精细化工课件：1.2.ppt

1、Fine Chemical Industry Generality 精细化工概论精细化工概论朱宏朱宏 研究员研究员华南师范大学化学与环境学院材料科学研究所华南师范大学化学与环境学院材料科学研究所l 我国和日本把产量小，组成明确，可按规格说明我国和日本把产量小，组成明确，可按规格说明书进行小批量生产和小包装销售的化学品，以及书进行小批量生产和小包装销售的化学品，以及产量小，经过复配加工，具有专门功能，既按其产量小，经过复配加工，具有专门功能，既按其规格说明书，又根据其使用效果进行小批量生产规格说明书，又根据其使用效果进行小批量生产和小包装销售的化学品，和小包装销售的化学品， 统称为精细化学品。统

2、称为精细化学品。 而欧美一些国家把前者称为精细化学品、后者称而欧美一些国家把前者称为精细化学品、后者称为专用化学品。为专用化学品。 精细化学品可起到精细化学品可起到“工业味精工业味精”、“工业催化剂工业催化剂”和其它特殊功能的作用。和其它特殊功能的作用。1.1 1.1 精细化工的范畴与特点精细化工的范畴与特点第一章：绪论第一章：绪论1.1.1 1.1.1 精细化工的范畴精细化工的范畴一般化学品一般化学品通用化工产品通用化工产品精细化工产品精细化工产品无差别产品（硫酸、烧碱、乙烯等）无差别产品（硫酸、烧碱、乙烯等）有差别产品（合成树脂、合成橡胶、有差别产品（合成树脂、合成橡胶、合成纤维等）合成纤

3、维等）精细化学品（强调产品的规格和纯度）精细化学品（强调产品的规格和纯度）中间体、医药、农药的原料等中间体、医药、农药的原料等专用化学品（强调产品的功能）专用化学品（强调产品的功能）医药成药、农药配剂、水处理剂等医药成药、农药配剂、水处理剂等l 生产精细化学品的工业称为精细化学工业，简称生产精细化学品的工业称为精细化学工业，简称精细化工。精细化工。l 当代中国精细化工的涵义指的是：国际上通用的当代中国精细化工的涵义指的是：国际上通用的精细化学品和专用化学品的总和。精细化学品和专用化学品的总和。l 包括农药、染料、涂料包括农药、染料、涂料( (包括油漆和油墨）及颜料、包括油漆和油墨）及颜料、试剂

4、和高纯物、试剂和高纯物、信息用化学品（包括感光材料、信息用化学品（包括感光材料、磁性材料）、食品和饲料添加剂、粘合剂、催化磁性材料）、食品和饲料添加剂、粘合剂、催化剂和各种助剂、化学药品、日用化学品、功能高剂和各种助剂、化学药品、日用化学品、功能高分子材料等十一个大类分子材料等十一个大类。l 其中将助剂分为印染助剂、塑料助剂、橡胶助剂、其中将助剂分为印染助剂、塑料助剂、橡胶助剂、水处理化学品、纤维抽丝用油剂、有机抽提剂、水处理化学品、纤维抽丝用油剂、有机抽提剂、高分子聚合物添加剂、表面活性剂、皮革化学品、高分子聚合物添加剂、表面活性剂、皮革化学品、农药用助剂、油田化学品、混凝土外加剂、机械农药

5、用助剂、油田化学品、混凝土外加剂、机械和治金用助剂、油品添加剂、炭黑、吸附剂、电和治金用助剂、油品添加剂、炭黑、吸附剂、电子用化学品、造纸用化学品及其它助剂等子用化学品、造纸用化学品及其它助剂等 19 19 个个门类。门类。l 可以看出很多精细化学品同时也是其他工业必备可以看出很多精细化学品同时也是其他工业必备的化工原料或助剂。的化工原料或助剂。l日本的精细化工产品可归纳为以下日本的精细化工产品可归纳为以下5151个门类：个门类：医药、农药、合成染料、有机颜料、涂料、粘合剂、香料、化医药、农药、合成染料、有机颜料、涂料、粘合剂、香料、化妆品、盥洗卫生用品、表面活性剂、合成洗涤剂、肥皂、印刷妆品

6、、盥洗卫生用品、表面活性剂、合成洗涤剂、肥皂、印刷用油墨、塑料增塑剂、其它塑料添加剂、橡胶添加剂、成像材用油墨、塑料增塑剂、其它塑料添加剂、橡胶添加剂、成像材料、电子用化学品与电子材料、饲料添加剂与兽药、催化剂、料、电子用化学品与电子材料、饲料添加剂与兽药、催化剂、合成沸石、试剂、燃油添加剂、润滑剂、润滑油添加剂、保健合成沸石、试剂、燃油添加剂、润滑剂、润滑油添加剂、保健食品、金属表面处理剂、食品添加剂、混凝土外加剂、水处理食品、金属表面处理剂、食品添加剂、混凝土外加剂、水处理剂、高分子絮凝剂、工业杀菌防霉剂、芳香防臭剂、造纸用化剂、高分子絮凝剂、工业杀菌防霉剂、芳香防臭剂、造纸用化学品、纤维

