1、5.1 陽離子表面活性劑概述5.2 陽離子表面活性劑的合成5.3 陽離子表面活性劑的應用1、掌握陽離子表面活性劑的基本性質2、掌握陽離子表面活性劑的合成方法3、了解陽離子表面活性劑的應用陽離子陽離子表面活性劑正好與表面活性劑正好與陰離子陰離子表面活性劑結構相反。表面活性劑結構相反。如圖如圖其親水其親水基一端是陽離子，故稱基一端是陽離子，故稱陽離子陽離子表面活性劑，表面活性劑，疏水基疏水基與陰離子類似主要為不同碳原子數的碳氫鏈。與陰離子類似主要為不同碳原子數的碳氫鏈。 1928年，陽離子表面活性劑開始應用，當時用作殺菌劑。年，陽離子表面活性劑開始應用，當時用作殺菌劑。這類表面活性劑的產量增長較快

2、，品種發展迅速，這類表面活性劑的產量增長較快，品種發展迅速，應用范圍口益廣泛應用范圍口益廣泛:殺菌劑、腈綸勻染劑、纖維柔軟劑、抗靜電劑、浮選劑殺菌劑、腈綸勻染劑、纖維柔軟劑、抗靜電劑、浮選劑目前陽離子表面活性劑的產量還比較小，但其增長速度目前陽離子表面活性劑的產量還比較小，但其增長速度要比陰離子和非離子大得多。要比陰離子和非離子大得多。5.1.1 陽離子表面活性劑的分類5.1.2 陽離子表面活性劑的性質按化學結構分為：1、胺鹽型2、季銨鹽型 r-n（ch3）3cl3、雜環型4、鎓鹽型r-nh2hcl伯胺鹽 ch3 |r-n-hcl仲胺鹽 | h ch3 |r-n+-ch3cl-季銨鹽 | ch

3、3 ch3 |r-n-hcl叔胺鹽 | ch3主要為含氮的主要為含氮的有機衍生物有機衍生物其它含氮等的有機衍生物r-nh2hcl伯胺鹽 ch3 |r-n-hcl仲胺鹽 | h ch3 |r-n-hcl叔胺鹽 | ch35.1.1.1 胺鹽型胺鹽型該類產物是該類產物是弱酸的鹽弱酸的鹽，在酸性條件下具有表面活性，在酸性條件下具有表面活性，在在堿性條件下堿性條件下，胺游離出來而失去表面活性，胺游離出來而失去表面活性，因面使它的使用因面使它的使用受到限制受到限制。無殺菌能力無殺菌能力纖維柔軟劑纖維柔軟劑勻染劑勻染劑浮選劑浮選劑an 四聲四聲5.1.1.2 季銨鹽型季銨鹽型 r1 |r2-n+-ch3

4、x- 季銨鹽 | r3季季銨銨鹽與胺鹽不同，它在堿性和酸性介質中都能溶解，鹽與胺鹽不同，它在堿性和酸性介質中都能溶解，且離解為帶正電荷的表面活性離子。且離解為帶正電荷的表面活性離子。季銨鹽季銨鹽洗滌能力差洗滌能力差但殺菌能力強，但殺菌能力強，在陽離子表面活性劑在陽離子表面活性劑中的地位最為重要，產量也最大。中的地位最為重要，產量也最大。an 三聲三聲5.1.1.3 雜環型雜環型雜環類陽離子表面活性劑分子中，除碳、氫原子外，還雜環類陽離子表面活性劑分子中，除碳、氫原子外，還具有其它原子且呈環狀結構的化合物。具有其它原子且呈環狀結構的化合物。這類表面活性劑有：這類表面活性劑有： 嗎啉環、吡啶環、咪

5、唑環、哌嗪環、喹啉環嗎啉環、吡啶環、咪唑環、哌嗪環、喹啉環緩蝕劑、纖維柔軟劑、抗靜電劑等緩蝕劑、纖維柔軟劑、抗靜電劑等5.1.1.4鎓鹽型鎓鹽型鎓鹽類鎓鹽類陽離子表面活性性劑是指季銨鹽陽離子表面活性劑中陽離子表面活性性劑是指季銨鹽陽離子表面活性劑中的親水基團的親水基團n原子原子為其它可攜帶正電荷的元素為其它可攜帶正電荷的元素如：如：p、as、s、i 等時的表面活性劑。等時的表面活性劑。殺蟲劑、殺蟲劑、殺菌劑殺菌劑、阻燃劑、阻燃劑5.1.2 陽離子表面活性劑的性質陽離子表面活性劑的性質溶解性溶解性 r1 |r2-n+-ch3 x- 季銨鹽 | r3 隨著碳鏈長度的隨著碳鏈長度的增加增加 其水溶性

