第6章 两性表面活性剂

第六章 两性表面活性剂
2013-8-4
表面活性剂化学
1
表面活性剂
1
阴离子型表面活性剂
离子型
2 3
阳离子型表面活性剂 两性表面活性剂
非离子型
2013-8-4
表面活性剂化学
2
6.1 两性表面活性剂概述
广义地说：所谓两性表面活性剂，是指同时具有两种离子 性质的表面活性剂。
2013-8-4
表面活性剂化学
N R
R
+ N N HOCH2CH2 CH2COOCH2CH2OH
表面活性剂化学 33
2013-8-4
6.3.6 氨基酸型的合成
1 高级脂肪胺 + 丙烯酸甲酯
R - NH2 + CH2=CHCOOCH3
NaOH R – N+H – CH2CH2 – COO – Na
2013-8-4
表面活性剂化学
34
2
C12H25NH2
C12H25
+ CH CHCH SO N
2 2 3
CH3
2013-8-4 表面活性剂化学
OH
25
用两种方法设计合成路线
CH3 C15H31NH2 C15H31 N CH3 CH2CH2CH2SO 3-
2013-8-4
表面活性剂化学
26
6.3.3 硫酸酯甜菜碱的合成
CH 3 + R N ( C H 2)n O S O 3 CH 3
表面活性剂化学
38
护发素
配方(重量%):咪唑啉型两性表面活性剂5.5,十 八烷基季铵氯化物1.0,硬脂酸甘油酯与聚乙二 醇(100)硬脂酸酯2.0,聚氧乙烯十六烷基醚-20 和十六一十八醇混合物1.0,水解动物蛋白3.0, 十八醇0.5,二甲基硅铜0.5,水86.5. 制法:将表面活性剂溶解于水中,并加热至60%, 其余部分加热至75℃在搅拌下把表面活性剂加 入到其余组份中.
2013-8-4 表面活性剂化学 7
甜菜碱型表面活性剂，加水能呈透明溶液，泡沫多
去污力好。可看成是两性表面活性剂的代表。 最大的特点是无论是在酸性、中性或碱性都易溶于水。 即使在等电点也无沉淀，且在任何pH值时均可使用。
甜菜碱型表面活性剂
2013-8-4
ห้องสมุดไป่ตู้
表面活性剂化学
8
2 咪唑啉型 具有其他表面活性剂
2013-8-4
表面活性剂化学
41
干洗洗涤剂
配方(重量%):N-[N-(羧乙基)-N-(羟乙基)氨基乙基] 十二烷酰胺钠盐20,聚(氧代丙烯)油基醚磷酸钠盐 20,硫代琥珀酸二油基钙盐20,聚(氧代乙烯)壬基苯 基醚40. 用1%以上的这种洗涤剂的全氯乙烯溶液洗涤毛 织物,可使织物具有极好的抗静电性和柔软感,无任 何残留气味. 轻型液体洗衣剂 配方(重量%):椰子油咪唑啉单羧衍生物钠盐15.0, 三聚磷酸钠3.0,磷酸三钠3.0,季胺盐杀菌剂(50% 活性)2.0,有机多价鳌合剂(30%)1.0,水76.0.
RCH2COOH + NH2CH2CH2NHCH2CH2OH 脱水 - H2O 2-烷基-N-羟基 咪唑啉 HEAI
氯乙酸钠
2013-8-4
表面活性剂化学
32
咪唑啉分别经氯乙基磺酸,2-羟基氯 丙基磺酸和磺酸环内酯等进行季铵 化可以制得咪唑啉磺酸盐型表面活 性剂.P148-P149
CH2COO-
+ N
2 高级脂肪胺 + 丙烯腈
R - NH2 + CH2=CHCN
NaOH
R – N+H – CH2CH2 – COO – Na
2013-8-4
表面活性剂化学
35
3 高级脂肪胺 + 氯乙酸钠
R - NH2 + ClCH2COONa
NaOH
R – N+H – CH2 – COO - Na
2013-8-4
3
通常所说的两性表面活性剂，是指由阴离子和阳离子所组
成的表面活性剂。换言之，单就两性表面活性剂结构来讲， 在亲水基一端既有阳离子(+)也有阴离子(-)。
2013-8-4
表面活性剂化学
4
6.1.1 两性表面活性剂的特性
1 具有等电点
2 可以和所有其他类型的表面活性剂复配
3 毒性低、对皮肤眼睛刺激性小
CH 3
C 12 H25 C H2 Cl
+ N C H2 C H2 O H CH 3
SO3 酯化
C12 H25
CH 2
CH3 + N CH2 CH2 OSO 3 CH3
2013-8-4
表面活性剂化学
29
3.伯胺与环氧乙烷反应,再经卤代烷季铵化, 三氧化硫酯化得到
CH2CH2 (CH2CH2O)mH R N (CH2CH2O)nH X (CH2CH2O)nH SO3 R
ClCH2CH2SO 3Na
CH3
+
ClCH2CH2SO3Na
R
N CH CH SO 2 2 3£ CH3
2013-8-4