7、用化学品、溶剂与中间体、皮革用化学品、油田用学品、纤维用化学品、溶剂与中间体、皮革用化学品、油田用化学品、汽车用化学品、炭黑、脂肪酸及其衍生物、稀有气体、化学品、汽车用化学品、炭黑、脂肪酸及其衍生物、稀有气体、稀有金属、精细陶瓷、无机纤维、储氢材料、非晶态合金、火稀有金属、精细陶瓷、无机纤维、储氢材料、非晶态合金、火药与推进剂、酶、生物技术、功能高分子材料等。药与推进剂、酶、生物技术、功能高分子材料等。l小批量、多品种和特定功能、专业性质构成了小批量、多品种和特定功能、专业性质构成了精细化工产品的量与质的基本特征。精细化工产品的量与质的基本特征。l精细化工生产过程与一般化工精细化工生产过程与一

8、般化工( (通用化工通用化工) )生产生产不同不同, ,它是由化学合成它是由化学合成( (或从天然物质中分离、提或从天然物质中分离、提取）或复配、剂型加工和商品化等取）或复配、剂型加工和商品化等3 3个部分组成。个部分组成。1.1.2 1.1.2 精细化工的特点精细化工的特点l 大多以灵活性较大的多功能装置和间歇方式进行大多以灵活性较大的多功能装置和间歇方式进行小批量生产。小批量生产。 l 化学合成多数采用液相反应，工艺流程长，精制化学合成多数采用液相反应，工艺流程长，精制过程复杂，需要精密的工程技术；从制剂到商品过程复杂，需要精密的工程技术；从制剂到商品化需要一个复杂的加工过程，外加的复配物

9、愈多，化需要一个复杂的加工过程，外加的复配物愈多，产品的性能也愈复杂。产品的性能也愈复杂。l 因此，精细化工技术密集程度高、保密性和商品因此，精细化工技术密集程度高、保密性和商品性强、市场竞争激烈，性强、市场竞争激烈， 必须根据市场变化的需要必须根据市场变化的需要及时更新产品，及时更新产品， 做到多品种生产，做到多品种生产， 使产品质量使产品质量可靠，符合各种法规，做好应用和技术服务，才可靠，符合各种法规，做好应用和技术服务，才能培育和争取市场，扩大销路，才能体现出投资能培育和争取市场，扩大销路，才能体现出投资省和附加价值高的特点。省和附加价值高的特点。l 小批量：相对于石油化工或化肥等大量生

10、产的产小批量：相对于石油化工或化肥等大量生产的产品。品。l 多品种：多品种不仅是精细化工生产的一个特征，多品种：多品种不仅是精细化工生产的一个特征，也是评价精细化工综合水平的一个重要标志。也是评价精细化工综合水平的一个重要标志。l 综合生产流程和多功能生产装置：柔性生产系统、综合生产流程和多功能生产装置：柔性生产系统、多用途装备系统。多用途装备系统。l 高技术密集度：产品技术开发成功率低、时间长、高技术密集度：产品技术开发成功率低、时间长、费用大；情报密集、信息快。费用大；情报密集、信息快。l 附加值高：很大程度上来源于技术垄断。附加值高：很大程度上来源于技术垄断。l 大量应用复配技术大量应用

11、复配技术l 商品性强商品性强1.2 我国精细化工目前的发展状况我国精细化工目前的发展状况l 从从“六五六五”开始，直至开始，直至“七五七五”、“八五八五”、“九五九五”、“十五十五”国民经济发展计划中，我国国民经济发展计划中，我国都把精细化工，特别是新领域精细化工作为发展都把精细化工，特别是新领域精细化工作为发展的战略重点之一，在政策和投资上予以倾斜，已的战略重点之一，在政策和投资上予以倾斜，已安排安排 355 355 多个建设和改造项目，总投资已超过多个建设和改造项目，总投资已超过 65 65 亿元。经过近亿元。经过近 20 20 多年的努力，多年的努力， 精细化工的精细化工的地位已在我国得

12、到确立，地位已在我国得到确立， 其精细化工率已从其精细化工率已从1985 1985 年的年的 23.123.1提高到提高到 19941994年的年的29.7829.78；20012001年年为为37.4437.44，2002 2002 年已达年已达 39.4439.44。 l 传统精细化工发展迅速：传统精细化工发展迅速：l 新领域精细化工已初具规模：新领域精细化工已初具规模：对我国精细化工行业发展提出以下建议对我国精细化工行业发展提出以下建议 l 我国应该积极发展高新技术产品我国应该积极发展高新技术产品l 开发前景广阔的金属纳米材料开发前景广阔的金属纳米材料 l 把市场放在首位把市场放在首位l

13、 加强人才培养，加大科技开发力度加强人才培养，加大科技开发力度 l 积极应对倾销与反倾销积极应对倾销与反倾销 l 重视环境保护，推行清洁生产重视环境保护，推行清洁生产精细化工发展的重点和动向精细化工发展的重点和动向l 传统大宗精细化学品的更新换代传统大宗精细化学品的更新换代l 加快精细化学品新领域的开发加快精细化学品新领域的开发l 优先开发的先进技术：新催化技术、新分离技优先开发的先进技术：新催化技术、新分离技术、增效复配技术、超细粉体技术、气雾剂术、增效复配技术、超细粉体技术、气雾剂（CFCCFC）无污染替代技术）无污染替代技术参考资料：参考资料：l 王大全王大全. .中国精细化工的现状和发

14、展预测中国精细化工的现状和发展预测. .化工进化工进展展,2004,2004l 韩秋燕韩秋燕. .国内外精细化工行业现状及发展浅析国内外精细化工行业现状及发展浅析. .化化工中间体工中间体( (科技产业版科技产业版),2004),2004。l 钱伯章钱伯章. .中国精细化工面临新的发展机遇中国精细化工面临新的发展机遇. .中国石中国石油和化工油和化工,2004,2004l 刘德峥刘德峥. .目前我国精细化学工业的发展重点目前我国精细化学工业的发展重点. .平原平原大学学报大学学报,2004,2004l 钱伯章钱伯章. .跨国公司投资中国精细化工业现状和趋势跨国公司投资中国精细化工业现状和趋势.

