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1、11/5/2023,表面活性剂应用导论第六章,两性表面活性剂,轻化工程专业,丁斌,第6章 两性表面活性剂,6.1 两性表面活性剂概述6.2 两性表面活性剂的性质6.3 几种两性表面活性剂6.4 两性表面活性剂的应用,6.1 两性表面活性剂概述,两性表面活性剂虽早在40 年代就有商品，但由于成本较高等原因，发展较慢。它的突出特点，对皮肤和眼睛的低刺激性，以及在较宽pH范围内具有良好表面活性；和其它类型表面活性剂有良好的复配性能等。使它近年来得到显著发展，增长幅度高于其他类型。,6.1 两性表面活性剂概述,两性表面活性剂广义：是指在分子结构中同时具有阴离子、阳离子和非离子中的两种或两种以上离子性质
2、的表面活性剂。狭义：是指由阴离子和阳离子所组成的表面活性剂。,6.1 两性表面活性剂概述,根据分子中所含离子类型和种类，将两性表面活性剂分为四种：(1)由阴离子和阳离子组成的两性表面活性剂(2)由阴离子和非离子组成的两性表面活性剂(3)由阳离子和非离子组成的两性表面活性剂(4)同时具有阳离子、阴离子和非离子亲水基团的两性表面活性剂,两性表面活性剂的特性1.具有等电点；2.可以和所有其他类型的表面活性剂复配；3.毒性低、对皮肤眼睛刺激性小；4.耐水硬性和耐高浓度电解质性好，甚至在海水中也可以有效地使用；5.对织物有优异的柔软平滑性和抗静电性；6.具有良好的乳化性和分散性；7.具有良好的润湿性和发
3、泡性；8.有一定的杀菌性和抑霉性；9.良好的生物降解性。,6.1.1 两性表面活性剂的特性,6.1.2 两性表面活性剂的分类,在大多数情况下，两性表面活性剂的阳离子部分都是由胺盐或季铵盐作为亲水基，而阴离子部分则有所不同，因此对两性表面活性剂分类时，可以按：1.按阴离子部分的亲水基团分类 2.按整体化学结构分类（比较常用）重要的两性表面活性剂是甜菜碱型和咪唑啉型。,1.按阴离子部分的亲水基团分类(1)羧酸盐型(2)磺酸盐型(3)硫酸酯盐型(4)磷酸酯盐型,6.1.2 两性表面活性剂的分类,1.按阴离子部分的亲水基团分类(1)羧酸盐型（阴离子结构-COOM）氨基酸型结构通式甜菜碱型结构通式咪唑啉
4、型结构通式,6.1.2 两性表面活性剂的分类,1.按阴离子部分的亲水基团分类(2)磺酸盐型（阴离子结构-SO3M）氨基酸型结构通式甜菜碱型结构通式咪唑啉型结构通式,6.1.2 两性表面活性剂的分类,1.按阴离子部分的亲水基团分类(3)硫酸酯盐型（阴离子结构-OSO3M）氨基酸型结构通式甜菜碱型结构通式咪唑啉型结构通式,6.1.2 两性表面活性剂的分类,1.按阴离子部分的亲水基团分类(4)磷酸酯盐型 单指阴离子结构 双酯结构通式,6.1.2 两性表面活性剂的分类,6.1.2 两性表面活性剂的分类,2.按整体化学结构分类(1)甜菜碱型 甜菜碱是在分子内以季铵盐基作为阳离子部分、以羧基作为阴离子部分
5、的化合物。最具代表性的结构：阴离子部分还可以是磺酸基、硫酸酯基；阳离子部分还可以是磷、硫。,6.1.2 两性表面活性剂的分类,2.按整体化学结构分类(2)咪唑啉型,6.1.2 两性表面活性剂的分类,2.按整体化学结构分类(3)氨基酸型-氨基丙酸型-亚氨基羧酸型特点：对环境和生物体的安全性高，对皮肤和头发有亲和性，最好的应用前景是对安全性要求极高的化妆品。,6.1.2 两性表面活性剂的分类,2.按整体化学结构分类(4)氧化胺型特点是：增泡、稳泡作用明显。复配时能降低刺激性。,6.2 两性表面活性剂的性质,1.两性表面活性剂的等电点 两性界面活性剂的最大特征在于它既能给出质子，又能接受质子。以-N
