两性表面活性剂综述

两性表面活性剂概述

摘要：两性表面活性剂是整个表面活性剂家族中的一个重要组成部分。从结构上来说，是指分子中同时具有两种或以上离子性质的表面活性剂。从性质上来说，是分子具有阳离子亲水基团、又同时具有阴离子亲水基团的表面活性剂。与其他表面活性剂比较,具有很多独特的优点,如:①对皮肤及眼睛的低刺激性;②在较宽pH范围内具有良好的表面活性;③对硬水稳定性良好,能耐酸碱和各种金属离子;④与其他表面活性剂复配,有良好的协同效应,与很多染料助剂可以同浴处理;

⑤具有优良的柔软和抗静电作用,各类纤维和织物经其处理后,手感柔软,穿着舒适;⑥匀染性好,对很多纤维,特别是羊毛纤维染色时,可作为优异的匀染剂;⑦具有良好的去污泡和乳化作用;⑧除可作纤维润湿和洗涤剂外,还对纤维有保护作用;⑨生物降解性能好,无毒性,污染少。本文对两性表面活性剂的类型进行划分，概述其基本的合成方法的路线；探讨各种两性表面活性剂的应用性能；对两性表面活性剂的发展和在油品中的使用进行了动态分析。

关键词：两性；表面活性剂；合成方法；性能指标；油品应用

1 两性表面活性剂的基本分类

目前文献上常按两性表面活性剂的亲水/亲油性质、分子结构、正电荷中心或负电荷中心类型等等方法进行分类。本文按照两性表面活性剂分子结构中的亲水基团特征,对其进行综合分类,见表1。

2典型两性表面活性剂的合成方法、路线和性能指标

2.1咪唑啉类两性表面活性剂

2.1.1 有机硼系咪唑啉表面活性剂

先由脂肪酸和羟乙基乙二胺形成中间体(HEAI),再和硼酸进行酯化应。反应式如下

此种表面活性剂在有机溶剂中无明确的cmc ，表面张力约26 mN/m~27 mN/m,

泡沫表1 两性表面活性剂的综合分类

很小。

2.1.2磺酸盐型

用HEAI和溴乙基磺酸钠反应得到目的产物[3]:

该表面活性剂的cmc为3·0×10-3mol/L,表面张力28·3 mN/m,泡沫中等(135 mm)。

2.1.3烷氧基双氧乙烯基乙酸咪唑啉乙酸盐

以十二烷氧基双氧乙烯基乙酸为原料,与二乙三胺反应合成了咪唑啉环,进而合成了乙酸盐型咪唑啉。

此类咪唑啉两性表面活性剂能很好地降低表面张力,且随着氯乙酸用量的增加,表面张力略有增加;泡沫高度与原料配比无明显规律,几种样品的泡沫高度均在190 mm以上,且泡沫稳定性好。

2.1.4硫酸酯型

用氨基磺酸对HEAI进行硫酸化反应得到目的产物,该表面活性剂有较高的表面活性, cmc为1.75×10-3mol/L,表面张力26.8 mN/m,泡沫中等(105 mm)。

2.2 二乙醇胺为原料的两性表面活性剂

2.2.1硼酸酯型

此类表面活性剂以溴代烷和二乙醇胺为原料,经过两步反应制得:

如上式所示,此表面活性剂在水溶液中的状态与pH值有关,在pH<6.6时呈阳离子性, pH>9.1时呈阴离子性, pH 6.6~9.1时为两性。pH=7时,它的表面张力25.6 mN/m, cmc为1.03×10-3mol/L。

2.2.2 磷酸单酯型

这类表面活性剂的起始原料可分为脂肪酸和卤代烷两类,分别介绍如下：

a以卤代烷为原料卤代烷先与二乙醇胺反应,再与磷酸化试剂反应:

