《新型表面活性剂》PPT课件

1.1 阳 离 子 Gemini表 面 活 性 剂 （ QAS Cn-Cn）1.1.1 合 成 原 料 以 脂 肪 胺 、 三 聚 氯 氰 、 乙 二 胺 、 N,N二 甲 基 1,3丙 二 胺和 氯 化 苄 为 原 料 合 成 了 三 种 不 同 碳 链 长 度 （ n=6、 8、 12） 的 阳 离子 Gemini表 面 活 性 剂 （ QAS Cn-2-Cn）分 子 结 构 以 脂 肪 胺 、 三 聚 氯 氰 、 乙 二 胺 、 N,N二 甲 基 1,3丙 二 胺 和 氯 化 苄 为 原 料 合 成 了 三 种 不 同 碳 链 长 度 （ n=6、 8、 12）的 阳 离 子 Gemini表 面 活 性 剂 （ QAS Cn-2-Cn）1.1.2 分 子 结 构1阳 离 子 表 面 活 性 剂 1.1.3 合 成 路 线 三 聚 氯 氰 作 为 一 种 有 机 中 间 体 在 农 药 、 染 料 等 领 域 有 着 广 泛 的 应用 ， 分 子 中 的 三 个 氯 原 子 具 有 较 高 的 反 应 活 性 ， 可 以 与 羟 基 、 氨 基 等含 活 泼 氢 化 合 物 发 生 反 应 。 而 且 通 过 调 节 反 应 温 度 和 pH值 可 以 控 制三 个 氯 原 子 的 反 应 程 度 ， 实 现 逐 步 取 代 ， 通 过 三 聚 氰 胺 这 一 特 性 将三 聚 氯 氢 和 长 碳 链 脂 肪 胺 反 应 制 备 单 疏 水 链 段 ， 然 后 再 与 乙 二 胺 反 应制 备 Gemini疏 水 链 段 ， 最 后 再 与 N,N-二 甲 基 -1,3-丙 二 胺 和 苄 基 氯 反应 制 得 阳 离 子 Gemini表 面 活 性 剂 。 1.1.4应 用 领 域 和 性 能 Gemini表 面 活 性 剂 是 指 一 类 分 子 中 含 有 两 个 或 两 个 以 上 亲 水 亲 油 基团 的 表 面 活 性 剂 。 从 分 子 结 构 上 看 ， Gemini表 面 活 性 剂 相 似 于 两 个 单 链表 面 活 性 剂 的 聚 结 ， 故 又 称 为 “ 二 聚 表 面 活 性 剂 ” 或 “ 孪 连 型 表 面 活 性剂 ” 。 与 传 统 表 面 活 性 剂 相 比 ， Gemini表 面 活 性 剂 具 有 优 良 的 水 溶 性 、润 湿 性 、 钙 皂 分 散 性 和 更 低 的 临 界 胶 束 浓 度 。 阳 离 子 Gemini表 面 活 性 剂作 为 双 子 表 面 活 性 剂 的 重 要 组 成 之 一 ， 目 前 主 要 是 含 氮 型 双 季 铵 盐 型 的Gemini表 面 活 性 剂 ， 因 其 卓 越 的 吸 附 性 能 ， 独 特 的 聚 集 行 为 和 特 殊 的 聚集 体 结 构 ， 引 起 了 科 研 工 作 者 的 广 泛 关 注 。 随 着 疏 水 碳 链 长 度 的 增 长 ， 对 应 产 物 的 CMC逐 渐 降 低 ， 说 明 随 着碳 链 长 度 的 增 长 ， 表 面 活 性 剂 的 疏 水 作 用 增 加 ， 更 易 在 溶 液 中 形 成 胶 束 。由 于 QAS Cn-2-Cn中 N原 子 的 三 角 锥 型 结 构 ， 导 致 两 条 疏 水 链 不 平 行 ，这 就 使 分 子 间 两 条 疏 水 链 之 间 的 相 互 作 用 增 强 ， 导 致 其 在 界 面 层 形 成 一层 膜 。 