15、 .化工中间体化工中间体( (科技产业版科技产业版),2004),20041 1、绪论（、绪论（2 2）2 2、表面活性剂及合成洗涤剂（、表面活性剂及合成洗涤剂（4 4）3 3、香精香料（、香精香料（4 4）4 4、化妆品（、化妆品（4 4）5 5、食品添加剂（、食品添加剂（4 4）6 6、合成材料加工助剂（合成材料加工助剂（4 4）7 7、胶粘剂（、胶粘剂（4 4）8 8、涂料（、涂料（4 4）第二章：表面活性剂第二章：表面活性剂（Surfactants） 2.1 概述概述表面活性剂的发展概况表面活性剂的发展概况打破了肥皂一通天下的局面打破了肥皂一通天下的局面上世纪上世纪30年代形成；年代形

16、成；以石油化工原料衍生；以石油化工原料衍生；我国该工业起始于我国该工业起始于50年代年代产量增长迅速，正在以年平均增长率大于产量增长迅速，正在以年平均增长率大于10的速率增长的速率增长世界表面活性剂产量世界表面活性剂产量19901990年达年达73007300万吨，其中万吨，其中5050用于纤用于纤维工业，维工业，2020以上用于洗涤剂工业，这是表面活性剂的两以上用于洗涤剂工业，这是表面活性剂的两个最大用户。个最大用户。l 根据物质的聚集态不同，表界面可分为：固气根据物质的聚集态不同，表界面可分为：固气 液气液气 固液固液 液液液液 固固固固l 处于液态表面层的分子受到液体内部分子的引力，液体

17、表处于液态表面层的分子受到液体内部分子的引力，液体表面具有自动收缩的能力。面具有自动收缩的能力。l 表面张力：表面张力：l 表面张力：指作用于液体表面单位长度上使表面收缩的力，表面张力：指作用于液体表面单位长度上使表面收缩的力，单位单位N/mN/m。也可以理解为系统增加单位面积时所需作的可。也可以理解为系统增加单位面积时所需作的可逆功，逆功，J/mJ/m2 2。表面自由能（表面能）。表面自由能（表面能）。2.2 表面活性与表面张力表面活性与表面张力xL皂膜AdAdxFdAdW /L2Fl各种表面现象：各种表面现象：不润湿不润湿润湿润湿凸面（储汞）凸面（储汞）凹面（储水）凹面（储水）附加压力总是

18、指向曲率中心一边附加压力总是指向曲率中心一边去污、乳化、分散等性能都与润湿现象密切相关。去污、乳化、分散等性能都与润湿现象密切相关。毛细管上升毛细管上升毛细管下降毛细管下降l表面张力是物质的内在性质，大小主要取决表面张力是物质的内在性质，大小主要取决于物质自身和与其接触的另一相物质的种类。于物质自身和与其接触的另一相物质的种类。l表面张力的测定方法：毛细管法、最大气泡表面张力的测定方法：毛细管法、最大气泡压力法、滴重法、吊环法、吊板法等。压力法、滴重法、吊环法、吊板法等。l接触角测定方法：停滴法、吊片法、电子天接触角测定方法：停滴法、吊片法、电子天平法等。平法等。l前进角和后退角。前进角和后退

19、角。 与固体表面的粗糙与固体表面的粗糙度、表面的不均匀性、度、表面的不均匀性、表面的污染情况有关。表面的污染情况有关。ar2.3 表面活性剂溶液表面活性剂溶液l 表面活性：表面活性：能在溶液表（界）面发生选择性吸附，起到降低能在溶液表（界）面发生选择性吸附，起到降低表（界）面张力的作用称为表面活性。表（界）面张力的作用称为表面活性。l 表面活性剂表面活性剂：在较低浓度下能显著改变表（界）面性质或与：在较低浓度下能显著改变表（界）面性质或与此相关、由此派生的性质的物质，都可以称为表面活性剂。此相关、由此派生的性质的物质，都可以称为表面活性剂。l 表面活性剂的加入不仅能显著降低表面活性剂的加入不仅

20、能显著降低表面张力，而且还具有润湿或反润湿、表面张力，而且还具有润湿或反润湿、乳化或破乳、气泡或消泡，及增溶、乳化或破乳、气泡或消泡，及增溶、分散等一系列作用。分散等一系列作用。l 表面活性剂在生产和生活实际中有表面活性剂在生产和生活实际中有着广泛的应用。着广泛的应用。图图2.1 各种物质水溶液浓各种物质水溶液浓度度c与表面张力与表面张力的关系的关系/N.m-1c/mol.L-1无机盐、酸、碱等无机盐、酸、碱等低碳醇、羧酸等低碳醇、羧酸等表面活性剂表面活性剂显著特征：降低水溶液的表面张力，显著特征：降低水溶液的表面张力，或油或油/水体系的界面张力。水体系的界面张力。1、表面活性剂的结构、表面活

