精细化学品化学-课件.ppt

1、精精 细细 化化 学学 品品 化化 学学主讲：王明慧主讲：王明慧第一章第一章 绪绪 论论化学工业与国民经济的各个领域，以及人们的日常生活密切相关。近按照用途不同，人们将化工产品划分为两在类，即和。基本化工产品是指一些应用范围广泛，生产中化工技术要求很高，产量大的产品，例如石油化工中的塑料、化纤及橡胶三大合成材料，化肥等。例如洗涤用化学品、染料、医药、功能高分子等。第一节 精细化学品的概念 精细化学是研究各种精细化工产品的分子设计、合成、精细化学是研究各种精细化工产品的分子设计、合成、结构、功能及其构效关系的化学。结构、功能及其构效关系的化学。“精细化学工业”（Fine Chemicals In

2、dustry）通常称为精细化工，包括精细化学品和专用化学品（Specialty Chemicals）两部分，属高新技术行业。由于精细化工产品的范围十分广泛，目前还很难明确专业的学科领域，但从研制、生产、应用三个方面考虑，精细化工的基础是应用化学。即把无机化学、有机化学、分析化学、物理化学、高分子化学等化学基础知识用于精细化工产品的工业过程。近20多年来，由于社会生产水平和生活水平的提高，化学工业产品结构的变化以及高新技术的要求，精细化工产品越来越受到重视，它们的产值比重逐年上升，精细化程度已经成为衡量一个国家化学工业水平的尺度。并已有将生产精细化工产品的工业单独作为一个部门从化学工业中划分出来

3、的倾向。本课程面向应用化学专业、化学专业、本课程面向应用化学专业、化学专业、化工专业的本专科生，目的是培养学生化工专业的本专科生，目的是培养学生综合运用化学化工基础知识的能力，让综合运用化学化工基础知识的能力，让学生了解和掌握精细化学品的基本概念学生了解和掌握精细化学品的基本概念和特点、化学结构、合成和生产方法及和特点、化学结构、合成和生产方法及其应用，了解精细化学品国内外发展的其应用，了解精细化学品国内外发展的新特点、新动向。新特点、新动向。第二节第二节 精细化学品的特点精细化学品的特点 精细化学品的特点与定义密切相关，一般归纳为五方面:具有特定功能具有特定功能 大量采用复配技术大量采用复配

4、技术 小批量、多品种小批量、多品种 技术密集度高技术密集度高 附加值高附加值高 (1)(1)具有特定功能具有特定功能 精细化学品是根据产品性能销售的化学品。精细化学品的应用专用性强，通用性弱。多数精细化学品的特定功能经常是与消费者直接相关的，例如，化妆品、合成洗涤剂、装饰涂料、染料等。还有针对专门的消费者，如医药，具有专门功效的药用于治疗特定疾病。人们对产品功能是否合乎他们的要求会很快反映到生产厂商的管理机构。从这点上来说，精细化工产品的特定功能显得格外重要。精细化学品的特定功能还表现为它的用量少而效益显著。如在人造卫星的结构中采用结构胶粘剂代替金属焊接，节重1 kg就有近十万元的经济效益。使

5、用立体专一性高效催化剂能获得光学纯度很高的单一对映异构体，这对医药生产越来越重要。上述两个简单的例子充分说明精细化学品的特定功能完全依赖于应用对象的要求，而这些要求随着社会生产水平、生活水平、科技水平的提高，将处于不断提高、永无止境的变化中。(2)(2)大量采用复配技术大量采用复配技术 第一个特点决定了要采用复配技术。由于精细化学品要满足各种专门用途，应用对象特殊，通常很难用单一化合物来满足要求，于是配方的研究成为决定性的因素。复配技术主要表现在两方面：1.剂型：粉末、溶液、分散液、乳液等剂型选择得当，可以使产品的性能大为改观。农药常常采用缓释技术制造剂型。乳状液或分散体系要求愈稳定愈好，需要

6、添加大分子表面活性剂作为分散剂使用。2.复配：该技术被称为112的技术。两种或两种以上主产品或主产品与助剂复配，应用时效果远优于单一产品性能。如表面活性剂与颗粒或乳粒相互作用，改变了粒子表面电荷性能或空间隔离性，使分散体系或乳液体系稳定。某些农药本身不溶于水，可溶于甲苯，在加有乳化剂时，可制成稳定的乳状液；乳化剂调配适当时，可使该乳液在植物叶上接触角等于零，乳液在树叶上容易完全润湿，杀虫效果好。化妆品、涂料基本都采用复配技术。在精细化工生产中配方通常是技术关键之一，也是专利需要保护的对象。掌握复配技术是使产品具有市场竞争能力的极为重要方面。但这也是目前我国精细化工发展上的一个薄弱环节，必须给予

