活性剂
5.1 阳离子表面活性剂概述
②锍盐化合物
锍盐化合物可溶于水，具有除草、杀灭软体动物、
杀菌和杀真菌等作用，是有效的杀菌剂，而且对皮肤的
刺激小，因此使用性能优于传统的季铵盐化合物。
氧化锍衍生物是锍盐型阳离子表面活性剂中性能十
分优异的品种，它在阴离子洗涤剂和传统的松香皂配方
中均能保持良好的杀菌性。
R1
+
γ(0.01%溶液) 72.3 72.2 71.9 70.9 68.7 67.1 62.4 53.9 43.7 43.2 43.4 43.6
CH3
+ R N CH2
Cl-
CH3
①随着烷基碳链长度的 增加，表面活性剂的表 面张力逐渐下降。
表中： γ-表面张力，mN/m
5.2 阳离子表面活性剂的性质
(3)表面张力 分子结构相同时，表面张力与溶液的浓度有关:
季铵盐分子中所含的主要是吗啉环、 吡啶环、 咪 唑啉环、 哌嗪环、 喹啉环，等。
主要用作：
湿润剂、洗涤剂、杀菌剂、缓蚀剂、纤维柔软剂、 助染色剂、抗静电剂、分散剂、起泡剂，等。
5.3 几种阳离子表面活性剂
(4)含杂环的季铵盐 ①含有吗啉环的季铵盐
+ C16H33 N
O· HCl ·(SO3OCH3)-
Krafft点可以衡量表面活性剂的溶解性能。
5.2 阳离子表面活性剂的性质
(2)Krafft 温度点 ②Krafft点与成盐的配对阴离子的关系
如，配对阴离子对十六烷基吡啶Krafft点的影响：
+ C16H33 N
X-
配对阴离子X
Cl Br I
Krafft点/℃
17 28 45
按照 Cl、Br、I的次序，表 面活性剂的Krafft点温度升高， 由此可知，其溶解性能将按此 顺序依次降低。
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。
表面活性剂选论阳离子
性。 如十二烷基三甲基氯化铵：
由相应的胺用盐酸、醋酸等中和而得。 其中R=C12－C18，R1、R2=－CH3、－CH2CH3、－CH2CH2OH等，X为无机酸或有机酸。 反之，Krafft 点越低，说明该表面活性剂越容易溶解，溶解性能越好 十二烷基二甲基苄基溴(氯)化铵(1227) 如2－烷基－N－甲基咪唑啉硫酸甲酯盐： XCG SD-2系列咪唑啉阳离子表面活性剂具有优良的抑制金属腐蚀、良好的软化纤维和消除静电性能，还有优良的乳化、分散、起泡 、杀菌和高生物降解等性能。 由高级烷基胺和低级卤代烷反应制得 [C14H29－N+(CH3)3]•Cl－ R为C8－C22饱和或不饱和烷烃。 叔胺与氯甲烷反应便可制得烷基季铵盐阳离子表面活性剂 性质：易溶于水，呈透明溶液状 1）防水性和柔软平滑性：
70 50～75 52 26.7 16.1 0.85 0.48 0.10 0.096
84
75
81 74.5 74 62 72 52.6 54
带有C15以下烷基链的活性剂易溶于水，而C15以上的则水溶性 较低，难溶于水 单长链烷基季铵盐能溶于极性溶剂，但不溶于非极性溶剂 双长链烷基季铵盐几乎不溶于水，而溶于非极性溶剂 季铵盐的烷基含不饱和基团时，能增加它们的水溶性。
I
28
45
表面活性
[甲C醛14－H2甲9－酸N法随+合(C成H着3的)3部]•烷C分l－烷基基季碳铵盐链长度的增加，表面张力逐渐下降
由高级烷基胺和低级卤代烷反应制得
在酸性条件下，形成可溶于水的胺盐，具有表面活性，而在碱性条件下游离出胺，失去表面活性。
双长链烷基季铵盐几乎不溶于水，而溶于非极性溶剂
十二烷基二甲基苄基溴(氯)化铵(1227)
性能：
. R1