21、性剂的结构只要在较低浓度下能显著改变表（界）面性质或与此相关、只要在较低浓度下能显著改变表（界）面性质或与此相关、由此派生的性质的物质，都可以划归表面活性剂的范畴。由此派生的性质的物质，都可以划归表面活性剂的范畴。亲水基亲水基蔬水基（亲油基）蔬水基（亲油基）图图2.2 表面活性剂的结构表面活性剂的结构表面活性剂的分子结构均由两部分构成。表面活性剂的分子结构均由两部分构成。两类结构与性能截然相反的分子碎片或基团由化学键相两类结构与性能截然相反的分子碎片或基团由化学键相连形成一个特殊的分子，既亲水又亲油，其这种特有结连形成一个特殊的分子，既亲水又亲油，其这种特有结构称双亲结构。又称双亲分子。构称双

22、亲结构。又称双亲分子。2、表面活性剂溶液的性质、表面活性剂溶液的性质l 形成吸附膜：形成吸附膜：l 形成胶束：形成胶束：空气(a) 极稀溶液极稀溶液水水(b) 稀溶液稀溶液小型胶束小型胶束吸附于水分子表面的吸附于水分子表面的表面活性剂但分子膜表面活性剂但分子膜(c) 临界胶束浓度的溶液临界胶束浓度的溶液(d) 大于临界胶束浓度的溶液大于临界胶束浓度的溶液图图2.3 表面活性剂的浓度变化和表面活性剂的活动情况的关系表面活性剂的浓度变化和表面活性剂的活动情况的关系l 疏水作用导致表面活性剂在溶液表面吸附成膜、在溶疏水作用导致表面活性剂在溶液表面吸附成膜、在溶液中缔合成胶束。液中缔合成胶束。l 临界

23、胶束浓度（临界胶束浓度（cmc值）：刚刚形成胶束时的所对应值）：刚刚形成胶束时的所对应的浓度区域（或表面活性剂达到形成单分子膜的最低的浓度区域（或表面活性剂达到形成单分子膜的最低浓度）。浓度）。l 胶束聚集数：每种表面活性剂胶束由不同数目的单分胶束聚集数：每种表面活性剂胶束由不同数目的单分子表面活性剂组成。子表面活性剂组成。l 胶束的大小形状随溶液浓度变化而改变，一般从球形胶束的大小形状随溶液浓度变化而改变，一般从球形变为扁球状、棒状、六角棒状直至层状胶束（已属于变为扁球状、棒状、六角棒状直至层状胶束（已属于液晶相）。影响胶束聚集数的因素：表面活性剂的结液晶相）。影响胶束聚集数的因素：表面活性

24、剂的结构、电解质、有机添加剂、温度等构、电解质、有机添加剂、温度等、胶束结构的变化形态胶束结构的变化形态浓度浓度cmc，形成胶束，大小，形成胶束，大小1100nm 单体单体二（三）聚体二（三）聚体胶团胶团棒状胶团棒状胶团棒状胶团的六角团棒状胶团的六角团H2O层状胶团层状胶团1.0-3.5nmH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2O水柱的六角堆积水柱的六角堆积H2O微乳状液微乳状液表面活性剂结晶表面活性剂结晶油油醇醇图图2- 4表面活性剂溶液中形成的胶团结构表面活性剂溶液中形成的胶团结构图图2.5 表面活性剂性质与浓度的关系表面活性剂性质与浓度的关系l 胶体的性质：表面活性胶体的性质：表面活性

25、剂在溶液中形成胶束是剂在溶液中形成胶束是表面活性剂胶体电解质表面活性剂胶体电解质性质的体现。性质的体现。l 与形成胶束有关的性质与形成胶束有关的性质是胶体化学研究的对象：是胶体化学研究的对象：增溶现象是胶束化的派增溶现象是胶束化的派生现象。生现象。l 由由cmc附近各种性能的附近各种性能的突变可以用多种方法测突变可以用多种方法测定溶液的定溶液的cmc值。值。2.4 表面活性剂的分类表面活性剂的分类分类方法：分类方法：其他：根据其水溶性、化学结构特征、分子量等其他：根据其水溶性、化学结构特征、分子量等根据蔬水基结构：根据蔬水基结构：直链、支链、芳香链、含氟长链直链、支链、芳香链、含氟长链根据亲水

26、基结构：根据亲水基结构：羧酸盐、硫酸盐、季胺盐、羧酸盐、硫酸盐、季胺盐、PEO衍生物、内脂衍生物、内脂根据分子构成的离子性：根据分子构成的离子性：离子型、非离子型、两性离子型、非离子型、两性这里我们按照表面活性剂的离子性及化学结构特这里我们按照表面活性剂的离子性及化学结构特征对表面活性剂进行如下分类：征对表面活性剂进行如下分类：表面活性剂表面活性剂阴离子型：阴离子型：阳离子型：阳离子型：两性离子型：两性离子型：非离子型：非离子型：正负离子型正负离子型杂交型杂交型其他类型其他类型冠醚型冠醚型高分子型高分子型特种元素型特种元素型生物表面活性剂生物表面活性剂有机金属型有机金属型反应型反应型含氟型含氟

