《3.4阳离子表面活性剂[讲课适用].ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《3.4阳离子表面活性剂[讲课适用].ppt（35页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、3.4阳离子表面活性剂(Cationic surfactants),1,优选课堂,阳离子表面活性剂的疏水基结构和阴离子表面活性剂相似，且疏水基和亲水基的连接方式也相似，一种是亲水基直接连在疏水基上，另一种是亲水基通过酯、酰胺、醚键等形式与疏水基间接相连，所不同的是阳离子表面活性剂溶于水时，其亲水基带正电荷。,2,优选课堂,阳离子表面活性剂的特点,不适用于洗涤，一般纤维织物和固体表面均带有负电荷，当使用阳离子表面活性剂时，它吸附在基质和水的表面上，由于阳离子表面活性剂与基质间具有强烈的静电引力，亲油基朝向水相，使基质疏水，因此，不适用于洗涤；,具有良好的抗静电作用，当阳离子表面活性剂吸附吸在纤维
2、表面，形成一定向吸附膜后，中和了纤维表面的负电荷，减少了因摩擦产生的自由电子，因而，具有良好的抗静电作用；,3,优选课堂,杀菌作用显著，很稀的溶液（1/10000-1/100000）即有杀菌效果，这是由于细菌被强力吸附后，阻止了细菌的呼吸作用和糖解作用所致；,广泛应用于纤维的柔软整理剂，阳离子表面活性剂能显著降低纤维表面的摩擦系数，具有良好的柔软平滑性能；,阳离子表面活性剂不能与肥皂等阴离子表面活性剂混用，否则将引起阳离子活性物沉淀而失效。,4,优选课堂,几乎所有的阳离子表面活性剂都是含氮化合物，就是有机胺的衍生物。主要有季铵盐(RNR3+A-)、烷基吡啶翁(RC5H5N+A-) 。以十六烷基
3、三甲基氯化铵为例，表示为：,阳离子表面活性剂可以作为杀菌剂，也有柔软、脱脂、破乳、抗静电作用。一般来说它不具备去污能力，不能和阴离子表面活性剂配伍使用。,5,优选课堂,3.4.1胺盐型阳离子表面活性剂,所有的铵盐型阳离子表面活性剂都可通过胺与酸的中和作用制得。胺盐型阳离子表面活性剂制备：有机胺（高级伯胺、仲胺和叔胺）与酸（盐酸、醋酸、钾酸、氢溴酸、硫酸等）中和制得。,6,优选课堂,7,优选课堂,例如：,（十二烷基二甲基叔胺醋酸盐）,应用：可在酸性介质中作乳化、分散、润湿剂，也用作矿物浮选剂、颜料粉末表面憎水剂。 缺点：当溶液pH7时，胺易从水中游离析出，从而失去表面活性,8,优选课堂,一般按起
4、始胺的不同分为: 高级胺盐型阳离子表面活性剂; 低级铵盐型阳离子表面活性剂。 前者多由高级脂肪胺与盐酸或醋酸进行中和反应制得，常用作缓蚀剂、捕集剂、防结块剂等。,9,优选课堂,（1）高级伯胺的制取,脂肪酸法 脂肪酸与氨在0.4-0.6MPa、300-320下反应生成脂肪酰胺：,10,优选课堂,加氢还原的工业上的工艺条件：压力2.94-6.87MPa，温度120-150。如果碱用量达0.5%，反应压力可在1.22-1.42 MPa下进行。,11,优选课堂,脂肪酸、氨和氢直接在催化剂上反应的新工艺：,脂肪醇法 脂肪醇和氨在H2和催化剂下，在380-400、12.16-17.23 MPa下，可制得伯
5、胺。,12,优选课堂,（2）高级仲胺的制取 脂肪醇法 高级醇和氨在镍、钴催化剂下生成仲胺 。,13,优选课堂,脂肪腈法 首先将脂肪腈在低温下转化为伯胺，然后在铜铬催化剂下脱氢，得到仲胺。,卤代烷法 卤代烷和氨在密闭的反应器中反应，主要产物为仲胺。,14,优选课堂,（3）高级叔胺的制备 叔胺是制取季铵盐的主要原料，季铵盐是阳离子表面活性剂中的一个大类，用途较广。 伯胺与环氧乙烷或环氧丙烷反应制备叔胺 此为工业上制备叔胺的重要方法:,15,优选课堂,在碱性催化剂可进一步反应，生成聚醚链。,分子链中随着聚氧乙烯含量的增加，产物的非离子性也增加；但在水中的溶解度却不随pH值的变化而改变。故也称为阳离子