由相应的胺用盐酸、醋酸等中和而得。 其中R=C12－C18，R1、R2=－CH3、－CH2CH3、－CH2CH2OH等，X为无机酸或有机酸。 反之，Krafft 点越低，说明该表面活性剂越容易溶解，溶解性能越好 十二烷基二甲基苄基溴(氯)化铵(1227) 如2－烷基－N－甲基咪唑啉硫酸甲酯盐： XCG SD-2系列咪唑啉阳离子表面活性剂具有优良的抑制金属腐蚀、良好的软化纤维和消除静电性能，还有优良的乳化、分散、起泡 、杀菌和高生物降解等性能。 由高级烷基胺和低级卤代烷反应制得 [C14H29－N+(CH3)3]•Cl－ R为C8－C22饱和或不饱和烷烃。 叔胺与氯甲烷反应便可制得烷基季铵盐阳离子表面活性剂 性质：易溶于水，呈透明溶液状 1）防水性和柔软平滑性：
70 50～75 52 26.7 16.1 0.85 0.48 0.10 0.096
84
75
81 74.5 74 62 72 52.6 54
带有C15以下烷基链的活性剂易溶于水，而C15以上的则水溶性 较低，难溶于水 单长链烷基季铵盐能溶于极性溶剂，但不溶于非极性溶剂 双长链烷基季铵盐几乎不溶于水，而溶于非极性溶剂 季铵盐的烷基含不饱和基团时，能增加它们的水溶性。
I
28
45
表面活性
[甲C醛14－H2甲9－酸N法随+合(C成H着3的)3部]•烷C分l－烷基基季碳铵盐链长度的增加，表面张力逐渐下降
由高级烷基胺和低级卤代烷反应制得
在酸性条件下，形成可溶于水的胺盐，具有表面活性，而在碱性条件下游离出胺，失去表面活性。
双长链烷基季铵盐几乎不溶于水，而溶于非极性溶剂
十二烷基二甲基苄基溴(氯)化铵(1227)
性能：
. R1
阳离子表面活性剂的分类
中的环烷酸盐和磺化油等。
这类表面活性剂具有较高的表面 活性和稳定性，因此广泛应用于 工业清洗、农药和石油开采等领
域。
然而，石油来源的阳离子表面活 性剂对环境的影响较大，且资源
有限。
合成阳离子表面活性剂
合成阳离子表面活性剂是通过化学合成方法制备的，如十二烷基二甲基苄基氯化铵 和十六烷基三甲基溴化铵等。
杀菌性
由于季铵盐具有杀菌作用，季铵盐型 阳离子表面活性剂通常具有一定的抗 菌性能。
刺激性
季铵盐型阳离子表面活性剂对皮肤的 刺激性相对较大，使用时需谨慎。
稳定性
季铵盐型阳离子表面活性剂具有较好 的热稳定性和化学稳定性。
04 应用领域
天然阳离子表面活性剂的应用领域
天然阳离子表面活性剂主要来源于动植物提取物，如胆汁酸 盐、蛋白质等。它们在食品、化妆品和制药等领域有广泛应 用，如乳化剂、发泡剂和润湿剂等。
按亲油基分类
烃基阳离子表面活性剂
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
含氮阳离子表面活性剂
亲油基为烃基，如长链烷基季铵盐。
亲油基含有氮原子，如咪唑啉季铵盐。
含氧阳离子表面活性剂
亲油基含有氧原子，如醚基季铵盐。
按阳离子类型分类
单链阳离子表面活性剂
分子中只有一个阳离子基团，如氯化胆碱。
双链阳离子表面活性剂
分子中含有两个阳离子基团，如二甲基二烯丙基氯化铵。
阳离子表面活性剂的分 类
目录
Contents
• 分类依据 • 具体分类 • 各类阳离子表面活性剂的特点 • 应用领域 • 发展趋势与展望
01 分类依据
按来源分类
天然阳离子表面活性剂
来源于自然界，如植物、动物或矿物 中的天然成分，如胆汁酸盐、皂角苷 等。
这类表面活性剂具有较高的表面 活性和稳定性，因此广泛应用于 工业清洗、农药和石油开采等领
域。
然而，石油来源的阳离子表面活 性剂对环境的影响较大，且资源
有限。
合成阳离子表面活性剂
合成阳离子表面活性剂是通过化学合成方法制备的，如十二烷基二甲基苄基氯化铵 和十六烷基三甲基溴化铵等。
杀菌性
由于季铵盐具有杀菌作用，季铵盐型 阳离子表面活性剂通常具有一定的抗 菌性能。
刺激性
季铵盐型阳离子表面活性剂对皮肤的 刺激性相对较大，使用时需谨慎。
稳定性
季铵盐型阳离子表面活性剂具有较好 的热稳定性和化学稳定性。
04 应用领域
