表面活性剂选论两性离子

表面活性剂选论两性离子表面活性剂选论两性离子凡表面活性的分子残基中同时包含彼此不可被电离的正、凡表面活性的分子残基中同时包含彼此不可被电离的正、负电荷中心负电荷中心(或偶极中心或偶极中心)的表面活性剂称为两性离子型表的表面活性剂称为两性离子型表面活性剂。面活性剂。如N十二烷基二甲基甜菜碱：正电荷中心正电荷中心负电荷中心负电荷中心与其它类型表面活性剂的区别 阴离子或阳离子表面活性剂虽然电离时也产生正负电荷中心，但具有表面活性的分子残基上只带一种电荷，而两性离子型表面活性剂在电离时产生的正、负电荷中心(或偶极中心)则共存于表面活性残基上，互相不能分开。使其在溶液中显示出独特的等电点性质。表面活性剂的表面活性部分：阴离子阴离子阳离子阳离子两性离子两性离子两性离子型表面活性剂的等电点 在外界电场作用下，以阴离子形式存在的两性离子型表面活性剂会向阳极迁移，而以阳离子形式存在的两性离子型表面活性剂将会向阴极迁移。以内盐形式存在的两性离子型表面活性剂在外界电场中既不会向阳极迁移，也不会向阴极迁移。此种无迁移状态相应的溶液的pH就被称作两性离子型表面活性剂的等电点(pI)。大部分两性表面活性剂的等电点在大部分两性表面活性剂的等电点在2 29 9之间之间特性：具有等电点pH值低于等电点，带正电荷，表现为阳离子表面活性剂的性能pH值高于等电点，带负电荷，表现为阴离子表面活性剂的性质配伍性好：几乎可以同所有其它类型的表面活性剂进行复配，在一般情况下都会产生加和增效作用毒性和刺激性小：具有较低的毒性和对皮肤、眼睛刺激性耐硬水和耐高浓度电解质性能极好对织物有优异的柔软平滑性和抗静电性乳化性和分散性良好润湿性和发泡性很好有一定的杀菌性和抑霉性有良好的生物降解性应用：洗涤剂及香波组分适用于较广范围pH值的使用介质，耐硬水性好刺激性小，毒性低与其它类表面活性剂成分配伍性好，易产生加和增效的协同作用不与香精发生作用杀菌剂：杀菌能力强，毒性低 纤维柔软剂：效果好，适用范围广 缩绒剂 抗静电剂：选择限制性小，适用范围广 金属防锈剂 电镀助剂 在洗涤剂中一般不作为主剂，而主要是利用它兼有洗涤和抗静电、柔软作用来改善洗后的手感。CH2NNCH2C17H35HOCH2CH2CH2COONCH2C17H35CONH(CH2)3C2H4OHC2H4OHPOHOO分类：按亲水基中的阴离子结构分 羧酸盐类 硫酸酯盐类 磺酸盐类 磷酸酯盐类等整体化学结构分类整体化学结构分类甜菜碱型甜菜碱型咪唑啉型咪唑啉型氨基酸型氨基酸型氧化胺型等氧化胺型等分类：1、羧酸盐型：COOM 结构通式:氨基酸型 R-NH-CH2CH2COOH 甜菜碱型 R-N+(CH3)2-CH2COOCNRCCH2N(CH2)3COOCH2CH2OHH2咪唑啉型咪唑啉型 2 2、磺酸盐型：、磺酸盐型：SOSO3 3M M 结构通式：氨基酸型结构通式：氨基酸型 R-NHCHR-NHCH2 2CHCH2 2CHCH2 2SOSO3 3NaNa 甜菜碱型甜菜碱型 R-NR-N+(CH(CH3 3)2 2-CH-CH2 2CHCH2 2CHCH2 2SOSO3 3 咪唑啉型咪唑啉型 R CNH2CN+CH2CH2CH2OH(CH2)3SO3-分类：3、硫酸酯盐型：OSO3M 结构通式:氨基酸型 R-NHCH2(OH)-CH2OSO3Na 甜菜碱型 R-N+(CH3)2-CH2CH2OSO3咪唑啉型咪唑啉型 R CNH2CN+CH2CH2CH2OH(CH2)3OSO3-4 4、磷酸酯盐型：、磷酸酯盐型：单酯单酯R3NR1R2CH2CH2OPOHOO双酯双酯R3NR1R2CH2CH2OPOROO分类：按整体化学结构分甜菜碱型NCH2COORCH3CH3阴离子部分：磺酸基、硫酸酯基等阴离子部分：磺酸基、硫酸酯基等阳离子：磷和硫等阳离子：磷和硫等咪唑啉型咪唑啉型CNRCCH2NCH2COOCH2CH2OHH2氨基酸型氨基酸型氧化胺型氧化胺型RNH2CH2CH2COON-N-烷基烷基-氨基丙氨基丙酸酸RCHCOONH2RN-N-烷基烷基-亚氨基羧酸亚氨基羧酸R1N+R2R3O-1、甜菜碱型 甜菜碱是从甜菜中提取出来的一种天然含氮化合物 化学名称：三甲基乙酸铵 化学结构式：NCH2COORCH3CH3 所有具有类似结构的化合物，包括含硫及含磷的类似化合物，统称为甜菜碱。