6、-烷基氨基羧酸型两性界面活性剂为例，它在酸性及碱性介质中呈显如下的平衡:,可见，两性表面活性剂的所带电荷随其应用介质或溶液的pH值的变化而不同。,6.2 两性表面活性剂的性质,1.两性表面活性剂的等电点又如，甜菜碱在酸性及碱性介质中呈显如下的平衡:,可见，两性表面活性剂的所带电荷随其应用介质或溶液的pH值的变化而引起很大的不同。,6.2 两性表面活性剂的性质,1.两性表面活性剂的等电点 在静电场中，由于电荷作用，阴离子形式存在的两性表面活性剂离子将向阳极移动，以阳离子形式存在的离子将向阴极移动。在一个狭窄的pH值范围内，两性表面活性剂以内盐的形式存在，此时将该表面活性剂的溶液放在静电场中时，溶
7、液中的双离子将不向任何方向移动，即分子内的净电荷为零。此时溶液的pH值被称为该表面活性剂的等电点，确切讲应为等电区或等电带。,6.2 两性表面活性剂的性质,1.两性表面活性剂的等电点 若以pKa及pKb分别表示羧基和氨基的离解常数，则等电点可写成下式：两性表面活性剂的等电点可以反映该活性剂正、负电荷中心的相对解离强度。若pI7,表明正电荷中心的解离强度较大。,6.2 两性表面活性剂的性质,1.两性表面活性剂的等电点 两性表面活性剂的等电点可以用酸碱滴定法确定。即用盐酸或氢氧化钠标准溶液滴定，并测pH值变化曲线，从而确定等电点。,6.2 两性表面活性剂的性质,1.两性表面活性剂的等电点 由于所含
8、阴离子和阳离子基团的种类、数量及位置的不同，它们的等电点也有很大差别，大部分两性表面活性剂的等电点在29之间。如,6.2 两性表面活性剂的性质,2.临界胶束浓度与pH的关系 由于两性表面活性剂所带电荷随其应用介质或溶液的pH值的变化而不同，因此，随pH变化，两性表面活性剂的各种性质都会受到很大影响。一般两性表面活性剂的cmc随着溶液pH值的增加而增大。如，N-十二烷基-N,N-双乙氧基醋酸钠在25时cmc和PH的关系：,6.2 两性表面活性剂的性质,3.pH对表面活性剂溶解度和发泡性的影响 两性表面活性剂的溶解度和发泡性也会随溶液pH值的不同而变化。如，N-十二烷基-氨基丙酸的溶解度、发泡性和
9、pH的关系：,6.2 两性表面活性剂的性质,(1)该表面活性剂的等电点在pH4，在等电点时，由于活性剂以内盐形式存在，其溶解度及泡沫量均最低；(2)当介质pH4，即高于等电点时，呈现阴离子表面活性剂的特征，发泡快、泡沫丰富且松大，溶解度迅速增加；(3)当介质pH4，即低于等电点时，呈现阳离子表面活性剂的特征，泡沫量和溶解度也较高。,6.2 两性表面活性剂的性质,4.在基质上的吸附量及杀菌性与pH的关系 两性表面活性剂在pH值低于等电点时，显示阳离子特性，在羊毛和毛发上的吸附量最大，亲和力强，杀菌力也比较强。而在pH值高于等电点的溶液中以阴离子的形式存在，上述性能不理想。,6.2 两性表面活性剂
10、的性质,5.甜菜碱型两性表面活性剂的cmc与碳链长度的关系 对于甜菜碱型两性表面活性剂，其cmc与烷基R碳链长度的关系可表示为：n为烷基碳链中碳原子的个数；常数A=1.52，B=29。可知，随着烷基链碳数的增加，临界胶束浓度明显降低。,6.2 两性表面活性剂的性质,5.甜菜碱型两性表面活性剂的cmc与碳链长度的关系 对于甜菜碱型两性表面活性剂，其cmc也可由实验测得。如 23,可知，随着烷基链碳数的增加，临界胶束浓度明显降低。,6.2 两性表面活性剂的性质,5.甜菜碱型两性表面活性剂的cmc与碳链长度的关系 含季铵阳离子的两性表面活性剂的cmc高于含季鏻阳离子的两性表面活性剂的cmc。如,带有
11、不同阴离子的两性表面活性剂的cmc，按如下顺序递减：,6.2 两性表面活性剂的性质,6.两性表面活性剂的溶解度和Krafft点 以烷基甜菜碱表面活性剂为例，两性表面活性剂的结构对其溶解度和Krafft点有如下影响：(1)对于羧酸甜菜碱，当表面活性剂分子中羧基与氮原子之间的碳数由1增至3时，对其溶解度和Krafft点影响不大；(2)当烷基取代基的结构相同时，磺酸甜菜碱和硫酸酯甜菜碱的Krafft点明显高于羧酸甜菜碱，即前两者的溶解度较低。,6.2 两性表面活性剂的性质,6.两性表面活性剂的溶解度和Krafft点 阴离子对Krafft温度点的影响如下：,通常羧酸基甜菜碱型两性表面活性剂的 Kraf