天然阳离子表面活性剂的应用领域
天然阳离子表面活性剂主要来源于动植物提取物，如胆汁酸 盐、蛋白质等。它们在食品、化妆品和制药等领域有广泛应 用，如乳化剂、发泡剂和润湿剂等。
按亲油基分类
烃基阳离子表面活性剂
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
含氮阳离子表面活性剂
亲油基为烃基，如长链烷基季铵盐。
亲油基含有氮原子，如咪唑啉季铵盐。
含氧阳离子表面活性剂
亲油基含有氧原子，如醚基季铵盐。
按阳离子类型分类
单链阳离子表面活性剂
分子中只有一个阳离子基团，如氯化胆碱。
双链阳离子表面活性剂
分子中含有两个阳离子基团，如二甲基二烯丙基氯化铵。
阳离子表面活性剂的分 类
目录
Contents
• 分类依据 • 具体分类 • 各类阳离子表面活性剂的特点 • 应用领域 • 发展趋势与展望
01 分类依据
按来源分类
天然阳离子表面活性剂
来源于自然界，如植物、动物或矿物 中的天然成分，如胆汁酸盐、皂角苷 等。
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。
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种具有很强的表面张力降低能力和良好的吸湿性能的化学物质，在日常生活和工业生产中广泛应用。
本文将从阳离子表面活性剂的定义、分类、特性、应用领域和安全性等方面进行详细介绍。
第一部分：阳离子表面活性剂的定义和分类阳离子表面活性剂是一类分子结构中带有正电荷的化合物，可以在溶液中形成静电吸附层，降低液体的表面张力。
按照它们的化学结构可以分为两大类：碱金属盐类（如三乙酰胺基甲基硫酸铵）和季铵盐类（如脂肪胺试剂）。
第二部分：阳离子表面活性剂的特性阳离子表面活性剂具有许多独特的特性，包括以下几个方面：1. 良好的溶解性：阳离子表面活性剂在水中具有良好的溶解性，能够形成稳定的溶液。
2. 表面张力降低能力：阳离子表面活性剂能够显著降低液体的表面张力，提高液体的渗透性和浸润性。
3. 吸湿性能：阳离子表面活性剂可以吸湿并保持适当的湿度，对于一些需要保持湿润环境的应用非常适用。
4. 胶团形成能力：阳离子表面活性剂能够与溶液中的一些离子或分子结合，形成胶团，起到稳定乳液和泡沫的作用。
5. 抗静电性能：阳离子表面活性剂可以在物体表面形成一层带正电荷的薄膜，减少或消除静电的产生和积聚。
第三部分：阳离子表面活性剂的应用领域阳离子表面活性剂在众多领域中得到了广泛的应用，包括但不限于以下几个方面：1. 日用化妆品：阳离子表面活性剂能够改善洗发水、香皂等护肤品的起泡性能和清洁能力。
2. 家庭清洁剂：阳离子表面活性剂在洗涤剂、洗衣粉、洗洁精等清洁剂中起到去污和增加泡沫的作用。
3. 工业清洗剂：阳离子表面活性剂在工业生产中被广泛用于清洗、去污、除垢等工序。
4. 石油行业：阳离子表面活性剂在石油开采中可以用于增驱、减阻和降低黏度。
5. 医药制造：阳离子表面活性剂可以用于药物输送系统的制备和肝素等药物的稳定。
第四部分：阳离子表面活性剂的安全性阳离子表面活性剂在正确使用下是安全的，但其过量使用和不当使用可能会对环境和人体健康造成一定影响。
第5章阳离子表面活性剂
15 16.1 74
16
17
18
19 0.096 54
0.85 0.48 0.10 62 72 52.6
• 带有C15以下烷基链的活性剂易溶于水，而C15以上的则水溶 性较低，难溶于水
• 单长链烷基季铵盐能溶于极性溶剂，但不溶于非极性溶剂
• 双长链烷基季铵盐几乎不溶于水，而溶于非极性溶剂 • 季铵盐的烷基含不饱和基团时，能增加它们的水溶性。