6、和醇溶性均呈其水溶性和醇溶性均呈下降下降趨勢趨勢 15個碳原子水溶性急劇個碳原子水溶性急劇下降下降 烷基鏈上有烷基鏈上有親水親水基團或基團或不飽和不飽和基團基團 的水溶性的水溶性增加；增加；krafft 溫度點溫度點離子型表面活性劑在低離子型表面活性劑在低溫時溶度較低，隨著溫溫時溶度較低，隨著溫度的升高到某一溫度后度的升高到某一溫度后其溶度突然迅速增加，其溶度突然迅速增加，這個溫度即這個溫度即krafft點。點。同系物的碳氫鏈越長其同系物的碳氫鏈越長其krafft點的溫度越高，通過點的溫度越高，通過krafft點可以衡量表面活性劑的溶解性能。點可以衡量表面活性劑的溶解性能。臨界膠束濃度臨界膠束

7、濃度表面活性表面活性1. 同系物隨其碳氫鏈增長其同系物隨其碳氫鏈增長其表面表面張力張力逐漸逐漸下降下降。2. 分子結構相同時，分子結構相同時，表面張力表面張力隨濃濃隨濃濃升高而升高而降低降低，降到一定數值時又會隨，降到一定數值時又會隨升高而升高而有所有所增加增加。5.2 5.2 陽離子表面活性劑的合成陽離子表面活性劑的合成主要是主要是n-烷基化反應烷基化反應5. 2. 1 烷基季銨鹽烷基季銨鹽x x.n n+chch3 3chch3 3chch3 3c c1616h h3333季銨化反應季銨化反應合成方法由高級鹵代烷與低級叔胺反應制得由高級烷基胺和低級鹵代烷反應制得通過甲醛-甲酸法制得。 2.

8、 烷基鏈的影響烷基鏈的影響 1. 鹵離子的影響鹵離子的影響 r-clr rn nx xr rx x+: :r r1r r2r r3 3r r3 3r r2r r1n n+.-+5.2.1.1 高級鹵代烷與低級叔胺的反應高級鹵代烷與低級叔胺的反應r-brr-i 烷基鏈越長烷基鏈越長鹵代烷鹵代烷的活性越弱的活性越弱 3.叔胺叔胺的堿性越強，親核活性越大，越容易反應。的堿性越強，親核活性越大，越容易反應。 大的大的取代基的取代基的空間位阻效應阻礙反應。空間位阻效應阻礙反應。高級鹵代烷與低級叔胺高級鹵代烷與低級叔胺x x.n n+c ch h3 3c ch h3 3c ch h3 3c c1 12 2

9、h h2 25 5n n+c c1 12 2h h2 25 5c ch h3 3c ch h3 3c ch h3 3x x水介質水介質60-80ocx x.n n+c ch h3 3c ch h3 3c ch h3 3c c1 16 6h h3 33 3n n+c c1 16 6h h3 33 3c ch h3 3c ch h3 3c ch h3 3x x醇介質醇介質回流回流十二烷基三甲基溴化銨十二烷基三甲基溴化銨 表活劑表活劑 1231-br十六烷基三甲基溴化銨十六烷基三甲基溴化銨 表活劑表活劑 1631-brbr- 溴溴5.2.1.2 高級烷基叔胺與低級鹵代烷的反應高級烷基叔胺與低級鹵代烷

10、的反應加熱加熱加壓加壓十二烷基三甲基氯化銨十二烷基三甲基氯化銨 dt 乳膠防粘劑乳膠防粘劑十六烷基三甲基氯化銨十六烷基三甲基氯化銨 ctac 纖維柔軟劑纖維柔軟劑cl- 氯氯n n+c c1212h h2525chch3 3chch3 3chch3 3clclx x.n n+chch3 3chch3 3chch3 3c c1212h h2525x-n n+c c1616h h3333chch3 3chch3 3chch3 3clclx x.n n+chch3 3chch3 3chch3 3c c1616h h3333石油醚溶劑石油醚溶劑加壓加壓 80oc 1hx- 制備二甲基烷基胺的最古老的方

11、法(20世紀60年代蘇聯開發），這種方法工藝簡單，成本低廉，因此在工業上得到廣泛的應用，占有重要的地位，但產品質量略差。 將油或脂裂解為脂肪酸和甘油，然后脂肪酸在大氣壓力下于280-360與氨反應形成脂肪酸胺皂，再脫水制成脂肪腈，最后與氫在raney ni催化下進行加氫反應，生成脂肪胺。原原 理理r rc co oo oh hh hn n h h3 3r rc co oo o n nh h4 4h h o o2 2360 c360 co oh h o o2 2360 c360 co or rc c n nh h2 22 2+150 c,1.38 10 pa150 c,1.38 10 pao o

