阳离子表面活性剂
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
5.1 阳离子表面活性剂概述
R1 R2 N R3 R4
.
X
• 在水溶液中呈现正电性，形成带正电荷的表面活性离子
• 主要用途:杀菌剂、纤维柔软剂和抗静电剂等
• 与阴离子和非离子表面活性剂相比，使用量相对较少 • 我国阳离子表面活性剂的研发和使用起步较晚，但发展速 度较快。
5.1.1 阳离子表面活性剂的分类
X ·
• 氧化锍衍生物是锍盐型阳离子表面活性剂中性能十分优 异的品种。
CH3 C12H25SCH3 + (CH3)2SO4 O C12H25S+CH3 · CH3SO4－ O
3. 碘鎓化合物 • • • • 同阴离子型洗涤剂和肥皂具有较好的相容性 抗微生物效果好 R1 I R2 对次氯酸盐的漂白作用有较好的稳定性 合成：通过环合反应，将碘原子转化成为杂环的组成 部分
结构通式
R4
.
CH3 C18H37 N CH2 CH3
十八烷基二甲基苄基氯化铵(缓染剂DC)
X
Cl ·
5.1.1.3 杂环型
R1 R
2
N
CH2CH2 CH2CH2
O· X
R N
Cl ·
吗啉型
吡啶型
R C
N CH3
N CH3 R1 R2
咪唑型
X ·
R R
'
N
CH2CH2 CH2CH2
哌嗪型
NH · X
• 烷基碳链长度增加，临界胶束浓度降低
表5-6 几种季铵盐型表面活性剂的临界胶束浓度（25℃） 表面活性剂结构 cmc（mol/L）
5.1.1.1 胺盐型
• 是伯胺盐、仲胺盐和叔胺盐表面活性剂的总称
• 它们的性质极其相似，且很多产品是伯胺与仲胺的混合物
表5-1 胺盐型阳离子表面活性剂主要品种及实例 表面活性剂类型 结构通式 实例
伯胺盐
仲胺盐 叔胺盐
RNH2•HCl
R1NHR2•HCl R1NR2(R3)•HCl
C18H37NH2· HCl 十八烷基胺（硬脂胺）盐酸盐
15 16.1 74
16
17
18
19 0.096 54
0.85 0.48 0.10 62 72 52.6
• 带有C15以下烷基链的活性剂易溶于水，而C15以上的则水溶 性较低，难溶于水
• 单长链烷基季铵盐能溶于极性溶剂，但不溶于非极性溶剂
• 双长链烷基季铵盐几乎不溶于水，而溶于非极性溶剂 • 季铵盐的烷基含不饱和基团时，能增加它们的水溶性。
表5-3 配对阴离子对十六烷基吡啶Krafft点的影响
C16H33 N X ·
X
Krafft点（℃）
Cl
17
Br
28
I
45
5.1.2.3 表面活性
• 随着烷基碳链长度的增加，表面张力逐渐下降
表5-4 烷基二甲基苄基氯化铵的表面张力(mN/m)
CH3 R N CH2 CH3 Cl ·
R的碳数 0.1%溶液
(C18H37)2NH· HCl 双十八烷基胺盐酸盐 C18H37N(CH3)2· HCl N,N-二甲基十八胺盐酸盐
5.1.1.2 季铵盐型
• 是最为重要的阳离子表面活性剂品种 • 既可溶于酸性溶液，又可溶于碱性溶液，具有一系列优良 的性质，而且与其他类型的表面活性剂相容性好
R1 R2 N R3
5.1.2.2 Krafft温度点
• Krafft 温度点：当达到某一温度时，表面活性剂在水 中的溶解度急剧增加，也称为临界溶解温度（C.S.T） • 当表面活性剂溶液为过饱和状态时，Krafft点应是离子型
表面活性剂单体、胶束和未溶解的表面活性剂固体共存的
三相点 • 阳离子表面活性剂的Krafft点是表征其在水溶液中溶解性
过氧乙 酸 氧化 I 邻碘联苯
R I
X ·