1.2 全 氟 丁 基 阳 离 子 表 面 活 性 剂 的 合 成 与 表 面 性 能1.2.1合 成 原 料 全 氟 丁 基 磺 酰 氟 与 N， N 二 甲 基 1， 3 丙 二 胺 为 原 料 ， 合 成全 氟 丁 基 磺 酰 胺 ， 再 与 烷 基 二 溴 季 铵 盐 化 ， 成 功 得 到 了 4 种 全 氟 丁 基型 阳 离 子 表 面 活 性 剂 。1.2.2 合 成 路 线 以 短 碳 链 的 全 氟 丁 基 磺 酰 氟 为 原 料 ， 与 N， N 二 甲 基 1， 3 丙 二 胺 反 应 得 到 全 氟 丁 基 磺 酰 胺 ， 再 与 烷 基 二 溴 季 铵 盐 化 ， 得 到双 子 型 阳 离 子 表 面 活 性 剂 。 其 合 成 工 艺 如 下 : 1.2.3 应 用 领 域 和 性 能 ： 这 种 表 面 活 性 剂 具 有 高 表 面 活 性 、 高 化 学 稳 定 性 、 高 热 稳定 性 、 既 憎 水 又 憎 油 ， 适 用 于 强 酸 性 环 境 并 且 不 易 受 盐 度 环 境 的干 扰 ， 加 盐 还 能 明 显 改 善 表 面 活 性 剂 的 性 能 、 降 低 该 表 面 活 性 剂的 CMC。 该 氟 表 面 活 性 剂 由 于 氟 碳 链 短 ， 可 避 免 其 对 环 境 的 有害 影 响 ， 从 而 作 为 全 氟 辛 基 磺 酸 或 全 氟 辛 酸 类 衍 生 氟 表 面 活 性 剂的 替 代 品 。 这 种 物 质 由 于 碳 氟 链 短 但 是 表 面 活 性 高 ， 所 以 符 合 当今 氟 表 面 活 性 剂 的 发 展 方 向 。 1.3.1合 成 原 料 以 价 廉 易 得 的 甲 胺 盐 酸 盐 和 溴 代 烷 （ 1， 3 二 溴 丙 烷 ， 1， 4-二 溴丁 烷 和 1， 6一 二 溴 己 烷 ） 为 原 料 ， 采 用 分 步 法 成 功 制 得 一 系 列 三 个头 基 和 三 条 疏 水 尾 基 三 聚 季 铵 盐 阳 离 子 表 面 活 性 剂 12-n-12-n-123Br(n=3， 4， 6)。1.3.2合 成 路 线（ 1） N-甲 基 十 二 胺 (RNHMe)的 合 成 在 三 颈 烧 瓶 中 加 入 甲 胺 盐 酸 盐 33.5g(500mmoL)， 按 n(甲 胺 盐 酸 盐 )：n(Na0H)=2： 1加 入 NaOH， 异 丙 醇 200mL， 搅 拌 下 回 流 反 应 ， 析 出 大量 胺 后 开 始 滴 加 n-溴 代 十 二 烷 n(甲 胺 盐 酸 盐 )： n(n一 溴 代 十 二 烷 )=1：5-1： 8， 滴 毕 ， 回 流 反 应 15h18 h。 蒸 除 异 丙 醇 ， 冷 却 至 室 温 ， 搅拌 下 用 5molL。 1NaOH溶 液 中 和 至 白 色 沉 淀 完 全 消 失 ； 分 液 ， 水 相用 二 氯 乙 烷 (3-6 20mL)萃 取 ， 合 并 有 机 相 ， 用 无 水 MgSO4。 干 燥 ，旋 干 溶 剂 ， 减 压 蒸 馏 收 集 馏 分 得 无 色 油 状 液 体 RNHMe。1.3.