27、型含硅型含硅型含硼型含硼型含磷型含磷型伯胺盐、仲胺盐、叔铵盐、季胺盐。伯胺盐、仲胺盐、叔铵盐、季胺盐。羧酸盐、硫酸脂盐、磺酸盐、磷酸脂盐。羧酸盐、硫酸脂盐、磺酸盐、磷酸脂盐。氨基酸型、甜菜碱型氨基酸型、甜菜碱型聚氧乙烯醚、多元醇聚氧乙烯醚、多元醇阴离子表面活性剂阴离子表面活性剂羧酸盐型羧酸盐型 RCOONa硫酸脂盐型硫酸脂盐型 ROSO3Na磺酸盐型磺酸盐型 RSO3Na磷酸脂盐型磷酸脂盐型 ROPO3Na阳离子表面活性剂阳离子表面活性剂胺盐型阳离子胺盐型阳离子表面活性剂表面活性剂伯胺盐伯胺盐仲胺盐仲胺盐叔胺盐叔胺盐R-NH2HClR-NH(CH3)HClR-N(CH3)2HCl季胺盐型阳离子

28、表面活性剂季胺盐型阳离子表面活性剂 R-N(CH)3Cl两性离子表面活性剂两性离子表面活性剂氨基酸型氨基酸型 R-NH2CHCHCOOH甜菜碱型甜菜碱型 RN+(CH3)2CH2COOH-非离子表面活性剂非离子表面活性剂聚乙二醇型聚乙二醇型 R-O(CH2CH2O)nH多元醇型多元醇型 R-COOCH2C(CH2OH)3OSOOO_M+(a)NRRRX_(b)CH COO2_N+RR(c)N+RRCH OSO3_OO(e)OOOOOSO M O_+(f)OOOHO(d)2.5 表面活性剂的物化性质表面活性剂的物化性质A :HLB(亲疏平衡值亲疏平衡值):大小表示表面活性剂亲水亲油性的相对大小表

29、示表面活性剂亲水亲油性的相对大小。值越大表示亲水性越强，值越小表示亲油性越强。大小。值越大表示亲水性越强，值越小表示亲油性越强。石蜡的石蜡的HLB0，油酸，油酸HLB1，油酸钾，油酸钾HLB20，十二烷基苯磺酸钠，十二烷基苯磺酸钠HLB40阴离子表面活性剂阴离子表面活性剂HLB在在140之间（通过亲油基之间（通过亲油基碳数的多少调节），非离子的碳数的多少调节），非离子的HLB在在120之间之间（可以通过聚环氧乙烷或羟基数的多少调节）（可以通过聚环氧乙烷或羟基数的多少调节）1、衡量表面活性剂亲水亲油性的物理量：、衡量表面活性剂亲水亲油性的物理量：HLB 值范围值范围适用的场合适用的场合HLB 值

30、范围值范围适用的场合适用的场合36油包水型乳化剂油包水型乳化剂1315洗涤洗涤79润湿、渗透润湿、渗透1518增溶增溶815水包油型乳化剂水包油型乳化剂B: PIT 相转变温度相转变温度 ： O/WW/OHLB只是针对表面活性剂自身的亲水亲油平衡而言，而没只是针对表面活性剂自身的亲水亲油平衡而言，而没有考虑体系的成分、温度等因素，具有一定的局限性。有考虑体系的成分、温度等因素，具有一定的局限性。体系完全确定（水相、油相性质，溶液温度，乳化剂体系完全确定（水相、油相性质，溶液温度，乳化剂用量等多种因素），用量等多种因素），PIT才有定制。才有定制。A ： 浊点（浊点（C. P值）：溶液变混浊的温

31、度值）：溶液变混浊的温度CH2H2OOCH2CH2CH2OH2OCH2H2OOCH2CH2CH2OH2OCH2H2OOCH2CH2CH2OH2OCH2图图2- 6 聚氧乙烯链中氧与水分子形成氢键聚氧乙烯链中氧与水分子形成氢键2、表面活性剂的溶解性、表面活性剂的溶解性B：Krafft点（点（K. P. 点）：离子表面活性剂，溶解度随温度点）：离子表面活性剂，溶解度随温度的转折点的转折点图图2- 7 离子型表面活性剂溶解度曲线及离子型表面活性剂溶解度曲线及K.P.点点2.6 表面活性剂的应用原理表面活性剂的应用原理l 起泡、乳化、分散：都是一相在另一相中的分起泡、乳化、分散：都是一相在另一相中的分

32、散，由于表面张力的存在都不稳定，表面活性剂散，由于表面张力的存在都不稳定，表面活性剂通过在两相界面形成单或双分子膜而使体系趋于通过在两相界面形成单或双分子膜而使体系趋于稳定。稳定。起泡：表面活性剂通过表面张力降低、表面张起泡：表面活性剂通过表面张力降低、表面张力修复、增加表面电荷、表面粘度和减少表面透力修复、增加表面电荷、表面粘度和减少表面透气性等效应达到。阴离子表面活性剂与某些非离气性等效应达到。阴离子表面活性剂与某些非离子（或两性）表面活性剂复配能起到很好的起泡子（或两性）表面活性剂复配能起到很好的起泡和稳泡作用。和稳泡作用。l 应用：日用化学品如香波、泡沫浴剂、剃须液、应用：日用化学品如

33、香波、泡沫浴剂、剃须液、牙膏、厨房用洗涤剂；泡沫灭火器用起泡剂；矿牙膏、厨房用洗涤剂；泡沫灭火器用起泡剂；矿物浮选用起泡剂；农药的泡沫喷洒等。物浮选用起泡剂；农药的泡沫喷洒等。l 消泡：用化学物质消泡是使其它物质进入泡沫双消泡：用化学物质消泡是使其它物质进入泡沫双分子膜中，打破其力学平衡。分子膜中，打破其力学平衡。 消泡剂有：低碳醇、消泡剂有：低碳醇、矿物油、有机极性化合物和硅氧烷树脂等。应用矿物油、有机极性化合物和硅氧烷树脂等。应用于发酵工业及造纸制浆工业中。于发酵工业及造纸制浆工业中。l乳化：两种不相混溶的液体混合，一种液体以液嘀乳化：两种不相混溶的液体混合，一种液体以液嘀状分散在另一种液