7、足够的重视。(3)(3)小批量、多品种小批量、多品种 由于精细化学品都有特定的功能，因此都有一定的应用范围，其用量也不很大。如医药在制成成药后，其形式有药片、丸、粉、溶液或针剂等，但每个患者的服用量是以毫克计，染料在纺织品上的用量不超过织物重量的35%。对具体产品来说，年产量就不可能很大。产品的生产规模大小不一，差别极大，从十万吨/年到仅几十公斤/年，多以批量方式生产。使用品种多是精细化学品的另一特点。这一方面与批量小有关，另一方面也与产品具有特定功能这一特点有关，还与产品更新快、社会需求不断增长有关。如塑料加工需要增塑剂、阻燃剂、抗氧剂、热稳定剂等产品。如染料，根据染料索引(Colour I

8、ndex)统计，不同化学结构的染料品种有5200多个。这一特点决定了精细化学品的生产通常以间歇反应为主，采用批次生产，最合理的设计方案是按单元反应来组织设备。近年来许多生产厂采用多品种综合生产流程，设计和制造用途广、功能多的生产装置，如膜式SO3磺化装置、喷雾式乙氧基化装置。(4)(4)技术密集度高技术密集度高 技术密集度高是精细化工的另一重要特点。技术密集性主要表现在四个方面：技术综合性强，研发费用高且成功率低，生产过程复杂，应用高新技术多。首先是研发费用高。如开发一种新药一般要510年，约耗资2000万美元。据统计，医药的研究开发投资高达年销售额的14%，一般精细化工产品的研究开发投资也要

9、占到年销售额的6%7%。技术密集还表现在生产过程中的工艺流程长，单元反应多，原料复杂，中间过程控制要求严等各个方面。例如感光材料中的成色基，合成反应单元多达十几步，总收率有时会低于20%。在制药工业中，除采用合成原料外，有时还要采用天然原料，或用生化方法得到半人工合成中间体。在分离操作中，会用到异构体甚至是旋光异构体的分离。在过程控制和原料、产品纯化中常常使用现代分析仪器，如气相色谱（GC）、高效液相色谱（HPLC）、红外（IR）、核磁共振（NMR）等。再就是工艺技术含量高。从事精细化学品和专用化学品研究和生产的科技工作者十分关心工艺与设备问题，例如薄膜反应和分离、喷雾反应和分离、膜反应、螺旋

10、反应、固相反应和混合、气-固-液反应设备以及高效分离技术等。新技术包括生物工程技术，各种新型高活性、高选择性催化剂，超微粒化技术，激光技术，微波技术，超声技术和膜分离技术等在新领域精细化工中越来越应用广泛。技术密集还表现在信息密集、信息快。产品要根据应用对象而设计，根据需要不断推陈出新。另一方面，大量基础研究工作所产生的新化学品也不断地需要寻找新的用途。为此有的大化学公司已经开始采用新型计算机信息处理技术对国际化学界研制的各种新化合物进行储存、分类以及功能检索，以达到快速设计和筛选的要求。上述技术密集这一特点反映在精细化工产品的生产中是技术保密性强、专利垄断性强。这几乎是各精细化工公司共同的特

11、点。他们通过自己拥有的技术开发部得到的技术进行生产，并以此为手段在国内及国际市场上进行激烈竞争。这正是我国精细化工最薄弱的环节。(5)(5)附加值高附加值高 附加价值是指产品的产值中，扣除原材料、税金、设备和厂房的折旧费后剩余部分的价值，这部分价值是指当产品从原材料经加工到产品的过程中实际增加了的价值。它包括利润、工人劳动、动力消耗以及技术开发等费用。1978年美国商业部曾经有一个统计：以50亿美元石油为基准，作燃料只值50亿，如果将之产出烯烃、二甲苯等，进一步加工成乙二醇、对苯二甲酸等基本化学品(Basic chemicals)就值200亿美元，合成医药和农药原药以及原染料等精细化学品(Fi

12、ne chemicals)，增值至400亿，再加工成商品，即专用化学品(Specialty chemicals)，最终增值至5300亿。据统计，精细化工的附加价值率在50%左右，而整个化学工业的平均附加价值率在30%40%，化肥、石油化工等仅有20%30%。精细化工在化学工业各大部门中，它的附加值是最高的。在精细化工产品中又以医药为最高，医药的附加值通常在60%以上。第三节第三节 精细化学品的分类精细化学品的分类 精细化学品的范围十分广泛，而且随着一些新兴的精细化工行业的不断涌现，其范围越来越大，种类也日益增加，因此究竟如何对精细化学品进行分类，目前也存在着不同的观点。按目前的分类方法，主要有

13、结构分类和应用分类两种方法。因为同一类结构的产品，功能可以完全不同，应用对象也可以不同，所以结构分类在精细化学品的分类中不能适用。若按大类属性区分，可以分为无机和有机精细化学品两大类。本书讨论的范围则限于有机精细化学品。目前国内外较为统一的分类原则是以产品的功目前国内外较为统一的分类原则是以产品的功能来进行分类。按行业成型的时间先后顺序，能来进行分类。按行业成型的时间先后顺序，精细化工分为传统和新领域两部分。传统精细精细化工分为传统和新领域两部分。传统精细化工主要包含：染料、涂料和农药；新领域精化工主要包含：染料、涂料和农药；新领域精细化工包括：食品添加剂、饲料添加剂、电子细化工包括：食品添加

14、剂、饲料添加剂、电子化学品、造纸化学品、水处理剂、塑料助剂、化学品、造纸化学品、水处理剂、塑料助剂、皮革化学品等，国外将新领域精细化工称为专皮革化学品等，国外将新领域精细化工称为专用化学品。日本在用化学品。日本在1985年的年的精细化工年鉴精细化工年鉴中将精细化工产品划分为中将精细化工产品划分为51个类别，见表个类别，见表1-1。表表1-1 1985年日本的精细化工门类年日本的精细化工门类 1.医药医药14.合成洗涤剂合成洗涤剂27.食品添加剂食品添加剂40.炭黑炭黑2.饲料添加剂及兽药饲料添加剂及兽药15.催化剂催化剂28.混凝土添加剂混凝土添加剂41.脂肪酸及其衍生物脂肪酸及其衍生物3.农

15、药农药16.合成沸石合成沸石29.水处理剂水处理剂42.稀有气体稀有气体4.染料染料17.试剂试剂30.高分子絮凝剂高分子絮凝剂43.稀有金属稀有金属5.颜料颜料18.胶粘剂胶粘剂31.工业杀菌防霉剂工业杀菌防霉剂44.精细陶瓷精细陶瓷6.涂料涂料19.塑料增塑剂塑料增塑剂32.金属表面处理剂金属表面处理剂45.无机纤维无机纤维7.油墨油墨20.塑料稳定剂塑料稳定剂33.芳香除臭剂芳香除臭剂46.储氢合金储氢合金8.成像材料成像材料21.其它塑料添加剂其它塑料添加剂34.造纸用化学品造纸用化学品47.非晶态合金非晶态合金9.电机与电子材料电机与电子材料22.橡胶添加剂橡胶添加剂35.纤维用化学

16、品纤维用化学品48.火药与推进剂火药与推进剂10.香料香料23.燃料油添加剂燃料油添加剂36.皮革用化学品皮革用化学品49.酶酶11.化妆品化妆品24.润滑剂润滑剂37.油田用化学品油田用化学品50.生物技术生物技术12.肥皂肥皂25.润滑油添加剂润滑油添加剂38.汽车用化学品汽车用化学品51.功能高分子功能高分子13.表面活性剂表面活性剂26.保健食品保健食品39.溶剂与中间体溶剂与中间体 我国近年来对精细化工产品的开发很重视。1986年首先由原化工部提出了一种暂行分类方法，包括11类产品，见表1-2。这种分类主要考虑了化工部所属精细化工行业的情况，因此并未包含精细化工的全部内容，例如，医药

17、制剂，酶，精细陶瓷等就未包括在内。随着我国精细化工的发展，今后可能会不断地补充和修改。表表1-21-219861986年原化工部对精细化学品分类年原化工部对精细化学品分类 1.农药农药4.颜料颜料7.食品和饲食品和饲料添加剂料添加剂10.化学药品（原化学药品（原料药）和日用化料药）和日用化学品学品2.染料染料5.试剂和高纯物试剂和高纯物8.粘合剂粘合剂11.功能高分子材功能高分子材料（包括功能膜，料（包括功能膜，偏光材料等）偏光材料等）3.涂料（包括涂料（包括油漆和油墨）油漆和油墨）6.信息化学品信息化学品（包括感光材料（包括感光材料、磁性材料等）、磁性材料等）9.催化剂和催化剂和各种助剂各种

18、助剂第四节 精细化学品的发展趋势精细化学品的发展趋势 随着工农业、国防、尖端科学技术的发展，人民生活水平的不断提高，社会可持续发展的要求，对精细化工产品提出了越来越多的新要求，使精细化工产品具有了客观发展的需求。(1)精细化学品在化学工业中所占的比重迅速增大。精细化工率的高低已成为衡量一个国家或地区化工发展水平的精细化工率的高低已成为衡量一个国家或地区化工发展水平的主要标志之一。由于原料涨价、成本增加、市场竞争激烈，世主要标志之一。由于原料涨价、成本增加、市场竞争激烈，世界发达国家的化学工业已经大规模地紧缩原有大宗石化产品和界发达国家的化学工业已经大规模地紧缩原有大宗石化产品和化肥的生产，而加