H2SO4 环化 IO 亚碘酰联苯 I
HSO4 ·
Cl2
R 水 解 ICl2
R 闭环 IO
R Cl · I
4. 鉮盐化合物 • 性质与鏻盐化合物近似
R3 R1 As R2 R4 Cl ·
5.1.2 阳离子表面活性剂的性质
5.1.2.1 溶解性
• 一般情况下水溶性很好
8 67.5
9 64.3
10 60.6
11 53.9
12 47.6
13 43.6
14 43.6
15 43.5
16 43.5
17 43.2
18 43.0
19 43.0
0.01%溶液
72.3
72.2
71.9
70.9
68.7
67.1
62.4
53.9
43.7
43.2
43.4
43.6
• 分子结构相同时,在一定范围内，表面张力随活性剂溶液的 浓度升高而降低，降低到一定数值时又随溶液浓度的升高而 增加
R
N
喹啉型
X ·
5.1.1.4 鎓盐型
按照携带正电荷的原子不同，阳离子表面活性剂还包括
鏻盐、锍盐、鉮盐和碘鎓化合物等。
1. 鏻盐化合物 • 具有良好的杀菌性能 • 主要用作乳化剂、杀虫剂和杀菌剂等 • 由带有三个取代基的膦与卤代烷反应制得。
CH3 P
+
C12H25Br
CH3
110℃，3hr 乙 醇
能的特征指标
• Krafft 点越高，表明该表面活性剂越难溶，溶解度越低； 反之，Krafft 点越低，说明该表面活性剂越容易溶解， 溶解性能越好
• 通常Krafft 点与表面活性剂疏水基碳链的长度呈线性关
系 Krafft 点 ＝ a + bn
a, b是常数，n为碳链所含碳原子的个数
• 根据上述关系式，碳链越长，n值越大，则Krafft 点越高
CH3 C12H25 P CH3
十二烷基二甲基苯基溴化鏻
Br ·
2. 锍盐化合物 • 可溶于水，具有除草、杀灭软体动物、杀菌和杀真菌等 作用，对皮肤的刺激小 R1 • 是有效的杀菌剂 S R3 · X 2 R • 可通过硫醚与卤代烷反应制得
C16H33SC2H5
+ CH3X
C16H33SC2H5 CH3
表5-5 十六烷基三甲基氯化铵的表面张力与浓度的关系 [C16H33－N+(CH3)3]•Cl－ 溶液浓度（mol/L） 表面张力（mN/m） 0.002 69.8 0.005 59.4 0.01 41.3 0.025 38.0 0.04 31.3 0.05 35.0 0.1 35.6
5.1.2.4 临界胶束浓度
Biblioteka Baidu
• 随着烷基碳链长度的增加，水溶性呈下降趋势
• 疏水性烷基链的个数和链上的取代基对溶解性能也有影响
表5-2 烷基二甲基苄基氯化铵的溶解性
CH3 R N CH2 CH3 Cl ·
烷基R的碳原子数 水中溶解度 95%乙醇中溶解度
11 70 84
12 50～75 75
13 52 81
14 26.7 74.5
R1 R2 N R3 R4
.
X
• 在水溶液中呈现正电性，形成带正电荷的表面活性离子
• 主要用途:杀菌剂、纤维柔软剂和抗静电剂等
• 与阴离子和非离子表面活性剂相比，使用量相对较少 • 我国阳离子表面活性剂的研发和使用起步较晚，但发展速 度较快。
5.1.1 阳离子表面活性剂的分类
X ·
• 氧化锍衍生物是锍盐型阳离子表面活性剂中性能十分优 异的品种。
CH3 C12H25SCH3 + (CH3)2SO4 O C12H25S+CH3 · CH3SO4－ O
3. 碘鎓化合物 • • • • 同阴离子型洗涤剂和肥皂具有较好的相容性 抗微生物效果好 R1 I R2 对次氯酸盐的漂白作用有较好的稳定性 合成：通过环合反应，将碘原子转化成为杂环的组成 部分
结构通式
R4
.
