阳离子表面活性剂

阳离子表面活性剂及其应用
药物制剂八班徐崇印 131060828
摘要
阳离子表面活性剂在水中能离解，具有表面活性的分子结构，部分显示出憎水性的阳离子行为。

此类活性剂称为阳离子型表面活性剂。

早在1896年 F.Kraft 等人发现十六烷基胺的盐酸盐具有皂类发泡性质，但直到1928年以后，阳离子表面活性剂在工业上才得到采用，如用作纤维柔软剂、静电防止剂、憎水剂、染色助剂、矿物浮选和杀菌剂等。

但是它的消费量低于阴离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂，一般主要用在减少摩擦及杀菌作用等特殊用途方面。

阳离子表面活性剂与其他类型的表面活性剂一样，在界面或表面上吸附，达到一定浓度(临界胶束浓度，即CMC)时在溶液中形成胶团，从而，降低溶剂的表面张力，表现出表面活性。

它具有乳化、加溶、润湿、洗涤和分散等作用。

阳离子表面活性剂的洗涤作用是有限的，其抑菌性和对硬表面吸附的亲合性较突出。

一般，硬表面带有负电荷，带正电荷的阳离子表面活性剂对其有着十分明显的活性。

阳离子表面活性剂很易被人的皮肤、头发和牙齿所吸附。

阳离子表面活性剂溶于水则发生离解，形成的阳离子具有表面活性，其亲水基可以含氮、磷或硫，但目前工业上具有实际意义的主要是含氮的阳离子表面活性剂。

在含氮的阳离子表面活性剂中，按氮原子在分子结构中的位置又可分为胺盐、季铵盐、氮苯和咪唑啉四类，其中以季铵盐类用途最广，其次是胺盐类。

阳离子表面活性剂具有许多优越性能，除可做纤维用柔软剂、抗静电剂、防水剂和染色助剂外，还可用作矿物浮选剂以及杀菌剂、防锈剂和特殊乳化剂等。

阳离子表面活性剂在水中离解出具有表面活性的阳离子，它的电荷与阴离子表面活性剂相反，故常称为“逆性肥皂”。

就其化学结构而言，它至少含有一个长链的疏水基和一个带有正电荷的亲水基团。

长链的疏水基通常是由脂肪酸或石油化学品衍生而来的。

表面活性阳离子的正电荷一般由氮原子携带，也可以由硫和磷原子携带，但目前有商业价值的几百种阳离子表面活性剂中，绝大部分都含有带正电荷的氮原子。

因此，脂肪胺是阳离子表面活性剂的重要原料。

关键词阳离子表面活性剂分类应用
1.前言
常用的阳离子表面活性剂多为季铵盐，即铵的四个氢原子皆被有机基团所取代，成为R1R2N+R3R4?X－。

季铵盐的合成比较简单，主要是季铵化反应。

季铵盐与胺盐不同，其性质不受pH变化的影响，在碱性介质中也不会析出自由胺，因季铵盐是强酸、强碱形成的盐，不会发哼水解。

季铵盐还有一个除表面活性之外的特性，即其水溶液有很强的杀菌能力，故常用作消毒、灭菌剂，一个典型的杀菌剂是“新洁尔灭”。

季铵盐这类阳离子表面活性剂容易吸附于固体表面（因一般在水介质中固体表面常带负电荷），使表面变得疏水；于是阳离子表面活性剂具有某些特殊用途。

如常用作矿物浮选剂、沥青乳状液（铺路用）乳化剂、纺织纤维柔软剂及抗静电剂，以及颜料分散剂等。

也正由于易于吸附，洗涤能力差，不能作洗涤剂的主要成分，价格也较高。

2.阳离子表面活性剂的分类
2.1季铵盐型阳离子表面活性剂
从结构上看，季铵盐型阳离子表面活性剂是铵盐的4个氢原子被有机基团取代而形成的，通常是用叔胺与烷基化剂进行反应制得。

