两性表面活性剂的合成及性能表征

两性表面活性剂

两性表面活性剂，是指同时具有阴、阳两种离子性质的表面活性剂。从它的结构来看，与憎水基团相连接的既有阳离子，也有阴离子。其结构可表示如下：它是一种温和性的表面活性剂。两性表面活性剂分子与单一的阴离子型、阳离子型不同,在分子的一端同时存在有酸性基和碱性基。酸性基大都是羧基、磺酸基或磷酸基,碱性基则为胺基或季铵基,能与阴离子、非离子型表面活性剂混配,能耐酸、碱、盐以及碱土金属盐。

蛋黄里的卵磷脂是天然的两性表面活性剂。现在常用的人工合成两性表面活性剂，其阴离子部分大多是羧酸基，也有少数是磺酸基。其阳离子部分大多是胺盐或季胺盐。由胺盐构成阳离子部分的叫氨基酸型；由季胺盐构成

阳离子部分的叫甜菜碱型。

氨基酸型两性表面活性剂的水溶液呈碱性。如果在搅拌下，慢慢加入盐酸，变为中性时仍无变化。至微酸性时则生成沉淀。如果再加入盐酸至强酸性时，沉淀又溶解。这就说明，呈碱性时表现为，呈酸性时，表现为。但是，当阳离子性和阴离子性正好在平衡的等电点时，亲水性变小，就生成沉淀。

甜菜碱型两性表面活性剂，最大的特点是无论在酸性、中性或碱性的水溶液中都能溶解。即使在等电点时也无沉淀。此外，渗透力、去污力及抗静电等性能也较好。因此，是较好的、柔软剂。

等电点是指两性电解质在溶液中电离时，酸和碱的电离度相等时的状态。

其分子溶于水发生电离后，与亲油基相连的亲水基是同时带有阴阳两种电荷的。亲油基一般是长碳链烃基，亲水基中的阳离子都是由基或季铵基组成的，阴离子可以由羧基、磺酸基或磷酸基组成。实际应用的品种主要是氨基酸型和甜菜碱型两性表面活性剂，产量是表面活性剂中最小的。

两性表面活性剂通常具有良好的洗涤、分散、乳化、杀菌、柔软纤维和抗静电等性能，可用作织物整理助剂、染色助剂、钙皂分散剂、干洗表面活性剂和金属缓蚀剂等。但是，这类表面活性剂的价格较贵，实际应用范围较其他类型的表面活性剂小。

分子中的阴离子为羧基，阳离子为铵盐。这类表面活性剂随介质pH的变化而显示不同的表面活性，如十二烷基氨基丙酸(C12H25N+H2CH2CH2COO-)在氢氧化钠介质中可转变成十二烷基氨基丙酸钠(C12H25 NHCH2CH2COO-Na+),表现为能溶于水的阴离子表面活性剂。它在盐酸介质中可以转变成十二烷基氨基丙酸的盐酸盐〔(C12H25N+H2CH2CH2COOH)Cl-〕,表现为能溶于水的阳离子表面活性剂。若调节介质的pH,使阳电性和阴电性正好平衡,它就转变成内盐(C12H25N+H2CH2CH2C

OO-)，难溶于水而析出沉淀，此时的pH称为等电点。为了充分发挥氨基酸型两性表面活性剂的作用，必须在偏离等电点pH的水溶液中使用。制备氨基酸型两性表面活性剂常用的原料为高级脂肪伯胺、丙烯酸甲酯（见）、和等。

甜菜碱型分子中的阴离子为羧基，阳离子为季铵基。如烷基二甲基甜菜碱〔RN+(C H3)2CH2COO-〕，式中烃基R的碳原子数为12～18。与氨基酸型相比,甜菜碱型在酸性、中性或碱性介质中均能溶解于水，即使在等电点也不致产生沉淀，因而可以在任何pH的水溶液中使用。在酸性介质中，当等电点的pH更小时，表现为溶于水的阳离子表面活性剂〔【RN+(CH3)2CH2COOH】Cl-〕;在中性或碱性介质中,即与等电点pH相同或更大时,它均表现为能溶于水的两性表面活性剂，而不会表现为阴离子表面活性剂。两性表面活性剂只在酸性介质中与阴离子表面活性剂易成沉淀。在各种p H的介质中，它可与任何类型的表面活性剂配合使用。制备甜菜碱型两性表面活性剂常用的原料为烷基二甲基叔胺和氯乙酸钠等。