6、表面活性剂的非离子化。,16,优选课堂,脂肪酸与低级胺反应制取叔胺 由此法制得的叔胺，成本低，性能好，大多用于纤维柔软整理剂。如硬脂酸和三乙醇胺加热缩合酯化，形成叔胺，再用甲酸中和，得到索罗明（Soromine）A型阳离子表面活性剂。,17,优选课堂,用硬脂酸和氨基乙醇胺或二亚乙基三胺加热缩合后再与尿素作用，经醋酸中和后，可制得优良的纤维柔软剂阿科维尔（Ancovel）。,18,优选课堂,非对称叔胺的制备 非对称叔胺是合成季铵盐的中间体。通常它是由一个C8以上长碳链和两个短碳链（如甲基、乙基或苄基等）组成。合成路线：,a长碳链氯代烷与低碳的烷基仲胺生成叔胺。反应温度130-170，压力1.01
7、-4.05 MPa，制得叔胺需蒸馏纯化，否则色泽很深。,19,优选课堂,b-烯烃制取叔胺 此法成本低，较为先进。,c脂肪腈与二甲胺、氢在镍催化剂下反应,20,优选课堂,d脂肪伯胺与甲酸、甲醛混合物反应,e脂肪伯胺或仲胺在甲醛存在下加氢反应,21,优选课堂,f脂肪醇与二甲胺反应，反应条件为铜铬催化剂，250-300，20.27-25.33 MPa。,22,优选课堂,3.4.2季铵盐型阳离子表面活性剂,季铵盐与胺盐的区别在于它是强碱的盐，无论在酸性还是碱性溶液中均可溶解，并解离成带正电荷的铵根离子。 胺盐为弱酸的盐，对pH较为敏感，在碱性条件下则游离成不溶于水的胺，而失去表面活性。 季铵盐由脂肪叔
8、胺再进一步烷基化而成。,23,优选课堂,常用的烷化剂为氯甲烷或硫酸二甲酯。它们的种类繁多，产量在各类阳离子表面活性剂中占首位。 在工业上有实用价值的季铵盐有下列三种类型： 长碳链季铵盐， 咪唑啉季铵盐 吡啶季铵盐。,24,优选课堂,长碳链季铵盐咪唑啉季铵盐吡啶季铵盐 （R1=C8C26，R2=C8C26或CH3，X=X=Cl或Br ）,25,优选课堂,长碳链季铵盐是阳离子表面活性剂中产量最大的一类，由叔胺与卤代烷反应制得：,不受pH影响，在酸、碱及中性介质中均稳定。,26,优选课堂, 由伯胺、仲胺、叔胺制取季铵盐 高级脂肪胺中加入氢氧化钠，加压下与氯甲烷反应制得。此法为广泛使用的方法，反应在极
9、性溶剂（水或乙醇）中进行较为迅速。为提高产率，必须保证反应物不呈酸性，因此要加入Na2CO3、K2CO3等。,27,优选课堂,如十二烷基三甲基氯化铵（防粘剂DT或1231），合成如下：,代表产品：十二烷基三甲基溴化铵（阳离子表面活性剂1231）；十八烷基三甲基氯化铵（阳离子表面活性剂1831）；十六烷基三甲基溴化铵（阳离子表面活性剂1631）。,28,优选课堂, 低级叔胺与卤代烷反应制取季铵盐 反应条件：加压下60-80。,29,优选课堂,如烷基二甲基叔胺与氯化苄反应制得。,代表产品：十二烷基二甲基苄基氯化铵（1227）十八烷基二甲基苄基氯化铵（1827）。十二烷基二甲基苄基氯化铵国内商品明为
10、1227或洁尔灭，是消毒杀菌剂，也用于聚丙烯腈染色的缓染剂。若阴离子为溴时则为新洁尔灭，是一种很强的阳离子杀菌剂。,30,优选课堂,十八烷基二甲基苄基氯化铵：外观淡黄色固状物，活性物含量90.0%，游离胺含量2.0%，pH值（10%水溶液）4.08.0，性能与用途：淡黄色固状物，在水中离解产生阳离子活性基团，具有杀菌、乳化、抗静电、柔软及润肤性能，能溶于乙醇、异丙醇、乙二醇等有机溶剂。本品性质稳定，耐光和热、耐酸但不耐碱、耐硬水、耐无机盐，无挥发性，宜长期贮存。,31,优选课堂, 烷基咪唑啉盐 脂肪酸(油酸或硬脂酸)与羟乙基乙二胺缩合制得叔胺，再用烷基化试剂季铵化或其醋酸盐或磷酸盐广泛应用于纺织柔软剂、破乳剂、防锈剂等。,32,优选课堂,例如Amine 220即-十七烯基羟乙基咪唑啉，油酸与氨乙基单乙醇胺在160-200反应、脱水而成。,33,优选课堂, 烷基吡啶盐 由吡啶与C2-C18的卤代烷在130-150下反应，蒸出水及未反应的吡啶，制备得到。,例如十六烷基氯化吡啶、十六烷基溴化吡啶可用作染色助剂和杀菌剂。十八酰胺甲基氯化吡啶是常用的纤维防水剂。,34,优选课堂,3.4.3氧化叔胺型阳离子表面活性剂 3.4.4双季铵盐 3.4.5鎓盐型离子表面活性剂,35,优选课堂,