三 聚 阳 离 子 表 面 活 性 剂 的 合 成 (2)溴 代 烷 基 十 二 烷 基 二 甲 基 溴 化 铵 (12-n-Br)的 合 成 在 三 颈 烧 瓶 中 加 入 RNMe210.6g(50mm0L)， 乙 腈 60mL， N2保 护 ，搅 拌 下 于 35 一 45 滴 加 l， 3一 二 溴 丙 烷 3 04g(15 mmoL， 约 1.5h)，回 流 反 应 15h-18h。 冷 却 ， 蒸 除 溶 剂 ， 用 乙 醚 (或 丙 酮 )沉 淀 ， 过 滤 ， 滤饼 干 燥 得 白 色 粉 末 溴 代 丙 基 十 二 烷 基 二 甲 基 溴 化 铵 (12-3-Br)。 用 类 似方 法 合 成 白 色 粉 末 溴 代 丁 基 十 二 烷 基 二 甲 基 溴 化 铵 (12-4-Br)和 溴 代 己基 十 二 烷 基 二 甲 基 溴 化 铵 (12-6-Br)。(3)12-n-12-n-123Br的 合 成 三 颈 烧 瓶 中 加 入 RNHMe2.0g(10mmmoL)， 异 丙 醇 20mL，NaOH(或 Na2C03)10nunol， N2保 护 ， 回 流 状 态 下 边 搅 拌 边 滴 加 12-n-Br8.7g(21mmoL)的 异 丙 醇 (20mL)溶 液 (约 2h-3h)， 回 流 反 应 3d。 冷 却 ，蒸 除 溶 剂 ， 用 丙 酮 沉 淀 ， 过 滤 ， 滤 饼 用 热 丙 酮 洗 涤 两 次 ， 干 燥 得 白 色粉 末 12-n-12-n-123Br。 三 聚 阳 离 子 表 面 活 性 剂 12-n-12-n-123Br(n=3， 4， 6)d的 合 成 方 程 式1.3.3应 用 领 域 及 性 能 同 双 子 (二 聚 )表 面 活 性 剂 相 比 ， 三 聚 表 面 活 性 剂 具 有 更 加 优 异 的 性 能 (1)更 高 的 表 面 活 性 ； (2)更 低 的 临 界 胶 束 浓 度 (CMC)； (3)更 低 的 Kraffle点 ； (4)与 其 它 表 面 活 性 剂 具 有 更 好 的 配 伍 性 能 ， 能 产 生 更 好 的 协 同 效 应 ； (5)具 有良 好 的 钙 皂 分 散 性 能 ； (6)具 有 更 好 的 润 湿 性 能 等 。 但 是 三 聚 表 面 活 性 剂 的合 成 较 为 困 难 ， 且 操 作 繁 琐 ， 耗 时 较 长 ， 收 率 很 低 。 2 阴离子表面活性剂2.1高 级 脂 肪 酸 盐 系 肥 皂 类 ， 通 式 ： (RCOO-)nMn ， 如 硬 脂 酸 钠 、 镁 等 。 分 类 ： 一 价 金 属 皂 (钾 、 钠 皂 )； 二 价 或 多 价 皂 (铅 、 钙 、铝 皂 )； 有 机 胺 皂 (三 乙 醇 胺 皂 )。 性 质 ： 具 有 良 好 的 乳 化 能 力 ， 易 被 酸 及 多 价 盐 破 坏 ， 电解 质 使 之 盐 析 。 应 用 ： 具 有 一 定 的 刺 激 性 ， 只 供 外 用 。 这类表面活性剂起表面活性作用的部分是阴离子。 2.2 硫 酸 化 物 ： 通 式 ： ROSO3-M+硫 酸 化 油 ,高 级 脂 肪 醇 硫 酸 酯 类 。 分 类 ： 硫 酸 化 油 ， 如 硫 酸 化 蓖 麻 油 ， 俗 称 土 耳 其 红 油 ；高 级 脂 肪 醇 硫 酸 酯 ， 如 十 二 烷 基 硫 酸 钠 （ SDS） ， 又 称月 桂 醇 硫 酸 钠 （ SLS） 。 