表面活性剂组成

表面活性剂分子结构具有两亲性：一端为亲水基团，另一端为憎水基团。

吸附性溶液中的：增加润湿性、乳化性、起泡性；

固体表面的吸附：非极性固体表面单层吸附，

极性固体表面可发生多层吸附

表面活性剂的结构传统观念上认为，表面活性剂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。随着对表面活性剂研究的深入，目前一般认为只要在较低浓度下能显著改变表（界）面性质或与此相关、由此派生的性质的物质，都可以划归表面活性剂范畴。

无论何种表面活性剂，其分子结构均由两部分构成。分子的一端为非极亲油的疏水基，有时也称为亲油基；分子的另一端为极性亲水的亲水基，有时也称为疏油基或形象地称为亲水头。两类结构与性能截然相反的分子碎片或基团分处于同一分子的两端并以化学键相连接，形成了一种不对称的、极性的结构，因而赋予了该类特殊分子既亲水、又亲油，便又不是整体亲水或亲油的特性。表面活性剂的这种特有结构通常称之为“双亲结构”（amphiphilic structure），表面活性剂分子因而也常被称作“双亲分子”。

根据所需要的性质和具体应用场合不同，有时要求表面活性剂具有不同的亲水亲油结构和相对密度。通过变换亲水基或亲油基种类、所占份额及在分子结构中的位置，可以达到所需亲水亲油平衡的目的。经过多年研究和生产，已派生出许多表面活性剂种类，每一种类又包含众多品种，给识别和挑选某个具体品种带来困难。因此，必须对成千上万种表面活性剂作一科学分类，才有利于进一步研究和生产新品种，并为筛选、应用表面活性剂提供便利。

表面活性剂的分类

表面活性剂的分类方法很多，根据疏水基结构进行分类，分直链、支链、芳香链、含氟长链等；根据亲水基进行分类，分为羧酸盐、硫酸盐、季铵盐、PEO衍生物、内酯等；有些研究者根据其分子构成的离子性分成离子型、非离子型等，还有根据其水溶性、化学结构特征、原料来源等各种分类方法。但是众多分类方法都有其局限性，很难将表面活性剂合适定位，并在概念内涵上不发生重叠。

人们一般都认为按照它的化学结构来分比较合适。即当表面活性剂溶解于水后，根据是否生成离子及其电性，分为离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂。

按极性基团的解离性质分类

1、阴离子表面活性剂：硬脂酸，十二烷基苯磺酸钠

2、阳离子表面活性剂：季铵化物

3、：卵磷脂，氨基酸型，型

4、：甘油酯，脂肪酸山梨坦（），聚山梨酯（吐温）

阴离子表面活性剂1、肥皂类系高级脂肪酸的盐，通式: (RCOOˉ)n M。脂肪酸烃R一般为11~17个碳的长链，常见有硬脂酸、、。根据M代表的物质不同，又可分为皂、碱土金属皂和有机胺皂。它们均有良好的乳化性能和分散油的能力。但易被破坏，碱金属皂还可被钙、镁盐破坏，电解质亦可使之盐析。碱金属皂：O/W 碱土金属皂：W/O 有机胺皂：皂

2、硫酸化物RO-SO3-M

主要是硫酸化油和硫酸酯类。脂肪烃链R在12~18个碳之间。

硫酸化油的代表是硫酸化蓖麻油，俗称土耳其红油。

高级脂肪醇硫酸酯类有十二烷基硫酸钠（SDS、月桂醇硫酸钠）

乳化性很强，且较稳定，较耐酸和钙、镁盐。在上可与一些高分子阳离子药物产生沉淀，对粘膜有一定刺激性，用作外用软膏的乳化剂，也用于等固体制剂的润湿或增溶。

3、磺酸化物R-SO3 - M

属于这类的有脂肪族磺酸化物、烷基芳基磺酸化物和烷基萘磺酸化物。它们的水溶性和耐酸耐钙、镁盐性比硫酸化物稍差，但在酸性溶液中不易水解。

常用品种有：二辛基琥珀酸磺酸钠（阿洛索-OT），十二烷基苯磺酸钠，甘胆酸钠

阳离子表面活性剂该类表面活性剂起作用的部分是阳离子，因此称为阳性皂。其分子结构主要部分是一个五价氮原子，所以也称为季铵化合物。其特点是水溶性大，在酸性与溶液中较稳定，具有良好的表面活性作用和杀菌作用。

常用品种有苯扎氯铵(洁尔灭)和苯扎溴铵(新洁尔灭)等。

两性离子表面活性剂