天然甜菜碱因为分子中不具备足够长的疏水基而缺乏表面活性，只有当分子结构中一个CH3被一个C8C20长链烷基取代后才具有表面活性剂性质。具有表面活性剂性质的甜菜碱被统称为甜菜碱型两性表面活性剂。如分子中只含有一个长链烷基的甜菜碱，称作烷基甜菜碱：R=C8C18种类：天然甜菜碱分子中的甲基可以被其它取代基取代，得到烷基芳基甜菜碱或烷基酰胺丙基甜菜碱(AAPB)等；连接正、负电荷中心的碳桥可以增长，得到丙基甜菜碱，丁基甜菜碱等；乙酸基也可被其它基团取代、得到磺乙基甜菜碱、磺丙基甜菜碱或硫酸乙基甜菜碱、磷酸乙基甜菜碱等。甜菜碱型两性表面活性剂与其它两性表面活性剂的区别：由于分子中季铵氮的存在，在碱性溶液中不具阴离子性质。在不同的pH范围，只会以两性离子或阳离子表面活性剂的形式存在。在等电区，不会象其它具有弱碱性氮的两性表面活性剂那样出现溶解度急剧降低的现象。可以与阴离子表面活性剂配伍使用，不会形成水不溶性“电中性”化合物。主要品种：烷基甜菜碱 椰油酰胺丙基甜菜碱 磺基甜菜碱 羟磺基甜菜碱烷基甜菜碱 烷基甜菜碱也称烷基二甲基甜菜碱，烷基一般为C12C14 国内习惯将十二烷基甜基碱(LB)或椰油基甜菜碱(COB)称作BS12。十二烷基甜菜碱（十二烷基甜菜碱（BS-12BS-12）最常用、最重要的品种最常用、最重要的品种具有良好的润湿性和洗涤性，对钙、镁离子具有良好的螯合具有良好的润湿性和洗涤性，对钙、镁离子具有良好的螯合能力，可在硬水中使用能力，可在硬水中使用合成：氯乙酸钠法 十二叔胺或椰油叔胺与氯乙酸钠在碱性水溶液中反应制得：性能与应用：在水溶液中反应制得的甜菜碱两性表面活性剂的浓度一般在30%35%之间。易溶于水，具有优良的去污、柔软、抗静电、发泡和润湿性能，对皮肤刺激性小、手感好，易生物降解、毒性低，有良好的抗硬水性和对金属的缓蚀性。可广泛用于配制洗发香波、泡沫浴和儿童用浴剂，也用作纺织的柔软剂、抗静剂、羊毛缩绒剂、杀菌清毒剂、金属防蚀剂、乳化剂及橡胶工业的凝胶乳化剂等。4.1.2 烷基酰胺甜菜碱(AAPB)合成：还可与脂肪酸甲酯反应，则副产甲醇；与甘油酯反应，则副产甘油还可与脂肪酸甲酯反应，则副产甲醇；与甘油酯反应，则副产甘油品种、性能、应用：月桂酰胺丙基甜菜碱(LAB)椰油酰胺丙基甜菜碱(CAB)油酰胺丙基甜菜碱(OAB)该类表面活性剂与阳离子、阴离子、非离子表面活性剂配伍性好，不但具有理想的洗涤、调理、抗静电和杀菌作用，而且刺激性低、柔软性好，对皮肤作用温和，泡沫丰富，有良好的粘度调节作用。可广泛用于配制香波、浴剂、洗面奶、婴儿洗涤用品、餐洗等。磺基甜菜碱(SB)用烷基磺酸取代羧基甜菜碱中的烷基羧酸，得磺基甜菜碱 与羧基甜菜碱的异同：磺基甜菜碱因分子结构中的负电荷中心是强酸性的磺酸基官能团，强碱性的季铵离子与具有同样强酸性的磺酸基离子相平衡，因而其情形与羧基甜菜碱不一样，它们不会形成外盐，在几乎所有pH范围内均维持两性离子状态，并可与其它所有表面活性剂配伍。它们可在酸、碱和强电解质中稳定存在，可以与碱金属、碱土金属及其它金属离子配伍。羧基甜菜碱性能温和，但化学稳定性、钙皂分散性不强，而磺基甜菜碱在这些性能上有所改善。合成：可行的技术路线是采用长链烷基叔胺和丙烯氯或表氯醇(环氧氯丙烷)、亚硫酸氢钠为原料合成。