特殊类型的表面活性剂课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,表面活性剂化学,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,表面活性剂化学,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,表面活性剂化学,*,2024/8/31,表面活性剂化学,1,表面活性剂的合成,2023/9/7表面活性剂化学1表面活性剂的合成,第一节,阴离子表面活性剂,第二节 阳离子表面活性剂,第三节 两性离子表面活性剂,第四节 非离子表面活性剂,第五节 特殊类型表面活性剂,第一节 阴离子表面活性剂,一,.,碳氟表面活性剂,含,氟,表面活性剂是指碳氢链中,氢原子,被,氟,取代了的表面活性剂。,氢原子,可以部分被,氟,原子取代，也可全部被,氟,原子取代，后者称为,全氟,表面活性剂。,这类表面活性剂性能特殊，具有,憎水,、,憎油,的双重特性，降低表面张力的能力极为显著，其应用越来越引人注目。,第五节 特殊类型表面活性剂,一. 碳氟表面活性剂 含氟表面活性剂是指碳氢链中氢原,1,碳氟表面活性剂的性质,“,三高,”,“,两憎,”,1 碳氟表面活性剂的性质“三高” “两憎”,氟表面活性剂的独特性能常被概括为“,三高,”、“,两憎,”。,高热稳定性,高化学惰性,高表面活性,憎水,憎油,这些独特的性能都是由于分子结构中引入了碳氟链而引起，因此,氟原子的独有性质,是氟表面活性剂具有不寻常性质的根本原因。,元素,H,F,电负性,2.1,4.0,范德华半径,/Pm,120,135,C-X,键键长,/Pm,111,139,C-X,键键能,/KJmlo,-1,410,452,表,1.,氢、氟原子的一些性质参数,1,氟表面活性剂的独特性能常被概括为“三高”、“两憎”。,氟是电负性最大的元素,氟的,2s,和,2p,轨道与碳相应轨道的匹配良好,CF,键的键能比,CH,键能大得多，不易断裂,.,一般氟表面活性剂都能耐,400,以上高温。,全氟烷基磺酸在,400,下加热,3h,后才有微量分解,全氟烷基羧酸加热到,550,才分解,大部分同碳数的碳氢表面活性剂加热到,300,左右就大量分解,a.,高热稳定性,氟是电负性最大的元素 a. 高热稳定性,b.,高化学惰性,氟表面活性剂的高化学惰性是氟原子的保护作用引起的，也称为氟原子的,屏蔽效应,。,F,的半径较大,F,的电负性强,邻近,F,原子间的斥力非常大,邻近,F,原子彼此错开一定角度,F,围绕,C,链主轴螺旋分布,F,原子紧密覆盖在,C,链表面，,从而能够屏蔽外来试剂的进攻，并且,F,原子所带多余负电荷可以形成负电保护层，亲核试剂难以接近，更不能穿透。,b. 高化学惰性 氟表面活性剂的高化学惰性是氟,CF,键的高度极化,使,CC,的距离缩短，从而使它的键能增加。实验结果证明，,C-C,键的键长缩短，因而热稳定性高，化学惰性大。,CF键的高度极化 使CC的距离缩短，从而使它的键能增,c.,高表面活性,碳氢表面活性剂和氟表面活性剂的饱和吸附量相差不大时，氟表面活性剂降低水表面张力的能力和效率远远高于碳氢表面活性剂。,c. 高表面活性 碳氢表面活性剂和氟表面活性剂,d.,憎水憎油,碳氟链的范德华引力小，因此它不仅与水的亲和力小，而且与碳氢化合物的亲和力也小，这就造成它不仅“憎水”，而且“憎油”的特性。,聚四氟乙烯之所以作为“不粘锅”覆盖层的主要成分就是因为碳氟链既“憎水”又“憎油”的特性使得水跟油都不能在其铺展、粘附。,碳氟链的“憎油”特性也为寻找碳氢化合物的表面活性剂提供了思路。在碳氟链的末端引入极性低的亲油基团，就可以用于降低油的表面张力。,d. 