表5-5 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（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
5.1.2.4 临界胶束浓度
5.2.1.2 高级烷基胺与低级卤代烷反应
•由高级脂肪族伯胺与氯甲烷反应先生成叔胺，再进一步经季
铵化反应得到季铵盐
C12H25NH2
+ 2CH3Cl + 2NaOH
CH3 CH3 加热 + CH3Cl 加压
C12H25
N
CH3 CH3
+ 2NaCl + 2H2O
Cl-
C12H25
N
C12H25
CH3 + N CH3 CH3
RCOOH
NH3 H2O 360℃ H2O 360℃
RCOONH4
RCONH2
RCN
RCN + 2H2
150℃，136大气压 莫尼镍催化加氢
RCH2NH2
CH3 CH3 + 2CO2 + 2H2O
RNH2 + 2HCHO + 2HCOOH
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。
阳离子型表面活性剂
阳离子型表面活性剂
阳离子型表面活性剂是一种重要的表面活性剂，它以有机离子为依托，具有良好的溶剂能力、多种应用、易于制备、低毒性等特点，用于洗涤、
助剂、乳化剂等。
阳离子型表面活性剂一般由有机离子和非离子构成，根据其离子类型
可分为甘氨酸酯类、丙二酸酯类、芳基磺酸酯类、磺基脂类、磷酸酯类、
聚氧乙烯醚类、含氯醇类等几大类。
甘氨酸酯类是最常用的表面活性剂，它们具有较强的乳化性能，用于
制备各种洗涤剂、化妆品、护肤品和肥皂等。
丙二酸酯类表面活性剂具有
良好的渗透性、抗烧蚀和乳化作用，可用于各类洗涤剂。
芳基磺酸酯类表
面活性剂具有优异的抗烧蚀性，用于制备金属表面处理剂、洗涤剂和织物
家纺处理剂。
磺基脂类表面活性剂具有良好的抗菌、抗污染、抗烧蚀和渗
透性，用于制备抗污染的洗涤剂和乳化剂。
磷酸酯类表面活性剂具有良好
的渗透性和抗烧蚀性，应用于洗涤剂、护发素、化妆品和护肤品等领域。
聚氧乙烯醚类表面活性剂具有优异的乳化性和防腐性，可用于乳化剂、印
染助剂、针织助剂等领域。
含氯醇类表面活性剂有良好的抗菌性，用于抗
菌洗涤。
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具有其它原子且呈环状结构的化合物。 这类表面活性剂有： 吗啉环、吡啶环、咪唑环、哌嗪环、喹啉环
N R
R N
XR1 N R2
Cl
5.1.1.4 鎓盐型
鎓盐类阳离子表面活性性剂是指季铵盐阳离子表面活性剂 中的N原子被替代为其它可携带正电荷的元素如：P、As、 S、I 等时的表面活性剂。
R1 C12H25 P BrR3 S R2 XI H X-
§5.1.1 阳离子表面活性剂的分类
按化学结构分为： 1、胺盐型 RH2●HCl 2、季铵盐型 R-N（CH3）3Cl 3、杂环型 4、鎓盐型
R-NH2· HCl 伯胺盐 CH3 | 5.1.1.1 R-N-HCl 仲胺盐 | 胺盐型 H CH3 | R-N-HCl 叔胺盐 | CH3 该类产物是盐酸的盐，在酸性条件下具有表面活性，在碱 性条件下，胺游离出来而失去表面活性，因面使它的使用 受到限制。
5.2.1.2 高级烷基叔胺与低级卤 代烷的反应
CH3 C1 2H2 5 N CH3
+ CH3 Cl X-
加热 加压
CH3 C1 2H2 5 N + CH3
.X
Cl- 氯
CH3
DT 乳胶防粘剂
十二烷基三甲基氯化铵
CH3 C1 6H3 3 N CH3
CH3
+ CH3 Cl X-
石油醚溶剂
加压 80oC 1h
5.1.1.2 季铵盐型
R1 | R2-N+-CH3 X| R3
季铵盐
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。
