表面活性劑化學

SurfactantChemistry主講教師：鐘煜Tel-mail：zhongyu@1課程基本情況學分：2總學時：32課程類別：專業方向選修課課程性質：考查課2學期授課安排第一章表面活性劑概述（2學時）第二章表面活性劑的作用原理（4學時）第三章表面活性劑的功能與應用（4學時）第四章陰離子表面活性劑（4學時）第五章陽離子表面活性劑（4學時）3學期授課安排第六章兩性表面活性劑（2學時）第七章非離子表面活性劑（4學時）第八章特殊類型的表面活性劑（4學時）第九章表面活性劑復配原理（4學時）456789101112眼影1314指甲油15香水16防曬乳液

17起泡劑蓬松劑18澄清劑19增稠劑乳化劑色素甜味素20涂料21分散劑潤濕劑乳化劑22絮凝劑發泡劑消泡劑23增溶劑施膠劑滲透劑24脫墨劑脫模劑柔軟劑25殺菌劑去污劑消毒劑26第一章表面活性劑概述

一、表面活性劑的概念γ

無機鹽或糖類物質等低級脂肪醇、低級脂肪酸等油酸鈉、十二烷基硫酸鈉等123c在低濃度范圍內，能顯著降低水的表面張力的溶質稱為表面活性物質

surfactantorsurfaceactiveagent;surfactant。1.1表面活性劑的分類27二、表面活性劑的結構特點雙親性的不對稱分子結構：表面活性劑通常含有親水的極性基團和憎水的非極性碳鏈或碳環有機化合物。非極性基團憎水基(親油基、疏水基)極性基團親水基（憎油基、疏油基）28表面活性劑分子非極性烴鏈（疏水）極性基團（親水）硬脂酸a‘‘love–hate’’relationshipwithmostsolvents,愛-憎H2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2COHCH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CO29親油基親油基親油基親油基親油基親油基親油基30親水基團進入水中，憎水基團企圖離開水而指向空氣，在界面定向排列。二、表面活性劑的結構特點31表面活性劑分子二、表面活性劑的結構特點極性基團：羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其鹽，也可是羥基、酰胺基、醚鍵等。極性基團非極性烴鏈32非極性基團：最常見的是8－18碳的直鏈烷烴，或環烴等

如

C17H35－，R－

等2.全氟表面活性劑：將上述碳氫鏈中的氫原子全部用氟原子取代即可。其疏水作用強于碳氫鏈，其水溶液表面張力可低至20mN/m以下3.硅化合物類：如下所示的聚硅氧烷鏈疏水性很突出33表面活性劑性質的差異，除與烴基的大小、形狀有關外，主要與親水基的不同有關。親水基的變化比疏水基要大得多，因而表面活性劑的分類，一般也就以親水基的結構，即按離子的類型而劃分。1.按離子類型分類離子型非離子型陽離子型陰離子型兩性型表面活性劑34陰離子表面活性劑羧酸鹽

RCOO－

肥皂中的表面活性成分硬脂酸鈉等。(2)磺酸鹽

R-SO3－

洗衣粉中的十二烷基苯磺酸鈉(ABS)等。(3)硫酸酯鹽

R-OSO3－

(4)磷酸酯鹽

R-OPO32－1.按離子類型分類35陽離子表面活性劑伯胺鹽

R-NH3＋

(2)季胺鹽

CH3|例如C16H33-N+-CH3Br－

|

CH3

十六烷基溴化銨(俗稱1631)季胺鹽水溶液具有強殺菌性，常用作消毒、殺菌劑(3)吡啶鹽例如C12H25(NC5H5)+

陽離子活性劑具有易吸附于一般固體表面及殺菌性兩個特點1.按離子類型分類36兩性離子型表面活性劑分子結構中同時具有正、負電荷基團，在不同pH值介質中可表現出陽離子或陰離子表面活性劑的性質。氨基酸型(胺鹽):R-NH2CH2-CH2COO－

＋(2)甜菜堿型(季胺鹽):

CH3

R-N+-CH2COO-

CH3(3)卵磷脂(豆磷脂、蛋磷脂)型：是一類天然表面活性劑，組成復雜。堿性水溶液中呈陰離子性質，起泡性良好、去污力亦強；酸性水溶液中呈陽離子性質，殺菌力很強，毒性小。1.按離子類型分類37非離子表面活性劑1、結構組成：①親水基團(甘油、聚乙二醇、山梨醇)；②親油基團(長鏈脂肪酸、長鏈脂肪醇、烷基或芳基)；③酯鍵、醚健。2、性質：毒性小，溶血作用較小，化學上不解離，不易受電解質，pH值的影響；能與大多數藥物配伍，廣泛應用于外用、口服制劑和注射劑。1.按離子類型分類38R-(C6H4)-O(C2H4O)nH