所用的烷基化剂
有：氯甲烷、苄基氯等卤代烷；硫酸二甲酯等硫酸二烷酯；环氧乙烷等环氧化物；对甲苯磺酸甲酯等磺酸酯。

分别用这些烷基化剂与叔胺反应可获得相对应的季铵盐型表面活性剂。

季铵盐阳离子表面活性剂的碱性较强，在碱性溶液中不产生游离胺，性质稳定。

季铵盐型阳离子表面活性剂有许多优良性能，可用作纤维的抗静电剂、柔软剂、缓染剂、固色剂等，还可用作杀菌消毒剂和发用化妆品的护发剂等。

按结构，季铵盐型阳离子表面活性剂可分为烷基三甲基铵盐型、二烷基二甲基铵盐型、烷基二甲基苄基铵盐型、吡啶铃盐型、烷基异喹啉铸盐型和苄索氯铵等6种。

2.1.1 烷基三甲基铵盐型阳离子表面活性剂
烷基三甲基铵盐是以高级脂肪胺与氯甲烷在氢氧化钠存在下进行反应制得的。

这种表面活性剂的代表性产品为十二烷基三甲基氯化铵，易溶于水，呈透明状，具有良好的表面活性，可用作洗发剂、杀菌洗涤剂、聚苯乙烯树脂等外部涂敷用抗静电剂、纤维用抗静电剂、匀染剂、破乳剂和分散剂等。

2.1.2 二烷基二甲基铵盐型阳离子表面活性剂
二烷基二甲基铵盐是以二烷基胺或者二烷基甲基胺与氯甲烷，在氢氧化钠存在下进行反应制得的。

这种表面活性剂可作为洗发剂或家用纤维制品的柔软剂，性能良好，现已广泛使用。

2.1.3 烷基二甲基苄基铵盐型阳离子表面活性剂
烷基二甲基苄基氯化铵是以烷基二甲基叔胺与氯化苄反应制得的。

其中有代表性的是十二烷基二甲基苄基氯化铵，易溶于水，呈透明状，含量为万分之几即有杀菌消毒能力，对皮肤无刺激，无毒性，对金属不腐蚀，即使在沸水中亦稳定，其杀菌力随pH值升高而增大，此外还具有良好的发泡力。

2.1.4 吡啶镣盐型阳离子表面活性剂
吡啶锚盐是以吡啶与烷基卤反应制得的。

属于这类表面活性剂的有氯化十六烷基吡啶铃、溴化十六烷基吡啶镥、氯化十七酰甲胺基吡啶铃、氯化十二烷基吡啶锚、氯化苄基吡啶锚等。

它们主要用作纤维防水剂、染色助剂和杀菌剂，用量均较小。

2.1.5 烷基异喹啉镓盐型阳离子表面活性剂
该品为良好的杀菌剂，也可配入去头屑用的香波或护发剂中。

2.1.6 苄索氯铵型阳离子表面活性剂
苄索氯铵与烷基二甲基辛基氯化铵的性质相同，主要用作杀菌剂。

2.2胺盐型阳离子表面活性剂
按氮原子上的有机取代基数胺盐可分为伯胺盐、仲胺盐和叔胺盐三种，它们在性质上非常接近，且往往混合在一起，所以统称为胺盐型阳离子表面活性剂。

这类表面活性剂的憎水基碳数在12～18之间。

其主要用途是作纤维助剂、矿物浮选剂、分散剂、乳化剂和防锈剂。

胺盐型阳离子表面活性剂按化学结构可分为烷基胺盐型、氨基醇脂肪酸衍生物型、多胺脂肪酸衍生物型和咪唑啉型四种。

2.2.1 烷基胺盐型阳离子表面活性剂
脂肪酸或脂肪酸酯与氨共热生成脂肪酸铵，再经加氢还原即得到脂肪族高级胺。

脂肪胺与盐酸作用，生成脂肪胺盐酸盐。

同样仲胺、叔胺与盐酸中和形成相应的仲胺盐酸盐和叔胺盐酸盐。

适合制造烷基胺盐型阳离子表面活性剂的胺有十二烷基胺和十八烷基胺，这类表面活性剂可用作作乳化剂、破乳剂、防锈剂、矿物浮选剂、纤维助剂和颜料分散剂等。

2.2.2 氨基醇脂肪酸衍生物型阳离子表面活性剂
硬脂酸与三乙醇胺加热缩合成叔胺酯，再以甲酸中和，即制得氨基醇脂肪酸衍生物型阳离子表面活性剂。

该产品商品名为Soromine A。

这种表面活性剂主要用作纤维柔软剂。

其不足之处是连接在疏水基上的酯键易发生水解。

2.2.3 多胺脂肪酸衍生物型阳离子表面活性剂
硬脂酸与N，N-二乙基乙二胺加热缩合成酰胺型叔胺，再用乙酸中和，即制得该种阳离子表面活性剂，商品名称为Sapamine A。