憎水憎油 碳氟链的范德华引力小，因此它不,e.,其他特点,环境相容性好,单质氟和离子性氟化物具有很强的毒性，但是氟表面活性剂的毒性却很低，对环境污染小。,降低油,/,水界面张力能力差,氟表面活性剂对于降低水的表面张力虽有很强的能力，但是对于降低油,/,水的界面张力则能力不佳，这是碳氟链的“憎油”所引起的。,e. 其他特点 环境相容性好,2,碳氟表面活性剂的分类,离子型,非离子型,阳离子型,阴离子型,两性型,如：,阴离子型,R,F,COOH,阳离子型,R,F,CH,2,CH,2,N,+,(CH,3,),2,C,2,H,5,I,-,两性,R,F,N,+,(CH,3,),2,(CH,2,),n,SO,3,-,非离子型,CF,3,(CF,2,),n,CH,2,O(CH,2,CH,2,O),m,H,2 碳氟表面活性剂的分类离子型非离子型阳离子型阴离子型两性型,3,碳氟表面活性剂的应用,高 效 稳 定,由于氟表面活性剂的独特性能，使得它在许多工业领域都有广泛用途，如纺织、皮革、造纸、选矿、农药等领域。,3 碳氟表面活性剂的应用高 效 稳 定 由于氟表面活性,a.,高效灭火剂,轻水泡沫灭火剂,在油面上迅速铺展成膜,缩短灭火时间,提高灭火性能,抗复燃性好,a.高效灭火剂轻水泡沫灭火剂在油面上迅速铺展成膜缩短灭火时间,b.,电镀,抑,铬酸雾,剂,在电解液液面上形成致密泡沫，阻止铬酸雾的逸出。,安全生产,c.,织物整理剂,d.,高聚物添加剂,e.,感光材料,b. 电镀抑铬酸雾剂,在电解液液面上形成致密泡沫，阻止铬酸雾,处理固体表面，使固体表面抗水、抗粘、防污、防尘，作憎水剂、憎油剂。,能溶于“液体蜡”，制成自然发光的,乳液上光剂,，用于擦亮地板。,处理固体表面，使固体表面抗水、抗粘、防污、防尘，作憎,4,碳氟表面活性剂的合成,电化学氟化法,氟烯烃调聚法,氟烯烃齐聚法,b.,中间体转化,a.,长链氟烷基的合成,4 碳氟表面活性剂的合成 电化学氟化法 b. 中间体转化a.,由于疏水链为碳氟链，故氟表面活性剂的合成方法与碳氢表面活性剂的合成方法有很大的区别。 其合成一般分为,3,个步骤：首先合成含,6,10,个碳原子的,碳氟化合物,，然后制成,易于引进各种亲水基团的含氟中间体,，最后再,引进各种亲水基团,制成各类表面活性剂。 其中含氟烷基的合成是制备碳氟表面活性剂的关键，使用最多的合成方法主要有,3,种。,由于疏水链为碳氟链，故氟表面活性剂的合成方法与碳氢表,a.,长链氟烷基的合成,电化学氟化法,将需要被氟化的有机物溶解或分散在无水氟化氢中，在低于,8V,的直流电压下进行电解，阴极产生氢气，而有机物在阳极被氟化。在氟化过程中，只有氢原子被氟原子取代，其他官能团仍被保留。,a. 长链氟烷基的合成 电化学氟化法,氟烯烃调聚法,利用全氟烷基碘、低级醇等物质作为端基物调节聚合四氟乙烯等含氟单体制得低聚合度的含氟烷基调节物。,氟烯烃调聚法,氟烯烃齐聚法,四氟乙烯、六氟丙烯及六氟丙烯环氧化合物在非质子极性溶剂中以氟阴离子催化可低聚成,C,6,C,14,的中间体，这些中间体具有高度分枝的支链。,氟烯烃齐聚法,b.,中间体转化,以上反应得到具有碳氟链的中间体，其端基是较为活泼的官能团，再通过各种有机反应可,引入极性基团,就可得到各种类型的氟表面活性剂。,三种方法的比较：,1.,电解氟化法,最早使用，反应简单，氟化是逐步进行的，产物复杂，产率低，产品结构单一。,2.,调聚法,制得的碳氟链为直链，表面活性高，但产物为不同链长化合物的混合物。最大优点是得到的全氟碘代烷，碘容易脱落，可用于合成各类碳氟表面活性剂。,综合而言，该方法最优,。,3.,齐聚法,安全性高，反应容易控制，但由于支链产物的表面活性不高，其应用受到较大限制。,b. 