12、x x7 7莫尼鎳催化加氫莫尼鎳催化加氫rconh2r rn nh h2 2+c c h hh ho o2 2c ch hh ho oo o2 2+甲醇溶劑甲醇溶劑加熱加熱r rn nc ch h3 3c ch h3 3h h2 22 2+o o+c co o2 22 2合成方法： 將脂肪胺溶于醇，在35下加入甲酸，然后在50下加入甲醛溶液，最后在80下回流反應數小時，反應產物中二甲基烷基胺的含量約為85%。高級烷基胺與高級烷基胺與低級鹵代烷低級鹵代烷的反應的反應n n+c c1616h h3333chch3 3chch3 3chch3 3clclx x.n n+chch3 3chch3 3c

13、hch3 3c c1616h h3333石油醚溶劑石油醚溶劑加壓加壓 80oc 1hx-表活劑表活劑 16315.2.2.1 含氧原子5.2.2.2 含氮原子5.2.2.3 含硫原子5.2.2.1 含氧原子含氧原子含酰氨基的含酰氨基的含醚基的含醚基的sapamine ms特點：特點：是親水的季銨陽離子與烷基疏水基是通過是親水的季銨陽離子與烷基疏水基是通過酰胺鍵、酯鍵、酰胺鍵、酯鍵、醚鍵或硫醚醚鍵或硫醚等基團相連接，簡稱：等基團相連接，簡稱：間接連接型間接連接型陽離子表面活性劑。陽離子表面活性劑。c17h33c-nhch2ch2 n+ ch3.ch3so4-o oc c2 2h h5 5c c2

14、 2h h5 5 含酰氨基的季銨鹽，酰氨基的引入：通過酰氯與胺反應，先制備含有酰氨基的叔胺，再進行季銨化反應得目的產品。5. 2. 3 含苯環的季銨鹽含苯環的季銨鹽氯化芐氯化芐n nchch3 3chch3 3c c1212h h2525chch2 2clcl+ +80 - 90oc 3h+c c1212h h2525chch3 3chch3 3n nclclchch2 2. .十二烷基二甲基芐基十二烷基二甲基芐基氯氯化銨化銨1227 /潔爾滅潔爾滅/tan1227是一種非氧化性殺菌劑，具有廣譜、高效的殺菌滅藻能力，并具有一是一種非氧化性殺菌劑，具有廣譜、高效的殺菌滅藻能力，并具有一定的分散、

15、滲透作用和一定的緩蝕作用，因此廣泛應用于石油、化工、電定的分散、滲透作用和一定的緩蝕作用，因此廣泛應用于石油、化工、電力、紡織等行業的循環冷卻水系統中用以控制循環冷卻水系統菌藻滋生。力、紡織等行業的循環冷卻水系統中用以控制循環冷卻水系統菌藻滋生。高級烷基叔胺與低級鹵代烷高級烷基叔胺與低級鹵代烷5.2.3.1 潔爾滅潔爾滅+c c1212h h2525chch3 3chch3 3n nchch2 2. .brbr新潔爾滅新潔爾滅低級叔胺與高級鹵代烷低級叔胺與高級鹵代烷chch3 3chch3 3n nchch2 2c ch h2 2c cl lc c1212h h2525brbr+ +. .br

16、brc c1212h h2525n nchch3 3chch3 3chch2 2性能更為優異的殺菌劑性能更為優異的殺菌劑陽離子活性劑陽離子活性劑1227易溶于水，穩定性良好，能耐熱、耐光、耐壓、無揮發性易溶于水，穩定性良好，能耐熱、耐光、耐壓、無揮發性十二烷基二甲基芐基十二烷基二甲基芐基溴溴化銨化銨但所帶離子性與但所帶離子性與陰離子表面活性劑陰離子表面活性劑恰好相反恰好相反所以二者不能與陰離子表面活性混在一起使用，若混合，則產生沉淀并失去效能。所以二者不能與陰離子表面活性混在一起使用，若混合，則產生沉淀并失去效能。5.2.3.2 ntnn，n-二乙基二乙基-（3-甲氧基苯氧乙基）芐基氯化銨甲氧

17、基苯氧乙基）芐基氯化銨（p 121)5.2.3.3 zephirol m (p122)5.2.3.4 hyamine 1622（含醚基銨鹽）（含醚基銨鹽）(p122)5.2.4 含雜化的季銨鹽含雜化的季銨鹽一一 、含嗎啉環季銨鹽（、含嗎啉環季銨鹽（p123)季銨鹽分子結構中所含的雜化主要是嗎啉環、哌嗪環、吡啶環、喹啉環、咪唑環等。季銨鹽分子結構中所含的雜化主要是嗎啉環、哌嗪環、吡啶環、喹啉環、咪唑環等。二、含哌嗪環鹽（二、含哌嗪環鹽（p124)三、含吡啶環環鹽（三、含吡啶環環鹽（p124)四、含喹啉環鹽（四、含喹啉環鹽（p125)五、含咪唑環鹽（五、含咪唑環鹽（p125)六、含噁唑環鹽（六、含