5.1.1.3 杂环型
杂环类阳离子表面活性剂分子中，除碳、氢原子外，还
+ CH3 X Cl
CH3
石油醚溶剂 加压 80oC 1h
C1 6H3 3
N
+
CH3
.X
CH3
5.2.2
含杂原子的季铵盐
1 含氧原子，醚键，酯键，酰胺键 2 含氮原子，氮原子 3 含硫原子，硫醚键
O
N
S
N
5.2.3 含苯环的季铵盐
Cl
N
N
5.2.5 长链烷基胺盐型 1.长链烷基伯胺盐： RNH2+HCl→RNH2·HCl 2.长链烷基仲胺盐： 环丙烷 3.长链烷基叔胺盐： N（EtOH）3
O R C O N H4
H2 O 360 o C H2 O 360 o C
RC N
+2 H 2
150o C,1.38x 107 Pa
莫尼镍催化加氢
R C H2 N H2
O
O
RNH 2
+
2H C H
+ 2H
C OH
R N CH3 CH3
甲醇溶剂
加热
+ 2 C O2
+2 H 2O
CH3 C1 6H3 3 N CH3
第五章 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合成 §5.3 阳离子表面活性剂的应用
本章重点
1、掌握阳离子表面活性剂的基本性质 2、掌握阳离子表面活性剂的合成方法 3、了解阳离子表面活性剂的应用
阳离子表面活性剂正好与阴离子表面活性剂结构相反。
如图其亲水基一端是阳离子，故称阳离子表面活性剂，
杀虫剂、杀菌剂、阻燃剂
5.1.2 阳离子表面活性剂的性质 1. 溶解性
随着碳链长度的增加，其水溶性呈下降趋势 烷基链上有亲水基团或不饱和基团，水溶性增加 R1 | -N+-CH3 X| R3
季铵盐
2. Krafft 温度点
离子型表面活性剂在低 温时溶度较低，随着温 度升高到某一温度后其
溶解度迅速增加，这个
CH3
水介质
CH3 C1 2H2 5 N + CH3
C1 2H2 5 X + N CH3
CH3
.X
Br 溴
-
60-80oC
CH3
表活剂 1231-Br
十二烷基三甲基溴化铵
CH3 C1 6H3 3 X + N CH3
十六烷基三甲基溴化铵
CH3 CH3
醇介质
回流
C1 6H3 3
N
+
CH3
.X
CH3
表活剂 1631-Br
疏水基与阴离子类似为不同碳原子数的碳氢链。
1928年，阳离子表面活性剂开始应用，当时用作杀菌剂。
这类表面活性剂的产量增长较快，品种发展迅速，
应用范围口益广泛: 杀菌剂、腈纶匀染剂、纤维柔软剂、抗静电剂、浮选剂 目前阳离子表面活性剂的产量还比较小，但其增长速度 要比阴离子和非离子大得多。
§5.1 阳离子表面活性剂概述 §5.1.1 阳离子表面活性剂的分类 §5.1.2 阳离子表面活性剂的性质
C1 6H3 3
N
+
CH3
.X
CH3
十六烷基三甲基氯化铵 CTAC 纤维柔软剂
5.2.1.3
甲醛-甲酸法
制备二甲基烷基胺的最古老的方 法(20世纪60年代苏联开发），这种方 法工艺简单，成本低廉，因此在工业上 得到广泛的应用，占有重要的地位，但 产品质量略差。
O R C OH
O R C
N H2
H H3 N
温度即Krafft点。 （1）Krafft点越高，该表面活性剂越难溶，溶解度越低。 （2）阳离子表面活性剂疏水性碳链增长，溶解度越低， Krafft点越高。
3. 表面活性
1. 随烷基链碳氢链增长， 其表面张力逐渐下降。 碳链增长，疏水性和非极性增强，表面 张力下降，表面活性增强。
4.临界胶束浓度
1. 随烷基链碳氢链增长， 其CMC逐渐下降。
5.2.6 其它阳离子表面活性剂
（1）吡啶型胺盐 吡啶与C2-18卤代烷，在130-150℃下反应，蒸 馏除去未反应的吡啶，即得到吡啶型胺盐。
该类产品在常温下为黑色油状或膏状物， 且稍有臭味，不能用于洗涤品.