表面活性剂化学
19
CH2CHCH2Cl O
+
NaHSO3
ClCH2CHCH2SO3Na OH
CH3 ClCH2CHCH3SO3Na OH
CH3 R N CH CHCH SO 2 2 3£ CH3 OH
叔胺
+
氯乙酸钠
2013-8-4
表面活性剂化学
17
2 卤代烷和氨基酸钠 3 卤代烷和氨基酸酯
4 α-溴代脂肪酸与叔胺
5 烷基氯甲基醚与氨基酸 6 不饱和羧酸与叔胺
2013-8-4
表面活性剂化学
18
6.3.2 磺酸甜菜碱的合成
叔胺 + 氯乙基磺酸 盐
ClCH2CH2Cl
CH3 R N CH3
+
Na2SO 3
RNH2
+ + N
R'
(m+n)
R'X R
O (CH2CH2O)mH
+
(CH2CH2O)mH (CH2CH2O)mSO3-
N
R'
2013-8-4
表面活性剂化学
30
6.3.4 含磷甜菜碱的合成
季磷盐
R2
R1 + P CH2 CH2 CH2 OSO 3 R3
2013-8-4
表面活性剂化学
31
6.3.5 咪唑啉型的合成
4 耐水硬性和耐高浓度电解质性
5、6、7
9 良好的生物降解性
2013-8-4
表面活性剂化学
5
6.1.2 两性表面活性剂的分类
6.1.2.1 按阴离子部分的亲水基团分类
羧酸盐型
磺酸盐型
硫酸酯盐型
磷酸酯盐型
2013-8-4
表面活性剂化学
6
6.1.2.2 按整体化学结构分类 1 甜菜碱型
阴离子部分还可以是磺酸基、硫酸酯基 阳离子部分还可以是磷、硫
2013-8-4
表面活性剂化学
45
6.4.2杀菌消毒
6.4.3纤维柔软剂 6.4.4缩绒剂 6.4.5抗静电剂 6.4.6金属缓蚀剂 6.4.7电镀助剂
2013-8-4
表面活性剂化学
46
6.4.8其它应用
基础科研 1.化学分析 EP657545报道一种分析生物活性物质的方法: 由酶反应产生的过氧化氢可以通过氧化物和在两 性表面活性剂及氰化亚铁存在下被检测出来. 2.毛细管电泳(胶束电动色谱法) 3.液相色谱 用两性表面活性剂的胶束流动相研究溶质 和胶束之间的相互作用,可同时分离出阴,阳离 子
2013-8-4 表面活性剂化学 42
搪瓷表面清洗剂 本剂用于清洗搪瓷及其他硬质表面(诸如浴室 管线及卫生间设备),它具有自清洗,除锈,上光 和抑制腐蚀的效能. 配方(重量%):异丙醇20,硫酸十八烷基酯钠盐 0.5,醇聚氧乙烯醚12.0,磷酸单及双烷基酯钾盐 或钠盐(含活性组分32~34%)4.0,乙二胺四乙酸 四钠盐0.5,草酸二铵0.5,香料0.2,水62.3.
+
R
N CH3
2013-8-4
表面活性剂化学
20
叔胺 + 环氧乙烷 + SO2
CH3 CH2CH2 O
CH3 R N+ CH CH SO 2 2 3£ CH3
+
SO2
+
R
N CH3
2013-8-4
表面活性剂化学
21
叔胺 + 磺酸环内酯
CH3 R N CH3 CH3
+
CH2 H2C SO 2
CH2 O
R
N
+
CH2CH2CH2SO 3-
CH3
2013-8-4
表面活性剂化学
22
叔胺 + 氯代丙烯 + NaHSO3
CH3 R N CH3 CH3 R
CH3
+ ClCH2CH=CH2
R
+ N CH2CH=CH2
CH3
Cl
n
NaHSO 3
+ N CH2CH2CH2SO 3CH3
2013-8-4
表面活性剂化学
表面活性剂化学
36
6.3.7硫鎓型甜菜碱
2013-8-4
表面活性剂化学
37
6.4 两性表面活性剂的应用
6.4.1 洗涤剂及香波组分
两性表面活性剂是配制洗发香精和婴儿 香波的理想原料
用于配制泡沫浴和浴波
染发剂,汤发剂,定型剂品的配制
洗面奶,洁面乳和润肤霜的制备
洗手液和卸装制品的配制
2013-8-4
2013-8-4 表面活性剂化学 44
配方(重量%):烷基甜菜碱(BS-12) 50,辛基酚 聚氧丙烯聚氧乙烯醚20,椰子油咪唑啉25,甘油 1,可溶性羊毛脂4,香料,防腐剂等适量. 配方(重量%):硫酸化脂肪醇单乙醇胺盐40,烷 基甜菜碱(BS-12) 10,香料及染料适量,防腐剂 适量,水余量. BS-12两性表面活性剂还可作耐硬水洗涤剂, 杀菌剂,纤维柔软剂,染色助剂,抗静电剂,防蚀剂 等
2013-8-4
表面活性剂化学
40
通用清洁剂
配方(重量%):辛基咪唑啉衍生物钠盐(50%)4.0, 五水合偏硅酸钠4.0,碳酸钠(无水的)2.0,壬基苯 基聚乙二醇醚4.0,丁基卡必醇1.0,水85.0.