18、噁唑環鹽（p125)高級伯、仲、叔胺與酸中和便成為胺鹽 伯胺鹽 r-nh2hcl 仲胺鹽 r-nh(ch3)hcl 叔胺鹽 r-n(ch3)2hcl 常用的酸有鹽酸、甲酸、乙酸、氫溴酸、硫酸等合成： rnh2+hclrnh2hcl 高級伯胺制備：常用高級伯胺的合成方法有脂肪酸法和高級醇法。脂肪酸法 ：以 rcooh為起點高級醇法 ：以 roh為起點 （1）脂肪酸法 脂肪酸與氨在0.4-0.6mpa、300-320下反應生成脂肪酰胺 rcooh + nh3 rconh2 + h2o然后用鋁土礦石作催化劑，進行高溫催化脫水，得到脂肪腈； rconh rcn + h2o脂肪腈用金屬鎳作催化劑加氫還原

19、，可得到伯胺、仲胺和叔胺 rcn + 2h2 rch2nh2 2rcn + 4h2 (rch2)2nh + nh3 3rcn + 6h2 (rch2)3n + 2nh3 如果需制取不飽和碳鏈的脂肪胺（如十八烯胺），則氫化反應可在有氫飽和的醇中進行。 脂肪酸、氨和氫直接在催化劑上反應制取胺的新工藝如下： rcooh + nh3 +2h2 rch2nh2 + 2h2o 脂肪醇和氨在380400和12.1617.23mpa下反應，可制得伯胺。 roh + nh3 rnh2 + h2o 高碳醇與氨在氫氣和催化劑存在下，也能發生上述反應，使用催化劑，可將反應溫度和壓力降150和10.13mpa。 (2)

20、脂肪醇法 伯胺鹽酸鹽大量用于浮游選礦劑和纖維柔軟劑。 如c8-c18伯胺，椰子油、棉子油、牛脂等制得的混合胺以及它們的醋酸鹽均為優良的浮選劑。用作纖維柔軟劑的伯胺結構復雜一些，多為含酰胺鍵的亞乙基多胺化合物。 高級仲胺的制取 仲胺鹽陽離子的合成方法主要有如下幾種： -脂肪醇法 -脂肪腈法 -鹵代烷法 （1）脂肪醇法 高碳醇和氨在鎳、鈷等催化劑存在下生成仲胺。 2roh + nh3 r2nh +2h2o （2）脂肪腈法 首先，脂肪腈在低溫下轉化為伯胺，然后在銅鉻催化劑存在下脫氨，制得仲胺。 2rnh2 r2nh + nh3 （3）鹵代烷法 rx nh3 r2nh 鹵代烷和氨在密封的反應器中反應，

21、主要產物為仲胺，仲胺鹽的價值相對于伯胺尤其是叔胺而言，明顯低些。市售產品主要是高級鹵代烷與乙醇胺或高級胺與環氧乙烷的反應產物，品種較少。 叔胺鹽型陽離子表面活性劑中最重要的品種是親油基中含有酯基的soromine系列和含酰氨基的ninol、sapamine系列產品。1）soromine系列 該系列表面活性劑中最重要的品種為sorominea，是由ig公司開發生產的，其國內商品牌號為乳化劑fm，具有良好的滲透性和勻染性。 硬脂酸和三乙醇胺加熱縮合酯化，形成叔胺，再用甲酸中和，生成索羅明(soromine)a型陽離子表面活性劑。2）ninol（尼諾爾）系列 此類產品的長碳鏈烷基和酰胺鍵相連，抗水解

22、性能較好。日本戰后最初生產的柔軟劑。合成方法：脂肪酸與二乙醇胺反應 （p128)3）sapamine系列 其分子中烷基和酰氨基相連，具有一定的穩定性，不易水解，主要用作纖維柔軟劑和直接染料的固色劑等。 （p128)c17h33c-nhch2ch2 n .xho oc c2 2h h5 5c c2 2h h5 5sapamine是（薩帕明）型表面活性劑是典型的是（薩帕明）型表面活性劑是典型的酰氨基銨鹽酰氨基銨鹽，按，按其其xh（即成鹽負離子）不同，得到不同的商品品種。如（即成鹽負離子）不同，得到不同的商品品種。如xh為醋為醋酸，即為酸，即為sapamine a；xh為為hcl時，則為時，則為sapamine ch其結構通式為：c17h33conhch2ch2n（c2h5）2hx合成：油酸與三