Sapamine A分子中疏水基与酰胺键相连，故不发生水解。

该产品主要用作纤维柔软剂。

Sapamine 有多种型号产品，例如Sapamine CCH是盐酸盐。

美国Arnold Hoffman公司在1940年开发出Ahcove1系列阳离子柔软剂，其中最有代表性的是Ahcove1 A，它是由硬脂酸先与氨基乙基乙醇胺加热缩合，然后与尿素再缩合，最后用乙酸中和而制得。

除Ahcove1 A外，还有Ahcove1 G，其组成与A型基本相同，Ah—cove1型产品作为纤维柔软剂使用性能极佳。

2.2.4 咪唑啉型阳离子表面活性剂
N-羟乙基乙二胺或多亚乙基多胺类与脂肪酸在200～250℃下进行反应，即可制得咪唑啉衍生物的新胺，再以盐酸中和得咪唑啉型阳离子表面活性剂。

这种类型的表面活性剂可用作纤维柔软剂。

而咪唑啉衍生物可用作合成季铵盐和两性表面活性剂的中间体，也可用作破乳剂。

3. 阳离子表面活性剂的实例应用
3.1 废水絮凝剂
制浆造纸产生的污水量很大，已成为各国日益重视的问题。

污水处理的办法很多，近年来使用表面活性剂作为絮凝剂取得了明显的效果。

常用的絮凝剂有月桂酸钠、硬脂酸钠等阴离子表面活性剂和十二烷基氨基乙酸、十八烷基三甲基氯化铵等阳离子表面活性剂。

具有显著絮凝作用的往往是一些相对分子质量较大的表面活性剂或极性高聚物，有时亦可以是一些带有异性电荷且能与悬浮物形成配合物的无机盐，在废水处理中最典型的是加入明矾达到填料和树脂聚集的目的。

但更多和更有效的是加入高分子表面活性剂，它们可以通过搭桥作用等机理使分散微粒发生凝结。

实际上这在施胶、助留、助滤过程中也都有重要作用。

各种离子型且具有高的相对分子质量的聚丙烯酰胺(PAM)及淀粉接枝聚丙烯酰胺在这方面有着引人注目的效果。

阳离子表面活性剂在废水处理时，还可起到显著的杀菌、降粘作用。

在“黑液”处理中，容易在蒸发时产生结垢，使热效率降低，而且难以清理。

采用间歇酸洗法，需停机清洗。

如在制浆
“黑液”碱回收工艺中使用表面活性剂做抗结垢剂，可降低“黑液”粘度，减少结垢，加速蒸发。

这类抗垢剂大多由脂肪酸聚氧乙烯酯、二乙基羟胺磷酸盐、多聚磷酸钠组成。

高分子抗结垢剂主要是聚丙烯酸钠、丙烯酸马来酸酐共聚物盐等。

这类高分子表面活性剂型抗结垢剂的相对分子质量较低，对水中多价金属离子具有明显的螯合作用，可防止结垢。

3.2 施胶乳化剂
由于皂化松香施胶剂的效率低等缺点，所以，分散松香胶的应用已经非常普遍，而分散松香胶的制备主要依靠表面活性剂的乳化作用来实现，目前，造纸分散松香胶用表面活性剂都是专用乳化剂，如烷基酚聚氧乙烯醚经磺化得到的专用乳化剂，道纯化学研究所的Rl3系列乳化剂、国内几个研究所的8048、HOS、DR．882、HR．306等品种，Hercules公司的阳离子分散胶，日本荒川化
学工业公司的分散胶等。

总之，松香胶乳化剂制造方面专利很多，同时每年又有许多专利发表。

国内目前的松香乳化剂普遍乳化能力差，制得的分散胶不稳定，存放期短。

3.3 防腐杀菌剂
纸浆从制浆工段到造纸工段要经过很多工序，也要经历一定时间，所以，浆料在储存过程中会出现微生物繁殖，会造成腐浆，一般要加入防腐杀菌剂来控制其产生，而表面活性剂中的阳离子如十六烷基三甲基溴化铵和两性离子表面活性剂如烷基咪唑啉季铵盐等具有很好的杀菌作用。

目前国内也已有一些防腐杀菌剂，但针对制浆方面的品种和质量都不令人满意。

参考文献
1. 中国阳离子表面活性剂产业行业现状分析及投资前景研究报告（2012-2017年）
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3.百度文库
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