5.3 阳离子表面活性剂的应用
δ
+
δ
-
R1 R2 R
R1 N + R2
亲核取代反应
R X + :N R3
.X
R3
1. 卤离子的影响 2. 烷基链的影响
R-I > R-Br > R-Cl 烷基链越长卤代烷的活性越弱
3.叔胺的碱性越强，亲核活性越大，越容易反应。 4.叔胺上存在较大烷基链时，空间位阻作用，季铵化 反应不利。
高级卤代烷与低级叔胺
碳链增长，表面活性增强，CMC降低。
5.2 阳离子表面活性剂的合成
5. 2. 1 烷基季铵盐 反应机理：N-烷基化反应—季铵化反应
CH 3
C 16 H 33
N
+
CH 3
.X
CH 3
合成方法 由高级卤代烷与低级叔胺反应制得
由高级烷基胺和低级卤代烷反应制得
通过甲醛-甲酸法制得。
5.2.1.1 高级卤代烷与低级叔胺的反应
N R
R N
XR1 N R2
Cl
5.1.1.4 鎓盐型
鎓盐类阳离子表面活性性剂是指季铵盐阳离子表面活性剂 中的N原子被替代为其它可携带正电荷的元素如：P、As、 S、I 等时的表面活性剂。
R1 C12H25 P BrR3 S R2 XI H X-
§5.1.1 阳离子表面活性剂的分类
按化学结构分为： 1、胺盐型 RH2●HCl 2、季铵盐型 R-N（CH3）3Cl 3、杂环型 4、鎓盐型
R-NH2· HCl 伯胺盐 CH3 | 5.1.1.1 R-N-HCl 仲胺盐 | 胺盐型 H CH3 | R-N-HCl 叔胺盐 | CH3 该类产物是盐酸的盐，在酸性条件下具有表面活性，在碱 性条件下，胺游离出来而失去表面活性，因面使它的使用 受到限制。
5.2.1.2 高级烷基叔胺与低级卤 代烷的反应
CH3 C1 2H2 5 N CH3
+ CH3 Cl X-
加热 加压
CH3 C1 2H2 5 N + CH3
.X
Cl- 氯
CH3
DT 乳胶防粘剂
十二烷基三甲基氯化铵
CH3 C1 6H3 3 N CH3
CH3
+ CH3 Cl X-
石油醚溶剂
加压 80oC 1h
5.1.1.2 季铵盐型
R1 | R2-N+-CH3 X| R3
季铵盐
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。
5.1.1.3 杂环型
杂环类阳离子表面活性剂分子中，除碳、氢原子外，还
+ CH3 X Cl
CH3
石油醚溶剂 加压 80oC 1h
C1 6H3 3
N
+
CH3
.X
CH3
5.2.2
含杂原子的季铵盐
1 含氧原子，醚键，酯键，酰胺键 2 含氮原子，氮原子 3 含硫原子，硫醚键
O
N
S
N
5.2.3 含苯环的季铵盐
Cl
N
N
5.2.5 长链烷基胺盐型 1.长链烷基伯胺盐： RNH2+HCl→RNH2·HCl 2.长链烷基仲胺盐： 环丙烷 3.长链烷基叔胺盐： N（EtOH）3
O R C O N H4
H2 O 360 o C H2 O 360 o C
RC N
+2 H 2
150o C,1.38x 107 Pa
莫尼镍催化加氢
R C H2 N H2
O
O
RNH 2
+
2H C H
+ 2H
C OH
R N CH3 CH3
甲醇溶剂
加热
+ 2 C O2
+2 H 2O
CH3 C1 6H3 3 N CH3
第五章 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合成 §5.3 阳离子表面活性剂的应用