CH3 C18H37 N CH2 CH3
十八烷基二甲基苄基氯化铵(缓染剂DC)
X
Cl ·
5.1.1.3 杂环型
R1 R
2
N
CH2CH2 CH2CH2
O· X
R N
Cl ·
吗啉型
吡啶型
R C
N CH3
N CH3 R1 R2
咪唑型
X ·
R R
'
N
CH2CH2 CH2CH2
哌嗪型
NH · X
• 烷基碳链长度增加，临界胶束浓度降低
表5-6 几种季铵盐型表面活性剂的临界胶束浓度（25℃） 表面活性剂结构 cmc（mol/L）
5.1.1.1 胺盐型
• 是伯胺盐、仲胺盐和叔胺盐表面活性剂的总称
• 它们的性质极其相似，且很多产品是伯胺与仲胺的混合物
表5-1 胺盐型阳离子表面活性剂主要品种及实例 表面活性剂类型 结构通式 实例
伯胺盐
仲胺盐 叔胺盐
RNH2•HCl
R1NHR2•HCl R1NR2(R3)•HCl
C18H37NH2· HCl 十八烷基胺（硬脂胺）盐酸盐
15 16.1 74
16
17
18
19 0.096 54
0.85 0.48 0.10 62 72 52.6
• 带有C15以下烷基链的活性剂易溶于水，而C15以上的则水溶 性较低，难溶于水
• 单长链烷基季铵盐能溶于极性溶剂，但不溶于非极性溶剂
• 双长链烷基季铵盐几乎不溶于水，而溶于非极性溶剂 • 季铵盐的烷基含不饱和基团时，能增加它们的水溶性。
表5-3 配对阴离子对十六烷基吡啶Krafft点的影响
C16H33 N X ·
X
Krafft点（℃）
Cl
17
Br
28
I
45
5.1.2.3 表面活性
• 随着烷基碳链长度的增加，表面张力逐渐下降
表5-4 烷基二甲基苄基氯化铵的表面张力(mN/m)
CH3 R N CH2 CH3 Cl ·
R的碳数 0.1%溶液
(C18H37)2NH· HCl 双十八烷基胺盐酸盐 C18H37N(CH3)2· HCl N,N-二甲基十八胺盐酸盐
5.1.1.2 季铵盐型
• 是最为重要的阳离子表面活性剂品种 • 既可溶于酸性溶液，又可溶于碱性溶液，具有一系列优良 的性质，而且与其他类型的表面活性剂相容性好
R1 R2 N R3
5.1.2.2 Krafft温度点
• Krafft 温度点：当达到某一温度时，表面活性剂在水 中的溶解度急剧增加，也称为临界溶解温度（C.S.T） • 当表面活性剂溶液为过饱和状态时，Krafft点应是离子型
表面活性剂单体、胶束和未溶解的表面活性剂固体共存的
三相点 • 阳离子表面活性剂的Krafft点是表征其在水溶液中溶解性
过氧乙 酸 氧化 I 邻碘联苯
R I
X ·
H2SO4 环化 IO 亚碘酰联苯 I
HSO4 ·
Cl2
R 水 解 ICl2
R 闭环 IO
R Cl · I
4. 鉮盐化合物 • 性质与鏻盐化合物近似
R3 R1 As R2 R4 Cl ·
5.1.2 阳离子表面活性剂的性质
5.1.2.1 溶解性
• 一般情况下水溶性很好
8 67.5
9 64.3
10 60.6
11 53.9
12 47.6
13 43.6
14 43.6
15 43.5
16 43.5
17 43.2
18 43.0
19 43.0
0.01%溶液
72.3
72.2
71.9
70.9
68.7
67.1
62.4
53.9
43.7
43.2
43.4
43.6
• 分子结构相同时,在一定范围内，表面张力随活性剂溶液的 浓度升高而降低，降低到一定数值时又随溶液浓度的升高而 增加
R
N
喹啉型
X ·
5.1.1.4 鎓盐型
按照携带正电荷的原子不同，阳离子表面活性剂还包括
鏻盐、锍盐、鉮盐和碘鎓化合物等。
1. 鏻盐化合物 • 具有良好的杀菌性能 • 主要用作乳化剂、杀虫剂和杀菌剂等 • 由带有三个取代基的膦与卤代烷反应制得。
CH3 P
+
C12H25Br
CH3
110℃，3hr 乙 醇
能的特征指标
• Krafft 点越高，表明该表面活性剂越难溶，溶解度越低； 反之，Krafft 点越低，说明该表面活性剂越容易溶解， 溶解性能越好
• 通常Krafft 点与表面活性剂疏水基碳链的长度呈线性关
系 Krafft 点 ＝ a + bn
a, b是常数，n为碳链所含碳原子的个数
• 根据上述关系式，碳链越长，n值越大，则Krafft 点越高
CH3 C12H25 P CH3
十二烷基二甲基苯基溴化鏻
Br ·
2. 锍盐化合物 • 可溶于水，具有除草、杀灭软体动物、杀菌和杀真菌等 作用，对皮肤的刺激小 R1 • 是有效的杀菌剂 S R3 · X 2 R • 可通过硫醚与卤代烷反应制得
C16H33SC2H5
+ CH3X
C16H33SC2H5 CH3
表5-5 十六烷基三甲基氯化铵的表面张力与浓度的关系 [C16H33－N+(CH3)3]•Cl－ 溶液浓度（mol/L） 表面张力（mN/m） 0.002 69.8 0.005 59.4 0.01 41.3 0.025 38.0 0.04 31.3 0.05 35.0 0.1 35.6
5.1.2.4 临界胶束浓度
Biblioteka Baidu
• 随着烷基碳链长度的增加，水溶性呈下降趋势
• 疏水性烷基链的个数和链上的取代基对溶解性能也有影响
表5-2 烷基二甲基苄基氯化铵的溶解性
CH3 R N CH2 CH3 Cl ·
烷基R的碳原子数 水中溶解度 95%乙醇中溶解度
11 70 84
12 50～75 75
13 52 81
14 26.7 74.5