通过性能测试,证明了所合成的磷酸酯盐两性表面活性剂具有优良的去污力、乳化力和抗静电性。且其乳化力和抗静电性较阴离子脂肪醇磷酸酯盐和季铵盐阳离子更优。作为洗涤剂活性物,可以将去污和抗静电处理合二为一;作为纺丝油剂成分,具有乳化和作用。由于它的去污力好,在纺丝加工完成之后,易洗净、易漂洗和省去净洗剂,可一举多得。

b以脂肪酸为原料肪酸首先与二乙醇胺反应形成脂肪酸酯,再与

磷酸化试剂反应:

对产物进行表面活性的测定,月桂酸的衍生物具有较低的临界胶束浓度(4·23×10-3mol/L),较高的表面张力(42·3 mN/m)。具有优良的柔软性、抗静电性和抗织物泛黄的特点,可以广泛地应用于织物的柔软和抗静电处理。

2.3 甜菜碱类表面活性剂

根据反应所用的原料及产品的结构,甜菜碱型两性表面活性剂的主要品种如下：2.3.1 N-(3-十二烷氧基-2-羟基丙基)-N,N-二甲基甜菜碱以月桂醇、环氧氯丙烷、二甲胺和氯乙酸钠为原料,经过3步合成出N-(3-十二烷氧基-2-羟基丙

基)-N,N-二甲基甜菜碱。

表面活性的测定表明: cmc为8·5×10-4mol/L,表面张力34·3 mN/m, LSDP为26 %。

2.3.2烷基酰胺磷酸酯甜菜碱

以环氧氯丙烷、磷酸盐和烷基酰胺丙基二甲基叔胺为原料,经过如下反应得到目的物

该表面活性剂的cmc为3·6×10-4mol/L,表面张力27·5 mN/m,泡沫198 mm, LSDP 10 %。

2.3.3 烷基磷酸酯甜菜碱

以溴代烷、单乙醇胺和五氧化二磷为原料,反应方程式如下:

这类两性表面活性剂等电点的pH=6.5, pH<4.5时呈阳离子结构, pH>8.4时呈阴离子结构; pH值在4.5~8.4呈两性结构,比N-十二烷基-β-氨基丙酸显示两性特征范围(5.6~8.4)宽。月桂基产品在pH=7时表面张力25.5 mN/m, cmc 1.51×

10-3mol/L,泡沫中等(170 mm)。

2.3.4 十八烷基(2-亚硫酸)乙基二甲基铵

以十八胺为原料经3步反应制得十八烷基(2-亚硫酸)乙基二甲基铵:

2.3.5 N-(3-十二烷氧-2-乙酰氧)丙基-N,N-二甲基羟乙基铵磷酸酯

原料：十二烷基缩水甘油醚、二甲胺、乙酸酐、氯乙醇及五氧化二磷为原料,经多步反应得到目的产物。该类表面活性剂表面张力31 mN/m,LSDP为50 %。

2.4氨基酸类表面活性剂

氨基酸型两性离子表面活性剂通过氨基携带亲水基阳离子的正电荷,其阴离子的负电荷可以通过羧基、磺酸基及磷酸基等来携带,以氨基羧酸型两性离子表面活性剂最为重要,其中以α-氨基酸型和β-氨基丙酸为主,特别是β-氨基丙酸类是重要的商品表面活性剂。

2.4.1 N-烷基-β-氨基丙酸型

这类表面活性剂的合成方法有多种[,一般采用丙烯酸酯与脂肪伯胺反应,然后水解得到目的产物。赵晓东等人从经济成本考虑,采用价格比丙烯酸酯明显低的丙烯腈代替丙烯酸酯反应,降低了产品的成本。反应如下:

此表面活性剂泡沫性能随体系的pH变化而变化,在较宽的pH范围内(2~6·5)泡沫较差,在pH>8时起泡能力强,稳定性好,且受温度、体系NaCl浓度和少量钙离子的影响较小。

2.4.2N-烷氧基取代-β-氨基丙酸型

用含烷氧基的伯胺与丙烯酸甲酯反应,并进一步水解得到目的产品[16],反应式如下:

此类表面活性剂有良好的发泡性和杀菌性。

2.4.3 N-烷基硫代-β-氨基丙酸型

此类表面活性剂的合成由如下4步组成: