特殊类型的表面活性剂课件.ppt

1、 第一节第一节 阴离子表面活性剂阴离子表面活性剂 第二节第二节 阳离子表面活性剂阳离子表面活性剂 第三节第三节 两性离子表面活性剂两性离子表面活性剂 第四节第四节 非离子表面活性剂非离子表面活性剂 第五节第五节 特殊类型表面活性剂特殊类型表面活性剂一一. 碳氟表面活性剂碳氟表面活性剂 含含氟氟表面活性剂是指碳氢链中表面活性剂是指碳氢链中氢原子氢原子被被氟氟取代了的取代了的表面活性剂。表面活性剂。 氢原子氢原子可以部分被可以部分被氟氟原子取代，也可全部被原子取代，也可全部被氟氟原子原子取代，后者称为取代，后者称为全氟全氟表面活性剂。表面活性剂。 这类表面活性剂性能特殊，具有这类表面活性剂性能特殊

2、，具有憎水憎水、憎油憎油的双重的双重特性，降低表面张力的能力极为显著，其应用越来越引特性，降低表面张力的能力极为显著，其应用越来越引人注目。人注目。第五节第五节 特殊类型表面活性剂特殊类型表面活性剂1 碳氟表面活性剂的性质碳氟表面活性剂的性质“三高三高” “两憎两憎” 氟表面活性剂的独特性能常被概括为“三高”、“两憎”。n高热稳定性n高化学惰性n高表面活性n憎水n憎油 这些独特的性能都是由于分子结构中引入了碳氟链而引起，因此氟原子的独有性质是氟表面活性剂具有不寻常性质的根本原因。元素HF电负性2.14.0范德华半径/Pm120135C-X键键长/Pm111139C-X键键能/KJmlo-141

3、0452表1. 氢、氟原子的一些性质参数1 氟是电负性最大的元素 氟的2s和2p轨道与碳相应轨道的匹配良好 CF键的键能比CH键能大得多，不易断裂. 一般氟表面活性剂都能耐400以上高温。 全氟烷基磺酸在400下加热3h后才有微量分解 全氟烷基羧酸加热到550才分解 大部分同碳数的碳氢表面活性剂加热到300左右就大量分解 a. a. 高热稳定性高热稳定性 b. b. 高化学惰性高化学惰性CCCFF FCFFF FCFFF 氟表面活性剂的高化学惰性是氟原子的保护作氟表面活性剂的高化学惰性是氟原子的保护作用引起的，也称为氟原子的用引起的，也称为氟原子的屏蔽效应屏蔽效应。F的半径较大F的电负性强邻近

4、F原子间的斥力非常大邻近F原子彼此错开一定角度F围绕C链主轴螺旋分布 F原子紧密覆盖在C链表面，从而能够屏蔽外来试剂的进攻，并且F原子所带多余负电荷可以形成负电保护层，亲核试剂难以接近，更不能穿透。CF键的高度极化键的高度极化 使CC的距离缩短，从而使它的键能增加。实验结果证明，C-C键的键长缩短，因而热稳定性高，化学惰性大。 c. c. 高表面活性高表面活性 碳氢表面活性剂和氟表面活性剂的饱和吸附量相差不大时，氟表面活性剂降低水表面张力的能力和效率远远高于碳氢表面活性剂。 d. d. 憎水憎油憎水憎油 碳氟链的范德华引力小，因此它不仅与水的亲和力小，而且与碳氢化合物的亲和力也小，这就造成它不

5、仅“憎水”，而且“憎油”的特性。 聚四氟乙烯之所以作为“不粘锅”覆盖层的主要成分就是因为碳氟链既“憎水”又“憎油”的特性使得水跟油都不能在其铺展、粘附。 碳氟链的“憎油”特性也为寻找碳氢化合物的表面活性剂提供了思路。在碳氟链的末端引入极性低的亲油基团，就可以用于降低油的表面张力。 e. e. 其他特点其他特点 环境相容性好 单质氟和离子性氟化物具有很强的毒性，但是氟表面活性剂的毒性却很低，对环境污染小。 降低油/水界面张力能力差 氟表面活性剂对于降低水的表面张力虽有很强的能力，但是对于降低油/水的界面张力则能力不佳，这是碳氟链的“憎油”所引起的。2 碳氟表面活性剂的分类碳氟表面活性剂的分类离子

6、型非离子型阳离子型阴离子型两性型如：如：阴离子型阴离子型 R RF FCOOHCOOH阳离子型阳离子型 R RF FCHCH2 2CHCH2 2N N+ +(CH(CH3 3) )2 2C C2 2H H5 5I I- -两性两性 R RF FN N+ +(CH(CH3 3) )2 2(CH(CH2 2) )n nSOSO3 3- - 非离子型非离子型 CFCF3 3(CF(CF2 2) )n nCHCH2 2O(CHO(CH2 2CHCH2 2O)O)m mH H 3 碳氟表面活性剂的应用碳氟表面活性剂的应用高高 效效 稳稳 定定 由于氟表面活性剂的独特性能，使得它在许多工业领域都有广泛用途

7、，如纺织、皮革、造纸、选矿、农药等领域。a.高效灭火剂高效灭火剂轻水泡沫灭火剂轻水泡沫灭火剂在油面上迅速铺展成膜在油面上迅速铺展成膜缩短灭火时间缩短灭火时间提高灭火性能提高灭火性能抗复燃性好抗复燃性好b. 电镀电镀抑抑铬酸雾铬酸雾剂剂,在电解液液面上形成致密泡沫，阻止铬在电解液液面上形成致密泡沫，阻止铬酸雾的逸出。酸雾的逸出。安全生产安全生产c.织物整理剂织物整理剂d. 高聚物添加剂高聚物添加剂 e. 感光材料感光材料 处理固体表面，使固体表面抗水、抗粘、防污、防尘，作憎水剂、憎油剂。 能溶于“液体蜡”，制成自然发光的乳液上光剂，用于擦亮地板。 4 碳氟表面活性剂的合成碳氟表面活性剂的合成 电

8、化学氟化法电化学氟化法 氟烯烃调聚法氟烯烃调聚法 氟烯烃齐聚法氟烯烃齐聚法 b. 中间体转化中间体转化a. 长链氟烷基的合成长链氟烷基的合成 由于疏水链为碳氟链，故氟表面活性剂的合成方法与碳氢表面活性剂的合成方法有很大的区别。 其合成一般分为3个步骤：首先合成含610个碳原子的碳氟化合物，然后制成易于引进各种亲水基团的含氟中间体，最后再引进各种亲水基团制成各类表面活性剂。 其中含氟烷基的合成是制备碳氟表面活性剂的关键，使用最多的合成方法主要有3种。a. 长链氟烷基的合成长链氟烷基的合成 电化学氟化法电化学氟化法 将需要被氟化的有机物溶解或分散在无水氟化氢中，在低于8V的直流电压下进行电解，阴极

9、产生氢气，而有机物在阳极被氟化。在氟化过程中，只有氢原子被氟原子取代，其他官能团仍被保留。C8H17SO2Cl + 18HF电解C8F17SO2F + HCl +副产物CF3CF2I +nCF2CF2CF3CF2(CF2CF2)nI(n=015)CH3CH2OH +nCF2CF2H(CF2CH2)nCH(CH3)OH 氟烯烃调聚法氟烯烃调聚法 利用全氟烷基碘、低级醇等物质作为端基物调节聚合四氟乙烯等含氟单体制得低聚合度的含氟烷基调节物。 氟烯烃齐聚法氟烯烃齐聚法 四氟乙烯、六氟丙烯及六氟丙烯环氧化合物在非质子极性溶剂中以氟阴离子催化可低聚成C6C14的中间体，这些中间体具有高度分枝的支链。CF

10、3CFCF2OnF-CF3CF2CF2O(CFCF2O)n-2CFCFCF3CF3OF2CCF2nF-(CF2CF2)n(n=46)CCF3CF2CF3CF2CF3CCF3CFCF3五聚体b. 中间体转化中间体转化 以上反应得到具有碳氟链的中间体，其端基是较为活泼的官能团，再通过各种有机反应可引入极性基团就可得到各种类型的氟表面活性剂。 三种方法的比较：三种方法的比较： 1. 电解氟化法 最早使用，反应简单，氟化是逐步进行的，产物复杂，产率低，产品结构单一。 2. 调聚法 制得的碳氟链为直链，表面活性高，但产物为不同链长化合物的混合物。最大优点是得到的全氟碘代烷，碘容易脱落，可用于合成各类碳氟

11、表面活性剂。综合而言，该方法最优综合而言，该方法最优。 3. 齐聚法 安全性高，反应容易控制，但由于支链产物的表面活性不高，其应用受到较大限制。二二. 含含硅硅表面活性剂表面活性剂u有机硅表面活性剂主要是指以聚二甲基硅氧烷为疏水主链，在其中间位或端位连接一个或多个有机极性基团而构成的一类表面活性剂。离子型非离子型阳离子型阴离子型两性型v分类分类R，R代表烷基链代表烷基链阴离子型阴离子型阳离子阳离子型型v合成合成聚硅氧烷聚硅氧烷-聚醚硅表面活性剂聚醚硅表面活性剂的合成的合成 季铵盐季铵盐含硅表面活性剂含硅表面活性剂的杀菌能力很强，一般配成稀溶液，的杀菌能力很强，一般配成稀溶液，就能杀死各种细菌例