性 质 ： 可 与 水 混 溶 ， 为 无 刺 激 的 去 污 剂 和 润 湿 剂 ； 乳化 性 很 强 ， 稳 定 、 耐 酸 、 钙 ， 易 与 一 些 高 分 子 阳 离 子药 物 发 生 作 用 产 生 沉 淀 。 应 用 ： 代 替 肥 皂 洗 涤 皮 肤 ； 有 一 定 刺 激 性 ， 用 于 外 用软 膏 的 乳 化 剂 。 2.3.磺 酸 化 物 ： 通 式 ： 脂 肪 族 磺 酸 化 物 RSO3-M+ 和 烷 基 芳 基 磺 酸 化 物 RC6H5SO3 M 分 类 ： 脂 肪 族 磺 酸 化 物 ， 如 二 辛 基 琥 珀 酸 磺 酸 钠 （ 阿 洛索 -OT） 、 二 己 基 琥 珀 酸 磺 酸 钠 ； 烷 基 芳 基 磺 酸 化 物 ，如 十 二 烷 基 苯 磺 酸 钠 （ 常 用 洗 涤 剂 ） ； 胆 酸 盐 ， 如 牛 磺胆 酸 钠 、 甘 胆 酸 钠 。 性 质 ： 水 溶 性 及 耐 酸 、 耐 钙 、 镁 盐 性 比 硫 酸 化 物 差 ， 但不 易 水 解 。 应 用 ： 用 作 胃 肠 脂 肪 的 乳 化 剂 和 单 脂 肪 酸 甘 油 酸 的 增溶 剂 ； 较 好 的 洗 涤 剂 。 十 二 烷 基 苯 磺 酸 钠分 子 结 构 ： 制 备 方 法 ： 由 直 链 烷 基 苯 （ LAB） 用 三 氧化 硫 或 发 烟 硫 酸 磺 化 生 成 烷 基 磺 酸 ， 再 中 和 制成 。 应 用 领 域 与 性 能 ： 烷 基 苯 磺 酸 钠 是 中 性 的 ，对 水 硬 度 较 敏 感 ， 不 易 氧 化 ， 起 泡 力 强 ， 去 污力 高 ， 易 与 各 种 助 剂 复 配 ， 成 本 较 低 ， 合 成 工艺 成 熟 ， 应 用 领 域 广 泛 ， 是 非 常 出 色 的 阴 离 子表 面 活 性 剂 。 3 两 性 表 面 活 性 剂3.1 去 氢 枞 酸 甜 菜 碱 类 两 性 表 面 活 性 剂 松 香 是 自 然 界 极 其 丰 富 的 可 再 生 的 林 产 化 工 资源 ， 以 从 岐 化 松 香 中 提 取 的 去 氢 枞 酸 为 原 料 ， 合 成了 N-(3-去 氢 枞 酰 氧 基 -2-羟 基 )丙 基 -N， N-二 甲 基 羧甲 基 甜 菜 碱 和 N-(3-去 氢 枞 酰 氧 基 -2-羟 幕 )丙 摹 -N，N-二 甲 基 (2-羟 基 )磺 丙 基 甜 菜 碱 这 两 种 甜 菜 碱 类 两 性表 面 活 性 剂 在 相 当 宽 的 pH值 范 围 内 均 有 良 好 的 表 面活 性 ， 同 时 具 有 复 配 性 好 、 毒 性 低 、 刺 激 小 、 生 物降 解 度 高 等 优 点 。 合 成 路 线 3.2 新 型 咪 唑 啉 型 两 性 表 面 活 性 剂 该 表 面 活 性 剂 是 一 种 新 型 的 咪 唑 啉 两 性 表 面 活性 剂 ， 其 原 料 易 得 ， 合 成 工 艺 简 单 ， 操 作 方 便 。 由测 试 结 果 可 看 出 ， 该 表 面 活 性 剂 具 有 较 高 的 表 面 活性 和 较 好 的 润 湿 能 力 ， 是 一 种 性 能 良 好 的 水 溶 性 表面 活 性 剂 。 把 制 得 的 该 表 面 活 性 剂 用 于 皮 革 加 脂 剂 中 ， 可使 皮 革 丰 满 、 柔 软 ， 初 步 显 示 出 其 良 好 的 应 用 性 能 ，但 还 有 待 进 一 步 开 发 研 究 。 