12、ft点低于418，而大部分磺酸甜菜碱的Krafft点在2089 之间，硫酸酯甜菜碱则均高于90。,6.2 两性表面活性剂的性质,6.两性表面活性剂的溶解度和Krafft点 电解质的存在对表面活性剂的Krafft温度点的影响：(1)通常电解质在阴离子或阳离子表面活性剂溶液中会起盐析作用，从而使表面活性剂的溶解度降低，Krafft温度点上升；(2)在非离子表面活性剂溶液中，电解质会使表面活性剂的溶解度略有降低，Krafft温度点略有上升。这种影响不十分明显；(3)而在两性表面活性剂溶液中，加入电解质所产生的作用是使溶解度提高，Krafft温度点降低。,6.2 两性表面活性剂的性质,7.表面活性剂结
13、构对钙皂分散力的影响钙皂分散力/分散性(LSDR-lime soap disporsing rate)：100g油酸钠在硬度333 mgCaCO3/L的硬水中维持分散，恰好无钙皂沉淀发生时所需钙皂分散剂的质量(g)。钙皂分散剂：具有能防止在硬水中形成皂垢悬浮物功能的物质。LSDR值越低，表面活性剂对钙皂的分散能力越高。,6.2 两性表面活性剂的性质,7.表面活性剂结构对钙皂分散力的影响(1)两性表面活性剂的烷基R的碳链增长，或氮原子与羧基间的碳原子数由1增加至3时，活性剂的钙皂分散力有所提高，LSDR值降低。,6.2 两性表面活性剂的性质,7.表面活性剂结构对钙皂分散力的影响(2)当表面活性剂
14、分子中引入酰胺基或将羧基转换成磺酸基或硫酸酯基时，会使钙皂分散力大大改善，LSDR值降低。,6.2 两性表面活性剂的性质,8.去污力和碳链长度的关系例：N-烷基-N,N-二甲基磺酸甜菜碱(1)在棉织物上的去污力 去污力随烷基链碳数的不同而变化，且在含1216个碳原子时去污效果最佳。,6.2 两性表面活性剂的性质,8.去污力和碳链长度的关系例：N-烷基-N,N-二甲基磺酸甜菜碱(2)在聚酯/棉混纺织物上的去污力 去污力随烷基链碳数的不同而变化，且在含1216个碳原子时去污效果最佳。,6.3 几种两性表面活性剂,1.甜菜碱型两性表面活性剂 甜菜碱型两性表面活性剂多用于抗静电剂、纤维加工助剂、干洗剂
15、或香波中的表面活性成分。天然甜菜碱主要存在与甜菜中，其结构是：,根据阴离子的不同，甜菜碱型两性表面活性剂可分为羧酸甜菜碱、磺酸甜菜碱、硫酸酯甜菜碱，等。,6.3 几种两性表面活性剂,甜菜碱型两性表面活性剂(1)羧酸甜菜碱型 羧酸甜菜碱型两性表面活性剂最典型的结构为N-烷基二甲基甜菜碱，其结构是：,6.3 几种两性表面活性剂,1.甜菜碱型两性表面活性剂(1)羧酸甜菜碱型 最常用、最重要的品种是十二烷基甜菜碱，商品名为BS-12。呈透明状液体，具有良好的润湿性和洗涤性，对钙镁离子具有较好的螯合作用，可在硬水中使用。,改变叔胺中的长碳链烷基，可以合成一系列的N-烷基二甲基甜菜碱，如十四烷基甜菜碱、十
16、六烷基甜菜碱。,6.3 几种两性表面活性剂,1.甜菜碱型两性表面活性剂(2)磺酸甜菜碱型 最典型的结构通式为：带有苄基的磺酸甜菜碱是此类表面活性剂中的常见品种，如N-烷基-N-甲基-N-苄基铵乙基磺酸,6.3 几种两性表面活性剂,1.甜菜碱型两性表面活性剂(3)硫酸酯甜菜碱 最典型的结构通式为：如，下列产品是一种毛纺织品的匀染剂：,6.3 几种两性表面活性剂,2.咪唑啉型两性表面活性剂 代表品种的结构通式为：,2-烷基-N-羧甲基-N-羟乙基咪唑啉,2-烷基-N-羧甲基-N-羟乙基咪唑啉,6.3 几种两性表面活性剂,2.咪唑啉型两性表面活性剂,6.4 两性表面活性剂的应用,2.咪唑啉型两性表面活性剂,1)洗涤剂及香波组分2)杀菌剂3)纤维柔软剂 4)缩绒剂5)抗静电剂6)金属防锈7)电镀助剂,