34、体中。由于两相界面增大，引起状分散在另一种液体中。由于两相界面增大，引起体系热力学不稳定。体系热力学不稳定。 分散相和分散介质：分散相和分散介质： 乳液类型：乳液类型：O/W，W/O 水溶液中离子表面活性剂胶束的结构示意图水溶液中离子表面活性剂胶束的结构示意图l乳化剂的作用：乳化剂分子膜将分散相液乳化剂的作用：乳化剂分子膜将分散相液嘀包住（形成双电子层表面），防止液嘀嘀包住（形成双电子层表面），防止液嘀相互靠近而合并，使原来的热力学不稳定相互靠近而合并，使原来的热力学不稳定体系可以保持为准稳定体系。体系可以保持为准稳定体系。l乳化方法：乳化剂的加入方式乳化方法：乳化剂的加入方式(2种种,形成不

35、形成不同类型的乳液同类型的乳液)。l应用：农药的乳化、沥青的乳化等。应用：农药的乳化、沥青的乳化等。 l破乳：高分子表面活性剂（嵌段聚醚）。破乳：高分子表面活性剂（嵌段聚醚）。l增溶：由于胶束的存在而使物质溶解度增增溶：由于胶束的存在而使物质溶解度增加的现象，这些物质溶于胶束的亲油基中加的现象，这些物质溶于胶束的亲油基中间、插于胶束的分子之间、黏附于胶束的间、插于胶束的分子之间、黏附于胶束的亲水基上，使溶解度增大。亲水基上，使溶解度增大。l润湿和渗透：使液体迅速均匀地浸湿固体润湿和渗透：使液体迅速均匀地浸湿固体的表面或内部。的表面或内部。l杀菌：阳离子表面活性剂和两性表面活性杀菌：阳离子表面活

36、性剂和两性表面活性剂对革兰氏氧性菌和革兰氏阴性菌具有杀剂对革兰氏氧性菌和革兰氏阴性菌具有杀菌能力。菌能力。l洗涤：是乳化、分散、增溶、润湿、起泡洗涤：是乳化、分散、增溶、润湿、起泡等作用综合作用的结果。等作用综合作用的结果。l其它功能：柔软平滑、抗静电、均染、固其它功能：柔软平滑、抗静电、均染、固色、防蚀等作用。色、防蚀等作用。表面活性剂用蔬水基原料来源表面活性剂用蔬水基原料来源脂肪酸：来源于天然可再生油脂资源。脂肪酸：来源于天然可再生油脂资源。C12C18，脂肪胺：来源于天然可再生油脂资源。脂肪胺：来源于天然可再生油脂资源。脂肪醇：来源于天然油脂资源及石油化工原料。脂肪醇：来源于天然油脂资源

37、及石油化工原料。长链烷烃：主要来源于石油化工原料。长链烷烃：主要来源于石油化工原料。长链烯烃：主要来源于石油化工原料。长链烯烃：主要来源于石油化工原料。长链取代芳烃：主要来源于石油化工原料。长链取代芳烃：主要来源于石油化工原料。蔬水基是表面活性剂产生蔬水作用的根本原因，也是表面活蔬水基是表面活性剂产生蔬水作用的根本原因，也是表面活性剂分子的主要组成部分。性剂分子的主要组成部分。2.7 表面活性剂各论表面活性剂各论一、阴离子表面活性剂（一、阴离子表面活性剂（Anionic surfactants）阴阴离离子子表表面面活活性性剂剂羧酸盐型脂肪酸皂酰基胺基酸（肽）脂肪醇醚羧酸盐酰胺皂硫酸脂盐型脂肪醇

38、硫酸盐脂肪醇醚硫酸盐烷基酚醚硫酸盐仲烷基硫酸盐硫酸化油直链烷基苯磺酸盐-磺基脂肪酸甲脂单钠盐-烯烃磺酸盐脂肪醇醚磺酸盐石油磺酸盐丁基萘磺酸盐烷基磺酸盐仲烷基磺酸盐磺基琥珀酸单脂二钠盐长链酰基乙基磺酸盐N酰基N甲基牛磺酸盐木质素磺酸磺酸盐型磷酸脂盐型常用生产技术常用生产技术磺化磺化/硫酸化、皂化硫酸化、皂化/中和中和为阴离子表面活性剂生产中最为典型和普遍使用的反应。在碳原子上引入 SO3H的反应为磺化反应，通过氧原子架桥在蔬水链上引入 SO3H的反应为硫酸化反应产物为有机物的酸性硫酸脂。常用磺化/硫酸化剂为：发烟硫酸、氯磺酸、氨基磺酸和稀释的SO3气体。工业上大规模使用的磺化/硫酸化技术是气体S

39、O3连续磺化技术。 SO3主要来源于燃硫法生产。中和：阴离子表面活性剂中酸性亲水头均需经过中和反应，或在以油脂为原料制皂时为皂化反应，才能转化为阴离子表面活性剂，所以中和反应实际上是制备阴离子型表面活性剂中使用频率最高的合成技术。l羧酸盐型阴离子表面活性剂（皂类）脂肪酸皂羧酸盐型阴离子表面活性剂（皂类）脂肪酸皂 即为大规模生产的肥皂。即为大规模生产的肥皂。l主要生产工艺有三种：油脂皂化、脂肪酸中和、主要生产工艺有三种：油脂皂化、脂肪酸中和、脂肪酸甲脂皂化。脂肪酸甲脂皂化。 油脂皂化天然油脂与氢氧化钠进行皂化反应油脂皂化天然油脂与氢氧化钠进行皂化反应是肥皂生产最重要的工艺。是肥皂生产最重要的工艺