合 成 路 线 4 非 离 子 表 面 活 性 剂4.1 烷 基 多 苷 型 非 离 子 表 面 活 性 剂 （ APG） APG有 许 多 卓 越 的 性 能 , 除 具 有 优 良 的 表 面 活 性 、 泡沫 力 、 润 湿 力 、 洗 涤 力 等 众 所 周 知 的 功 能 特 性 外 , 它 还 具有 优 良 的 温 和 性 和 高 度 的 生 物 降 解 性 。 APG有 保 护 皮 肤 和 头 发 的 作 用 ,主 要 用 于 个 人 护 理 用 品配 方 中 , 如 香 波 、 浴 液 和 头 发 调 理 剂 等 。 APG的 性 能 也 适合 配 制 硬 表 面 清 洗 剂 和 洗 衣 用 洗 涤 剂 。 C12-C14烷 基 多 苷在 一 些 特 殊 配 方 , 特 别 是 微 乳 状 液 中 作 乳 化 剂 ,C16-C18 APG与 脂 肪 醇 掺 和 在 O/W乳 化 体 中 有 自 乳 化 作 用 。 APG有 很好 的 润 湿 和 渗 透 性 质 ,它 是 非 离 子 表 面 活 性 剂 ,对 高 浓 度 电解 质 不 敏 感 , 并 且 APG 与 聚 氧 乙 烯 型 非 离 子 表 面 活 性 剂 不同 的 是 它 没 有 浊 点 , 因 此 适 合 农 业 应 用 。 4.2 N-烷 酰 基 -N-甲 基 葡 萄 糖 胺 (MeGA) N- 烷 酰 基 - N- 甲 基 葡 萄 糖 胺 有 极 好 的 表 面 活 性 , 可 用 于 重 垢 液 体 洗 涤 剂 中 代 替 LAS 和 AE,MeGA 与AES 复 配 使 用 有 非 常 好 的 效 果 。 MeGA-12的 合 成 分 成 两 步 进 行 。 第 一 步 是 甲 胺 与 葡 萄 糖的 醛 基 进 行 还 原 性 烷 基 化 反 应 。 该 反 应 也 可 用 由 谷 物 淀 粉 得到 的 葡 萄 糖 浆 代 替 葡 萄 糖 , 用 阮 莱 镍 作 催 化 剂 进 行 氢 化 反 应 。第 二 步 反 应 是 仲 胺 基 多 元 醇 与 月 桂 酸 甲 酯 进 行 酰 化 反 应 , 将副 产 物 甲 醇 不 断 蒸 出 , 生 成 五 羟 基 酰 胺 , 如 图 所 示 。 4.3 固 醇 衍 生 类 非 离 子 表 面 活 性 剂 植 物 固 醇 具 有 消 炎 和 止 痒 两 种 功 效 。 因 为 固 醇 对皮 肤 无 毒 , 生 物 亲 和 性 好 。 聚 氧 乙 烯 胆 固 醇 表 面 活 性 剂能 减 少 人 体 对 胆 固 醇 的 吸 收 , 但 不 影 响 体 重 , 也 不 影 响 脂肪 酸 的 排 泄 。 来 源 于 妥 尔 油 的 谷 固 醇 也 有 同 样 的 效 果 , 把 它 添 加 到 食 物 中 时 能 减 少 血 液 中 胆 固 醇 的 含 量 。 这 类表 面 活 性 剂 的 毒 性 非 常 低 , 对 皮 肤 无 刺 激 或 仅 有 轻 微 刺激 , 特 别 对 眼 睛 无 刺 激 。 因 固 醇 表 面 活 性 剂 足 够 的 安 全性 及 对 皮 肤 有 益 的 生 物 活 性 , 使 其 主 要 用 于 个 人 保 护 用品 、 化 妆 品 、 沐 浴 剂 、 头 发 调 理 剂 中 , 也 可 用 于 医 药 中 。 谢 谢 !