本章重点
1、掌握阳离子表面活性剂的基本性质 2、掌握阳离子表面活性剂的合成方法 3、了解阳离子表面活性剂的应用
阳离子表面活性剂正好与阴离子表面活性剂结构相反。
如图其亲水基一端是阳离子，故称阳离子表面活性剂，
杀虫剂、杀菌剂、阻燃剂
5.1.2 阳离子表面活性剂的性质 1. 溶解性
随着碳链长度的增加，其水溶性呈下降趋势 烷基链上有亲水基团或不饱和基团，水溶性增加 R1 | -N+-CH3 X| R3
季铵盐
2. Krafft 温度点
离子型表面活性剂在低 温时溶度较低，随着温 度升高到某一温度后其
溶解度迅速增加，这个
CH3
水介质
CH3 C1 2H2 5 N + CH3
C1 2H2 5 X + N CH3
CH3
.X
Br 溴
-
60-80oC
CH3
表活剂 1231-Br
十二烷基三甲基溴化铵
CH3 C1 6H3 3 X + N CH3
十六烷基三甲基溴化铵
CH3 CH3
醇介质
回流
C1 6H3 3
N
+
CH3
.X
CH3
表活剂 1631-Br
疏水基与阴离子类似为不同碳原子数的碳氢链。
1928年，阳离子表面活性剂开始应用，当时用作杀菌剂。
这类表面活性剂的产量增长较快，品种发展迅速，
应用范围口益广泛: 杀菌剂、腈纶匀染剂、纤维柔软剂、抗静电剂、浮选剂 目前阳离子表面活性剂的产量还比较小，但其增长速度 要比阴离子和非离子大得多。
§5.1 阳离子表面活性剂概述 §5.1.1 阳离子表面活性剂的分类 §5.1.2 阳离子表面活性剂的性质
C1 6H3 3
N
+
CH3
.X
CH3
十六烷基三甲基氯化铵 CTAC 纤维柔软剂
5.2.1.3
甲醛-甲酸法
制备二甲基烷基胺的最古老的方 法(20世纪60年代苏联开发），这种方 法工艺简单，成本低廉，因此在工业上 得到广泛的应用，占有重要的地位，但 产品质量略差。
O R C OH
O R C
N H2
H H3 N
温度即Krafft点。 （1）Krafft点越高，该表面活性剂越难溶，溶解度越低。 （2）阳离子表面活性剂疏水性碳链增长，溶解度越低， Krafft点越高。
3. 表面活性
1. 随烷基链碳氢链增长， 其表面张力逐渐下降。 碳链增长，疏水性和非极性增强，表面 张力下降，表面活性增强。
4.临界胶束浓度
1. 随烷基链碳氢链增长， 其CMC逐渐下降。
5.2.6 其它阳离子表面活性剂
（1）吡啶型胺盐 吡啶与C2-18卤代烷，在130-150℃下反应，蒸 馏除去未反应的吡啶，即得到吡啶型胺盐。
该类产品在常温下为黑色油状或膏状物， 且稍有臭味，不能用于洗涤品.
5.3 阳离子表面活性剂的应用
δ
+
δ
-
R1 R2 R
R1 N + R2
亲核取代反应
R X + :N R3
.X
R3
1. 卤离子的影响 2. 烷基链的影响
R-I > R-Br > R-Cl 烷基链越长卤代烷的活性越弱
3.叔胺的碱性越强，亲核活性越大，越容易反应。 4.叔胺上存在较大烷基链时，空间位阻作用，季铵化 反应不利。
高级卤代烷与低级叔胺
碳链增长，表面活性增强，CMC降低。
5.2 阳离子表面活性剂的合成
5. 2. 1 烷基季铵盐 反应机理：N-烷基化反应—季铵化反应
CH 3
C 16 H 33
N
+
CH 3
.X
CH 3
合成方法 由高级卤代烷与低级叔胺反应制得
由高级烷基胺和低级卤代烷反应制得
通过甲醛-甲酸法制得。
5.2.1.1 高级卤代烷与低级叔胺的反应