第6章 两性表面活性剂

第6章两性表面活性剂

6.1 两性表面活性剂概述

6.1.1 两性表面活性剂的特性

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；

4.耐水硬性和耐高浓度电解质性好，甚至在海水中也可以有效地使用；

5.对织物有优异的柔软平滑性和抗静电性；

6.具有良好的乳化性和分散性；

7.具有良好的润湿性和发泡性；

8.有一定的杀菌性和抑霉性；

9.良好的生物降解性。

6.1.2 两性表面活性剂的分类

1.按阴离子部分的亲水基团分类

(1)羧酸盐型

(2)磺酸盐型

(3)硫酸酯盐型

(4)磷酸酯盐型

(1)羧酸盐型（阴离子结构 -COOM）

(2)磺酸盐型（阴离子结构 -SO3M）

咪唑啉型结构通式

3M）

氨基酸型结构通式

甜菜碱型结构通式

咪唑啉型结构通式

2.按整体化学结构分类 (1)甜菜碱型

甜菜碱是在分子内以季铵盐基作为阳离子部分、以羧基作为阴离子部分的化合物。最具代表性的结构：

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。

(2)咪唑啉型

(3)氨基酸型

β-氨基丙酸型

α-亚氨基羧酸型

特点：对环境和生物体的安全性高，对皮肤和头发有亲和性，最好的应用前景是对安全性要求

极高的化妆品。 (4)氧化胺型

6.2 两性表面活性剂的性质 1.两性表面活性剂的等电点

两性界面活性剂的最大特征在于它既能给出质子，又能接受质子。以β-N-烷基氨基羧酸型两性界面活性剂为例，它在酸性及碱性介质中呈显如下的平衡:

又如，甜菜碱在酸性及碱性介质中呈显如下的平衡:

可见，两性表面活性剂的所带电荷随其应用介质或溶液的pH 值的变化而引起很大的不同。

在静电场中，由于电荷作用，阴离子形式存在的两性表面活性剂离子将向阳极移动，以阳离子形式存在的离子将向阴极移动。在一个狭窄的pH值范围内，两性表面活性剂以内盐的形式存在，此时将该表面活性剂的溶液放在静电场中时，溶液中的双离子将不向任何方向移动，即分子内的净电荷为零。此时溶液的pH值被称为该表面活性剂的等电点，确切讲应为等电区或等电带。

若以pKa及pKb分别表示羧基和氨基的离解常数，则等电点可写成下式：

两性表面活性剂的等电点可以反映该活性剂正、负电荷中心的相对解离强度。若pI<7,则表明负电荷中心的解离强度大于正电荷中心的解离强度；若pI>7,表明正电荷中心的解离强度较大。

两性表面活性剂的等电点可以用酸碱滴定法确定。即用盐酸或氢氧化钠标准溶液滴定，并测pH值变化曲线，从而确定等电点。

由于所含阴离子和阳离子基团的种类、数量及位置的不同，它们的等电点也有很大差别，大部分两性表面活性剂的等电点在2～9之间。如

2.

由于两性表面活性剂所带电荷随其应用介质或溶液的pH值的变化而不同，因此，随pH变化，两性表面活性剂的各种性质都会受到很大影响。

一般两性表面活性剂的cmc随着溶液pH值的增加而增大。如，N-十二烷基-N,N-双乙氧基醋酸钠在25℃时cmc和PH的关系：

3.pH

两性表面活性剂的溶解度和发泡性也会随溶液pH值的不同而变化。如，N-十二烷基-β-

(1)该表面活性剂的等电点在pH≈4，在等电点时，由于活性剂以内盐形式存在，其溶解度及泡沫量均最低；

(2)当介质pH>4，即高于等电点时，呈现阴离子表面活性剂的特征，发泡快、泡沫丰富且松大，溶解度迅速增加；

(3)当介质pH<4，即低于等电点时，呈现阳离子表面活性剂的特征，泡沫量和溶解度也较高。

4.在基质上的吸附量及杀菌性与pH的关系

两性表面活性剂在pH值低于等电点时，显示阳离子特性，在羊毛和毛发上的吸附量最大，亲和力强，杀菌力也比较强。而在pH值高于等电点的溶液中以阴离子的形式存在，上述性能不理想。

5.甜菜碱型两性表面活性剂的cmc与碳链长度的关系

对于甜菜碱型两性表面活性剂，其cmc与烷基R碳链长度的关系可表示为：

n为烷基碳链中碳原子的个数；常数A=1.5～2，B=29。

可知，随着烷基链碳数的增加，临界胶束浓度明显降低。

5.甜菜碱型两性表面活性剂的cmc与碳链长度的关系

对于甜菜碱型两性表面活性剂，其cmc也可由实验测得。如

含季铵阳离子的两性表面活性剂的cmc 高于含季鏻阳离子的两性表面活性剂的cmc 。如

带有不同阴离子的两性表面活性剂的cmc ，按如下顺序递减：

6.两性表面活性剂的溶解度和Krafft 点 以烷基甜菜碱表面活性剂为例，两性表面活性剂的结构对其溶解度和

Krafft 点有如下影响： (1)对于羧酸甜菜碱，当表面活性剂分子中羧基与氮原子之间的碳数由1增至3时，对其溶解度和Krafft 点影响不大；

(2)当烷基取代基的结构相同时，磺酸甜菜碱和硫酸酯甜菜碱的Krafft 点明显高于羧酸甜菜碱，即前两者的溶解度较低。

6.两性表面活性剂的溶解度和Krafft 点 阴离子对Krafft 点在20～89 ℃之间，硫酸酯甜菜碱则均高于90 ℃。 电解质的存在对表面活性剂的Krafft 温度点的影响：

(1)通常电解质在阴离子或阳离子表面活性剂溶液中会起盐析作用，从而使表面活性剂的溶解度降低，Krafft 温度点上升；

(2)在非离子表面活性剂溶液中，电解质会使表面活性剂的溶解度略有降低，Krafft 温度点略有上升。这种影响不十分明显；

(3)而在两性表面活性剂溶液中，加入电解质所产生的作用是使溶解度提高，Krafft 温度点降低。

7.表面活性剂结构对钙皂分散力的影响

钙皂分散力/分散性(LSDR-lime soap disporsing rate )：

100g 油酸钠在硬度333 mgCaCO3/L 的硬水中维持分散，恰好无钙皂沉淀发生时所需钙皂分散剂的质量(g)。 钙皂分散剂：

具有能防止在硬水中形成皂垢悬浮物功能的物质。 LSDR 值越低，表面活性剂对钙皂的分散能力越高。

(1)两性表面活性剂的烷基R 的碳链增长，或氮原子与羧基间的碳原子数由1增加至3时，活性剂的钙皂分散力有所提高， LSDR 值降低。