丙烯氯丙烯氯表氯醇表氯醇磺基甜菜碱磺基甜菜碱(SB)羟磺基甜菜碱（羟磺基甜菜碱（HSB）磺基甜菜碱化学结构中，当连接N与S的次甲基数CH2为3时，其去污力、水溶性、钙皂分散力最优。性能与应用：在洗涤剂配方中使用少量的磺基甜菜碱，可提高产品的润湿、起泡、去污和钙皂分散等性能。磺基甜菜碱性能温和，刺激性低，与阴离子表面活性剂混合，可降低其刺激性，因此，广泛用于配制香波、浴液、洗面奶等个人保护用品。2 咪唑啉型 咪唑啉型两性表面活性剂凡分子结构中含有咪唑啉结构的一类两性表面活性剂。结构特点：咪唑啉的母体结构是咪唑，分子结构为包含叔氮和亚胺基团的五元杂环。二氢代咪唑被命名为咪唑啉。CH2NNCH2CH2COOCH2CH2OHRCH2NNCH2RHOCH2CH2CH2COO2-2-烷基烷基-N-N-羧甲基羧甲基-N-N-羟乙基咪唑啉羟乙基咪唑啉 2-2-烷基烷基-N-N-羧甲基羧甲基-N-N-羟乙基咪唑啉羟乙基咪唑啉 合成：咪唑啉两性表面活性剂的合成分两步 第一步：合成长链烷基咪唑啉 第二步：使咪唑啉环带上阴离子基团。第一步：生成1羟乙基2烷基咪唑啉 脂肪酸与羟乙基乙二胺反应生成酰胺基胺：RCOOH+H2NCH2CH2NHCH2CH2OH RCONHCH2CH2NHCH2CH2OH 酰胺基胺在高温下分子内部失去一分子水形成环状的1羟乙基2烷基咪唑啉：RCONHCH2CH2NHCH2CH2OH 分子内分子内失水失水 咪唑啉具有遇水水解的特征，长链烷基咪唑啉在不同条件下水解时，可能存在两种开环方式，从而产生两种酰胺基胺：水解产物以仲酰胺为主。水解反应被碱催化而被酸抑制。水水解产物以仲酰胺为主。水解反应被碱催化而被酸抑制。水解反应速率随碱浓度的增加而增加，而在酸性条件下，咪唑解反应速率随碱浓度的增加而增加，而在酸性条件下，咪唑啉环不易质子化，水解速度很慢。啉环不易质子化，水解速度很慢。第二步：引入阴离子基团 可在1羟基2烷基咪唑啉分子中引入的阴离子基团有羧基、磺基、硫酸基、磷酸基等，其中主要的是羧基和磺基。羧酸型咪唑啉：常用的羧烷基化剂有氯乙酸钠、丙烯酸及其衍生物，其中使用最广泛的是氯乙酸钠，用氢氧化钠作催化剂，在此条件下，咪唑啉环非常容易发生水解开环，生成开环的单羧基和双羧基结构的两性咪唑啉混合物。反应式：单羧基单羧基双羧基双羧基磺酸型咪唑啉：用环氧氯丙烷、亚硫酸氢钠与咪唑啉反应，可生成如下磺酸盐：产物组成：两性咪唑啉产品中活性物主要是开环咪唑啉结构，是一种酰胺基氨基酸结构。但该类物质脱水后仍可形成咪唑啉环，所以习惯仍称该类表面活性剂为咪唑啉型两性表面活性剂。性能与应用：优点具有极好的生物降解性能，能迅速完全地降解，无公害产生对皮肤和眼睛的剌激性极小发泡性很好 应用化妆品助剂、香波、纺织助剂等石油、冶金、煤炭等工业领域的金属缓蚀剂、清洗剂、破乳剂等 据统计，在美国生产的两性表面活性剂中，咪唑啉衍生物占其总量的60%以上3 氧化胺型 氧化胺是一四面体，其氮原子以配位键与氧原子相连，呈半极性，有称阳离子型，也有称非离子型。但因其化学性质与两性离子型相似，它既能与阴离子表面活性剂相容，也能和非离子或阳离子活性剂相容，故并入两性离子型活性剂中。它在中性和碱性溶液中显示出非离子特性，在酸性介质中显示弱阳离子性质。合成：烷基氧化胺烷基氧化胺烷基酰胺丙基氧化胺烷基酰胺丙基氧化胺性能与应用：优良的发泡、洗涤、乳化、增溶、增稠等作用；对氧化剂、酸碱的化学稳定性较好；刺激性低，生物降解性好；与阴离子表面活性剂有协同效应。广泛用于洗涤剂，香波、浴液、洗面奶、婴儿洗涤剂、餐具洗涤剂和硬表面清洗剂等产品中。4 氨基酸型 以生物物质为基础的表面活性剂，最初主要用作医药及化妆品中的防腐剂 有研究表明N-肽基氨基酸及其盐作为眼药水添加剂，可提高眼药水舒适度