中间体转化 以上反应得到具有碳氟链的中间体，其端,二,.,含,硅,表面活性剂,有机硅表面活性剂主要是指以,聚二甲基硅氧烷,为疏水主链，在其中间位或端位连接一个或多个,有机极性基团,而构成的一类表面活性剂。,二. 含硅表面活性剂有机硅表面活性剂主要是指以聚二甲基硅氧烷,离子型,非离子型,阳离子型,阴离子型,两性型,分类,离子型非离子型阳离子型阴离子型两性型分类,R,，,R,代表烷基链,阴离子型,阳离子型,R，R代表烷基链阴离子型阳离子型,合成,聚硅氧烷,-,聚醚硅表面活性剂,的合成,合成聚硅氧烷-聚醚硅表面活性剂的合成,季铵盐,含硅表面活性剂,的杀菌能力很强，一般配成稀溶液，就能杀死各种细菌例如,革兰氏阴性细菌、葡萄球菌、真菌,等。,硅氧烷表面活性剂具有化妆品配方要求的,润滑性、光泽、调理性、耐水性和特殊触感,等良好特性，在化妆品领域应用前景很好。,性能,优良的,降低表面张力,的性能,硅氧烷表面活性剂在水溶液和非水溶液中都具有表面活性。是除氟表面活性剂之外，目前发现的表面活性剂中最优良的品种。,大多用于,洗发剂、护发素,和,调理香波,中。它们能改善头发的梳理性、光泽和触感。,Si-O,键要比,C-C,键稳定，含硅表面活性剂具有较高的,耐热稳定性。,季铵盐含硅表面活性剂的杀菌能力很强，一般配成稀溶液，就能杀,应用领域,化妆品工业,纺织工业,涂料工业,油田,其他应用,应用领域化妆品工业,分类,离子型,非离子型,阳离子型,两性型,阴离子型,天然型,合成型,半天然半合成,三、高分子表面活性剂,定义,:,分子量在,数千以上,并具有表面活性的物质,分类离子型非离子型阳离子型两性型阴离子型天然型合成型半天然半,如,:,非离子型,高分子表面活性剂：环氧乙烷处理对位烷基苯酚的甲醛缩合物,阴离子型,高分子表面活性剂则可由上述产品硫酸化可得,:,特殊类型的表面活性剂课件,表面活性,较差,乳化,效果好,稳泡,剂,分散性,和,絮凝性,增稠性,防垢剂,性能和用途,表面活性 较差乳化效果好稳泡剂分散性 和 絮凝性增稠性防,四、,冠醚型,表面活性剂,四、 冠醚型表面活性剂,冠醚表面活性剂的环上带有长链烷基，故合成方法与一般冠醚不尽相同。按引人长链烷基的先后，分为如下两大类：,合成方法,(1),通过末端活性基团逐步反应成环,(2),直接在冠环上引人亲油基,冠醚表面活性剂的环上带有长链烷基，故合成方法与一,(1),通过末端活性基团逐步反应成环,(1)通过末端活性基团逐步反应成环,(2),直接在冠环上引人亲油基,(2)直接在冠环上引人亲油基,相转移,催化剂,对不同的,阳离子,有选择性络合，,萃取剂,模拟生物膜 传输,发光材料,性能和用途,较大毒性,相转移 催化剂对不同的阳离子有选择性络合，萃取剂模拟生物膜,如：相转移,催化剂,如：相转移 催化剂,五、,反应型,表面活性剂,能同,基体表面,反应,永久键合,，可解决许多表面活性剂所不能解决的问题。,柔软性,防水性,防缩性,防皱性,防虫、防霉、防静电,五、 反应型表面活性剂能同基体表面反应永久键合，可解决许多表,是细胞与生物膜正常生理活动所不可缺少的成分，一方面广泛地分布于,动植物体内,，另一方面,微生物,在其菌体外较大量地产生、积蓄微生物表面活性剂。,疏水基一般是,脂肪酸或烃类,，而亲水基则为,糖、多元醇、多糖,等。,橄榄脂,六、,生物,表面活性剂,是细胞与生物膜正常生理活动所不可缺少的,微生物在代谢过程中常分泌出一些具有表面活性的代谢产物。如,简单脂类,、,复杂脂类,或,类脂衍生物,。,在这些物质分子中存在着,非极性的疏水基团,和,极性的亲水基团,。,微生物在代谢过程中常分泌出一些具有表面活性的,目前生产生物表面活性剂主要用两种方法：,1.,微生物法,，,2.,酶催化法,。,生物表面活性剂最,重要的特点,：无毒、能快速完全被微生物降解，不会对环境造成污染。,目前生产生物表面活性剂主要用两种方法：1.微,