碗碟液体清洗剂 配方(重量%):椰子基咪唑啉羧酸钠盐 20.0~40.0,十二烷基硫酸钠(28%)15.0,月桂(基) 二乙醇胺(高活性的)5.0,水60.0~40.0.
N=2-3
2013-8-4
表面活性剂化学
27
1 叔胺 + 氯醇
引入羟基 再硫酸酯化
CH 3 R N CH 3
+ Cl(C H 2) O H n
HSO3Cl，2NaOH
CH 3 + R N ( C H 2)n O S O 3 CH 3
2013-8-4
表面活性剂化学
28
2 卤代烷 + 羟基叔胺
引入羟基 再硫酸酯化
23
亚硫酸基甜菜碱
由1,2-乙二醇亚硫酸酯和 叔胺反应制得
CH3 R N
CH3
+
CH2CH2
R
CH3 HO OSO 2Na
+ N CH2CH2OSO 2- + NaOH
CH3
2013-8-4
表面活性剂化学
24
课堂练习
1C 12
H25NH2
C12H25
CH3 + CH2CH2SO 3N CH2
CH3
无可比拟的温和性质，
对皮肤、眼睛刺激极小， 无过敏反应。 多用于高档、专用
属于甜菜碱型
的洗发香波，而且在婴 儿用品上前景广阔。
2013-8-4
表面活性剂化学
9
3 氨基酸型
特点是：对环境和生物体的安全性高，对 皮肤和头发有亲和性，前景最好的是对安 全性要求极高的化妆品。
2013-8-4
表面活性剂化学
10
4 氧化胺型
特点是： 增泡、稳泡作用明显 复配时能降低刺激性
2013-8-4 表面活性剂化学 11
6.2 两性表面活性剂的性质
1 两性表面活性剂的等电点
pH < 4
阳离子表面活性剂
pH = 4
pH > 4 阴离子表面活性剂
2013-8-4
表面活性剂化学
12
2013-8-4
表面活性剂化学
13
2013-8-4
表面活性剂化学
39
液体香皂
配方(重量%):咪唑啉活性剂21.5,α-烯基磺酸 盐(40%) 25.0,硬脂酸单甘油酯1.0,水,颜料,防 腐剂香料50.0. 制法:将表面活性剂溶解于水中,加热至60℃, 其它组分加热至75℃,在搅拌下进行混合,并继 续搅拌至均匀为止,在40℃时用柠檬酸调整pH 值至7.0.
2013-8-4
表面活性剂化学
43
加酶液体洗涤剂 本剂是一种稳定,透明的单相加酶洗涤剂,在43℃下, 经6天后保持酶活性的73%. 配方(重量%)椰油酰胺甜菜碱21,FWA 0.2,EDTA- Na 15,1%染料溶液1,香料0.3,碱性蛋白酶1,甘油5,硼砂2, 水49. 本剂系甜菜碱类化合物,具有阳离子活性剂和阴离子活 性剂两者的特点.这种表面活性剂适用于制造无刺激 的,对头发调理性的香波,婴幼儿香波;同时还可作肥皂, 香皂的钙皂分散剂;丝毛专用洗衣粉的柔软剂等. 配方(重量%):月桂醚硫酸钠40.0,辛基酚聚氧丙烯聚氧 乙烯醚12.0,烷基甜菜碱(BS-12)4.0,蒸馏水44.0,香料, 防腐剂适量.
钙皂分散分散指数
100g油酸钠 在 硬度333mg/L的硬水中维持分散， 恰好无钙皂沉淀发生的分散剂的质量（g）
8 去污力
烷基链为12-16个碳原子是去污效果最佳。
2013-8-4 表面活性剂化学 15
6.3 两性表面活性剂的合成
6.3.1 羧酸甜菜碱的合成
2013-8-4
表面活性剂化学
16
1 氯乙酸钠法
2 临界胶束浓度与pH的关系 3 pH对表面活性剂溶解度和发泡性的影响 4 在基质上的吸附量及杀菌性与pH的关系
5 甜菜碱型表面活性剂CMC与碳链长度的关系
6 两性表面活性剂的溶解度和Krafft点
2013-8-4
表面活性剂化学
14
7 表面活性剂结构对钙皂分散力的影响
钙皂分散力 (lime soap disporsing rate , LSAD)