40、。制备工艺流程：精炼制备工艺流程：精炼 、皂化、盐析、洗涤、碱、皂化、盐析、洗涤、碱析、整理、成型。析、整理、成型。 脂肪酸中和脂肪酸甲脂皂化脂肪酸钠皂主要用于家用洗涤和个人清洁卫生用品，织物洗涤用皂链长一般为C16C18，去污力强，个人清洁卫生用品，如香皂等主要用C12C14脂肪酸皂，为了提高硬度和综合理化性能，也掺入一些C16C18脂肪酸皂。脂肪酸皂还可与镁、锌、镉、铅、钡、钾等支撑适合工业用途的金属皂。l 洗衣皂（洗衣皂（bar laundry Soaps） 它仍是肥皂的主要它仍是肥皂的主要品种，其原料有动物油脂（牛油、羊油和猪油）、品种，其原料有动物油脂（牛油、羊油和猪油）、植物油（棕

41、榈油、椰子油、棉籽油、木油和桕油植物油（棕榈油、椰子油、棉籽油、木油和桕油等）、硬化油、松香等。洗衣皂分为等）、硬化油、松香等。洗衣皂分为型（干皂含型（干皂含量量54%）和）和型（干皂含量型（干皂含量43-54%）。有些洗衣）。有些洗衣皂为增强洗涤能力还加入少量其它种类的表面活性皂为增强洗涤能力还加入少量其它种类的表面活性剂，称为复合剂，称为复合皂（皂（Combars）。洗衣皂中还有透明）。洗衣皂中还有透明皂和半透明皂（皂和半透明皂（Transparent and Translucent Bar Soaps），其透明度是用加乙醇、糖、甘油或其它多），其透明度是用加乙醇、糖、甘油或其它多元醇来达

42、到的。元醇来达到的。 l香皂（香皂（Toilet soaps） 分为皂基型（分为皂基型（型，型，干皂含量干皂含量83%，其主要原料是牛、羊油和，其主要原料是牛、羊油和椰子油）和复合型（椰子油）和复合型（型，含脂肪酸钠和型，含脂肪酸钠和其它表面活性剂、功能性添加剂、助剂，其它表面活性剂、功能性添加剂、助剂，含量不低于含量不低于53%）。香皂品种很多，如大）。香皂品种很多，如大理石花纹皂（蓝花皂）、抗菌皂、过脂皂理石花纹皂（蓝花皂）、抗菌皂、过脂皂等。等。l 液体皂（液体皂（Liquid Soap） 主要有浴液中的主要有浴液中的型型（Body Soap，以脂肪酸钠为主，其含量，以脂肪酸钠为主，其含

43、量18%）和洗手液（和洗手液（Refreshing Liquid Soap）。该产品对）。该产品对重金属和甲醇含量有要求。重金属和甲醇含量有要求。 l 金属皂（金属皂（Metal Soaps） 即多价金属皂，包括硬脂即多价金属皂，包括硬脂酸锂、硬脂酸钡、硬脂酸镉、硬脂酸镍、硬脂酸酸锂、硬脂酸钡、硬脂酸镉、硬脂酸镍、硬脂酸铝等。一般不溶于水，在洗涤制品中极少应用，铝等。一般不溶于水，在洗涤制品中极少应用，分别用于润滑脂、金属加工、聚合物的脱模剂、分别用于润滑脂、金属加工、聚合物的脱模剂、纤维偶色剂、涂料中颜料悬浮分散剂等。纤维偶色剂、涂料中颜料悬浮分散剂等。 l多羧酸皂：琥珀酸系列，用于润滑油添

44、加剂、防腐多羧酸皂：琥珀酸系列，用于润滑油添加剂、防腐剂等。剂等。 l松香皂、松香皂、N酰基氨基羧酸盐、聚醚羧酸盐等。酰基氨基羧酸盐、聚醚羧酸盐等。l硫酸盐型阴离子表面活性剂硫酸盐型阴离子表面活性剂 高级醇及含羟基的化合物、含双键的烯烃经硫酸化生成硫酸高级醇及含羟基的化合物、含双键的烯烃经硫酸化生成硫酸脂，中和后得到各种硫酸脂盐型表面活性剂。脂，中和后得到各种硫酸脂盐型表面活性剂。 水溶性、去污性比肥皂好，溶液呈中性，广泛应用于家庭、水溶性、去污性比肥皂好，溶液呈中性，广泛应用于家庭、工业洗涤剂中，还用于香波、化妆品等，但抗硬水能力差，工业洗涤剂中，还用于香波、化妆品等，但抗硬水能力差，而开发