12、如就能杀死各种细菌例如革兰氏阴性细菌、葡萄球菌、真菌革兰氏阴性细菌、葡萄球菌、真菌等。等。 硅氧烷表面活性剂具有化妆品配方要求的硅氧烷表面活性剂具有化妆品配方要求的润滑性、光泽、润滑性、光泽、调理性、耐水性和特殊触感调理性、耐水性和特殊触感等良好特性，在化妆品领域应用前等良好特性，在化妆品领域应用前景很好。景很好。 v性能性能 优良的优良的降低表面张力降低表面张力的性能的性能 硅氧烷表面活性剂在水溶液和非水溶液中都具有表面活性。硅氧烷表面活性剂在水溶液和非水溶液中都具有表面活性。是除氟表面活性剂之外，目前发现的表面活性剂中最优良的品是除氟表面活性剂之外，目前发现的表面活性剂中最优良的品种。种。

13、 大多用于大多用于洗发剂、护发素洗发剂、护发素和和调理香波调理香波中。它们能改善头发中。它们能改善头发的梳理性、光泽和触感。的梳理性、光泽和触感。Si-O 键要比键要比 C-C 键稳定，含硅表面活性剂具有较高的键稳定，含硅表面活性剂具有较高的耐耐热稳定性。热稳定性。v应用领域应用领域n化妆品工业n纺织工业n涂料工业n油田n其他应用分类分类离子型非离子型阳离子型两性型阴离子型天然型合成型半天然半合成 三、高分子表面活性剂三、高分子表面活性剂 定义定义:分子量在分子量在数千以上数千以上并具有表面活性的物质并具有表面活性的物质如如:非离子型非离子型高分子表面活性剂：环氧乙烷处理对位烷基高分子表面活性

14、剂：环氧乙烷处理对位烷基苯酚的甲醛缩合物苯酚的甲醛缩合物 阴离子型阴离子型高分子表面活性剂则可由上述产品硫酸化可得高分子表面活性剂则可由上述产品硫酸化可得: ()CH2O(CH2CH2O)mHnR+()CH2O(CH2CH2O)mSO NanR3-表面活性表面活性 较差较差乳化乳化效果好效果好稳泡稳泡剂剂分散性分散性 和和 絮凝性絮凝性增稠性增稠性防垢剂防垢剂v性能和用途性能和用途四、四、 冠醚型冠醚型表面活性剂表面活性剂 冠醚表面活性剂的环上带有长链烷基，故合成方法与一般冠醚不尽相同。按引人长链烷基的先后，分为如下两大类：合成方法合成方法(1)通过末端活性基团逐步反应成环(2)直接在冠环上引

15、人亲油基(1)通过末端活性基团逐步反应成环(2)直接在冠环上引人亲油基相转移相转移 催化剂催化剂对不同的对不同的阳离子阳离子有选择性络合，有选择性络合，萃取剂萃取剂模拟生物膜模拟生物膜 传输传输发光材料发光材料v性能和用途性能和用途较大毒性较大毒性如：相转移如：相转移 催化剂催化剂五、五、 反应型反应型表面活性剂表面活性剂能同能同基体表面基体表面反应反应永久键合永久键合，可解决，可解决许多表面活性剂所不能解决的问题。许多表面活性剂所不能解决的问题。柔软性柔软性防水性防水性防缩性防缩性防皱性防皱性防虫、防虫、防霉、防霉、防静电防静电 是细胞与生物膜正常生理活动所不可缺少是细胞与生物膜正常生理活动

16、所不可缺少的成分，一方面广泛地分布于的成分，一方面广泛地分布于动植物体内动植物体内，另一，另一方面方面微生物微生物在其菌体外较大量地产生、积蓄微生在其菌体外较大量地产生、积蓄微生物表面活性剂。物表面活性剂。 疏水基一般是疏水基一般是脂肪酸或烃类脂肪酸或烃类，而亲水基则，而亲水基则为为糖、多元醇、多糖糖、多元醇、多糖等。等。 橄榄脂橄榄脂 六、六、生物生物表面活性剂表面活性剂 微生物在代谢过程中常分泌出一些具有表面活性的微生物在代谢过程中常分泌出一些具有表面活性的代谢产物。如代谢产物。如简单脂类简单脂类、复杂脂类复杂脂类或或类脂衍生物类脂衍生物。在这些物质分子中存在着在这些物质分子中存在着非极性的疏水基团非极性的疏水基团和和极性的亲极性的亲水基团水基团。 目前生产生物表面活性剂主要用两种方法：目前生产生物表面活性剂主要用两种方法：1.微生物微生物法法，2.酶催化法酶催化法。 生物表面活性剂最生物表面活性剂最重要的特点重要的特点：无毒、能快速完全被：无毒、能快速完全被微生物降解，不会对环境造成污染。微生物降解，不会对环境造成污染。