烷基酚聚氧乙烯醚非離子表面活性劑R2N-(C2H4O)nH

聚氧乙烯烷基胺R-CONH(C2H4O)nH

聚氧乙烯烷基酰胺R-COOCH2(CHOH)3H

多元醇型R-O-(CH2CH2O)nH

脂肪醇聚氧乙烯醚3、種類39極性基團：羧酸、磺酸、硫酸、磷酸酯鹽、氨基或胺基及其鹽（伯、仲、叔、季）鎓鹽型（磷、、砷、硫、碘化合物）羥基、酰胺基、醚鍵等。2.按親水基的結構分類40羧酸鹽型表面活性劑磺酸鹽型表面活性劑硫酸酯鹽型表面活性劑磷酸酯鹽型表面活性劑胺鹽型表面活性劑季銨鹽型表面活性劑鎓鹽型表面活性劑多羥基型表面活性劑聚氧乙烯型表面活性劑陰離子型表面活性劑陽離子型表面活性劑非離子型表面活性劑41通常為烴基構成3.按疏水基的種類分類直鏈烷基型表面活性劑支鏈烷基型表面活性劑烷基苯基型表面活性劑烷基萘基型表面活性劑松香衍生物型表面活性劑高分子量聚氧丙烯基型表面活性劑長鏈全氟代烷基型表面活性劑聚硅氧烷基型表面活性劑42氟表面活性劑硅表面活性劑元素表面活性劑高分子表面活性劑生物表面活性劑冠醚型表面活性劑4.按表面活性劑的特殊性分類43氟表面活性劑硅表面活性劑元素表面活性劑元素表面活性劑是指碳氧鏈上的氫（碳）原子被其它元素所代替，而顯現出與普通表面活性劑不同的性能。4.按表面活性劑的特殊性分類44高分子表面活性劑1.天然高分子表面活性劑阿拉伯樹膠、皂、蛋白質（大豆蛋白、牛乳）2.部分合成高分子表面活性劑羧甲基纖維素、羧甲基淀粉3.合成高分子表面活性劑聚乙烯醇、聚丙烯酸鹽、聚丙烯酰胺4.按表面活性劑的特殊性分類45生物表面活性劑1.糖脂系鼠李糖脂、海藻糖脂、槐糖脂

2.酰基縮氨酸系硫放線菌素、脂縮氨酸。由酵母、細菌作用于培養液，生成有特殊結構的表面活性劑。4.按表面活性劑的特殊性分類46冠醚型表面活性劑冠醚大環主要由聚氧乙烯構成,冠醚能與金屬多價離子配位作用，用作相轉移催化劑、萃取劑等。4.按表面活性劑的特殊性分類47雙聯型表面活性劑雙聯型表面活性劑分子中帶有兩個親油基及親水基，成為雙親油基-雙親水基表面活性劑（GeminiSurfactants）。48GeminiSurfactant

疏水基團橋接基親水基團49α-磺基硬脂酸聚乙二醇雙酯鈉鹽50雙聯型表面活性劑的連接基可以是親水性，也可以是親油性；可以是烷烴，或芳環。雙聯型表面活性劑具有多種類型，包括陰離子、非離子、陽離子型。與傳統表面活性劑相比，雙聯型表面活性劑具有很高的表面活性，其水溶液具有特殊的相變行為及流變性，已廣泛引起化學界及工業界的關注，是發展前景廣闊的新型表面活性劑。51雙聯型表面活性劑的典型結構525.按表面活性劑的應用分類乳化劑、洗滌劑、潤濕劑、發泡劑、消泡劑、分散劑、絮凝劑、滲透劑、增溶劑…531.2表面活性劑的國內外發展狀況一、世界表面活性劑工業的發展狀況1.應用范圍及發展狀況表面活性劑應用范圍廣泛，在紡織、造紙、醫藥、食品、民用、建筑、石油等各領域都有重要的作用，素有“工業味精”的美譽。目前全世界有6000多種，商品牌號上萬種，年產量接近1500萬噸。54總體呈平衡而緩慢的增長態勢，年增長率在3%。北美和西歐市場趨飽和，年增長率在2%以下，亞洲和其他地區發展較快，年增長率在4%以上。2.生產和消費的表面活性劑品種以陰離子為主，占56%；非離子次之，34%；陽離子和兩性表面活性劑占10%553.使用范圍三個部分：家用、個人護理用、工業與公共設施用。*

家用占總消費量的一半以上*

工業用表面活性劑所占比例的大小，從一個側面反映了這個國家工業的發達程度，并為工業發展提供條件并起促進作用。表面活性劑在發達國家工業用占整個應用的一半以上。56美國：工業用占44%，且以陰離子為主，占65%；西歐：43%，陰離子占50%以上；日本：90年代末75%以上，以陰為主，50%以上。1995年-2005年世界各地區表面活性劑消費情況分布圖572005年世界各地區表面活性劑年市場份額分布圖58二、我國表面活性劑工業的現狀及未來發展趨勢制造工業起步于1903年，發展于20世紀50年代末60年代初。進入90年代發展較快，現有品種3000多種，但與發達國家相比仍有較大差距。59·（1）品種少，產量低，不能滿足國內市場需求。（2000與6000）現狀5%-6%的增長率6061據統計全國合成洗滌用品產量：1980年為39.32×104t，1989年增加到146.5×104t，十年間增加了3.73倍，到1996年又猛增到441.36×104t，比1989年又增加了3倍。這一方面是由于表面活性劑在工農業生產中的廣泛應用，更重要的是由于日常生活中家用洗滌用品需求量與日俱增。62表面活性劑之間可以互配，也可以和其他助劑在一起配制成用途各異的液體或固體洗滌劑。從工業上說，有各種品牌的重垢清洗劑，用于清洗印刷、機械加工、石油化工、紡織印染、交通運輸等設備。從生活上說，有果蔬、餐具清洗劑、洗發劑、沐浴液、家具增光劑、液體洗衣劑等。除此之外很多新面市的洗衣粉都含有一種或幾種性能優異的表面活性劑，達到理想的增白洗滌效果。63·（2）人均消費水平低1994-1995年期間，美國人均消費量高達13.9kg，位居世界第一；其次是日本，為9.7kg；西歐為6.6kg。而我國僅為0.5kg，目前仍不足1kg，處于世界較低水平。