45、出高级醇聚氧乙烯醚硫酸脂盐（而开发出高级醇聚氧乙烯醚硫酸脂盐（AES）表面活性剂。）表面活性剂。亲水基和亲油基由脂键相连接，热稳定性比较差，在强酸强亲水基和亲油基由脂键相连接，热稳定性比较差，在强酸强碱中易水解。碱中易水解。 l高级醇硫酸盐脂：伯烷基硫酸脂盐（高级醇硫酸盐脂：伯烷基硫酸脂盐（AS）l高级醇的来源：天然油脂的还原，动植物高级醇的来源：天然油脂的还原，动植物蜡中提取，化学合成（齐格勒法和羰基合蜡中提取，化学合成（齐格勒法和羰基合成法），液蜡氧化法等；成法），液蜡氧化法等；l硫酸化反应：浓硫酸，发烟硫酸，三氧化硫酸化反应：浓硫酸，发烟硫酸，三氧化硫（工业化应用较多），氯磺酸和氨基磺硫

46、（工业化应用较多），氯磺酸和氨基磺酸；酸；l中和反应：碱中和。中和反应：碱中和。l磺酸盐型阴离子表面活性剂磺酸盐型阴离子表面活性剂 硫原子与碳原子直接相连，比硫酸脂盐稳定，在酸性溶液硫原子与碳原子直接相连，比硫酸脂盐稳定，在酸性溶液及加热条件下不发生水解，广泛用于洗涤、染色、纺织行业，及加热条件下不发生水解，广泛用于洗涤、染色、纺织行业，并可作为渗透剂，润湿剂，防锈剂等工业助剂。并可作为渗透剂，润湿剂，防锈剂等工业助剂。 烷基苯磺酸（钠）盐（烷基苯磺酸（钠）盐（LAS）：）： 烷基磺酸盐（烷基磺酸盐（SAS）：）： 烯烃磺酸盐烯烃磺酸盐（AOS） 其它如：琥珀酸脂磺酸盐、烷基萘磺酸盐、脂肪酰胺

47、磺酸其它如：琥珀酸脂磺酸盐、烷基萘磺酸盐、脂肪酰胺磺酸盐、盐、 木质素磺酸盐、石油磺酸盐。木质素磺酸盐、石油磺酸盐。l磷酸脂盐型阴离子表面活性剂磷酸脂盐型阴离子表面活性剂具有优良的抗静电、乳化、防锈和分散等性能，广具有优良的抗静电、乳化、防锈和分散等性能，广泛用于纺织、化工、国防、金属加工和轻工等工业泛用于纺织、化工、国防、金属加工和轻工等工业部门。部门。高级醇磷酸脂盐（烷基磷酸脂盐）：结构类型，磷高级醇磷酸脂盐（烷基磷酸脂盐）：结构类型，磷酸脂化（通常为单双脂的混合物）酸脂化（通常为单双脂的混合物） 高级醇磷酸双脂钠盐高级醇磷酸脂二钠盐l 聚氧乙烯醚磷酸脂盐：非离子表面活性剂阴离子聚氧乙烯醚

48、磷酸脂盐：非离子表面活性剂阴离子化的产品化的产品（高级醇聚氧乙烯醚和烷基酚聚氧乙烯（高级醇聚氧乙烯醚和烷基酚聚氧乙烯醚和磷酸脂化剂反应）醚和磷酸脂化剂反应） 。二、二、 阳离子表面活性剂阳离子表面活性剂(Cationic surfactants) l主要作用：杀菌剂、纤维柔软剂、抗静电主要作用：杀菌剂、纤维柔软剂、抗静电剂、纺织助染剂、肥料抗结块剂、农作物剂、纺织助染剂、肥料抗结块剂、农作物除莠剂、沥青和石子的粘结促进剂、金属除莠剂、沥青和石子的粘结促进剂、金属防腐剂、颜料分散剂、塑料抗静电剂、头防腐剂、颜料分散剂、塑料抗静电剂、头发调理剂、化妆品用乳化剂等。日常生活发调理剂、化妆品用乳化剂等

49、。日常生活中很少用于洗涤剂（因纤维织物和固体表中很少用于洗涤剂（因纤维织物和固体表面均代负电荷）。面均代负电荷）。l作用原理：杀菌由于细菌被强力吸作用原理：杀菌由于细菌被强力吸附，附， 阻止了细菌的呼吸作用与糖解作阻止了细菌的呼吸作用与糖解作用；用； 纤维织物方面吸附于纤维表面纤维织物方面吸附于纤维表面形成一定向吸附膜后，中和纤维表面形成一定向吸附膜后，中和纤维表面的负电荷，减少因摩擦产生的自由电的负电荷，减少因摩擦产生的自由电子，有较好的抗静电性，还能显著降子，有较好的抗静电性，还能显著降低纤维表面的静摩擦系数，用于纤维低纤维表面的静摩擦系数，用于纤维的柔软处理。的柔软处理。l注意事项：不能

50、与肥皂等阴离子表面活性注意事项：不能与肥皂等阴离子表面活性剂共用，会产生沉淀而失效；与一些染料剂共用，会产生沉淀而失效；与一些染料（直接染料或荧光染料）会发生作用而失（直接染料或荧光染料）会发生作用而失效；遇到偏硅酸钠、硝酸盐、蛋白质、生效；遇到偏硅酸钠、硝酸盐、蛋白质、生物碱等也会发生作用而失效。物碱等也会发生作用而失效。l主要品种的制备：胺盐类由相应伯、仲、主要品种的制备：胺盐类由相应伯、仲、叔胺用酸（盐酸或醋酸等）简单叔胺用酸（盐酸或醋酸等）简单 中和即可；中和即可；季胺盐：需由叔胺与烷基化试剂反应制备。季胺盐：需由叔胺与烷基化试剂反应制备。l性能比较：季胺盐型可用于碱性介质，而性能比较