19、强了发展技术密集型的精细化工产品和专用化肥的生产，而加强了发展技术密集型的精细化工产品和专用化学品。上世纪八十年代发达国家精细化工率为化学品。上世纪八十年代发达国家精细化工率为45%55%，九十年代达到九十年代达到55%63%，二十一世纪初将达到，二十一世纪初将达到6067。精。精细与专用化学品与国家的经济水平以及基础石油化学工业的发细与专用化学品与国家的经济水平以及基础石油化学工业的发展密切相关，因此美国、西欧和日本是全球精细与专用化学品展密切相关，因此美国、西欧和日本是全球精细与专用化学品生产和消费比较发达的国家和地区，三者的总营业额约占全球生产和消费比较发达的国家和地区，三者的总营业额约

20、占全球专用化学品营业额的专用化学品营业额的77左右。我国与国外相比还有很大差距。左右。我国与国外相比还有很大差距。二十一世纪将是人类社会精神文明、物质文明建设突飞猛进发二十一世纪将是人类社会精神文明、物质文明建设突飞猛进发展的时代，世界经济形态正处于深刻转变之中。以消耗原料、展的时代，世界经济形态正处于深刻转变之中。以消耗原料、能源和资本为主体的工业经济，向以知识和信息的生产、分配、能源和资本为主体的工业经济，向以知识和信息的生产、分配、使用的知识经济转变，它为精细化工产业的发展提供良好机遇使用的知识经济转变，它为精细化工产业的发展提供良好机遇和巨大空间。和巨大空间。（2 2）精细化工产品的新

21、产品、）精细化工产品的新产品、新品种不断增加新品种不断增加 尤其是适应高新技术发展的精细化工新领域不断涌现。市场需求将继续健康发展。发展较快的领域有：原料药、酶制剂、特殊(功能)聚合物、纳米材料、分离膜、特种涂料、电子化学品和催化剂等，但农药、染料和纺织化学品将呈下降趋势。（3）在精细化工产品的生产、制造、复配、包装、贮存、运输等各个环节，日益广泛采用各种高新技术，大大促进了精细化工产品的发展。高新技术的采用是竞争的焦点。如生物工程高新技术的采用是竞争的焦点。如生物工程技术将更多地应用于医药、农药、营养品中，技术将更多地应用于医药、农药、营养品中，利用计算机技术和组合化学技术进行分子设利用计算

22、机技术和组合化学技术进行分子设计，新催化技术、膜分离技术、超临界萃取计，新催化技术、膜分离技术、超临界萃取技术、超细粉体技术、分子蒸馏技术等将进技术、超细粉体技术、分子蒸馏技术等将进一步得到应用。一步得到应用。（4）绿色化 近代工业发展带来的环境污染已严重威胁着人类的生存环境和经济、社会的可持续发展，人们已逐渐认识到发展绿色化技术、保护环境的重要性和紧迫性，精细化学品对人体健康、环境、生态的负面影响也越来越引起人们的重视。要高效、理性地推进精细化工的发展，就要努力实现精细化工原料、生产工艺过程和产品的绿色化，最终使精细化工发展成为绿色生态工业。采用高新技术、绿色化工原料、绿色催化剂和助剂，使精

23、细化学品的生产和应用实现“生态绿色化”是21世纪精细化工发展的趋势。1 简述精细化学品的概念和特点。2 精细化学品的发展趋势是什么？思思 考考 题题1 赵德丰，程侣柏，姚蒙正，高建荣编著，精细化学品合成化学与应用(第一版)，化学工业出版社，2019年，1-92 曾繁涤主编,精细化工产品及工艺学，化学工业出版社，2019年，1-63 韦新生，21世纪精细化工的发展，化学推进剂与高分子材料，2019，2：10-144 杨锦宗，新世纪的精细化工，中国工程科学，2019，10：21-255 陈袆平，精细化学品的绿色化进展，海南大学学报（自然科学版），2019，1：77-826 王大全，中国精细化工的发

24、展和预测，化工进展，2019，5：455-4607 中国科学技术协会，绿色高新精细化工技术，化学工业出版社，2019年，1-6 主要参考文献主要参考文献本课程的主要内容本课程的主要内容染料和颜料表面活性剂胶粘剂涂料农药水处理剂精细化工新材料、新技术 第二章第二章 表面活性剂表面活性剂第一节 表面活性剂概述表面活性剂定义：定义：表面活性剂是指在加入少量时就能显著降低溶液表面张力并改变体系界面状态的物质。表面活性剂达到一定浓度后可缔合形成胶团，从而具有润湿或抗粘、乳化或破乳、起泡或消泡以及增溶、分散、洗涤、防腐、抗静电等一系列物理化学作用及相应的实际应用，成为一类灵活多样、用途广泛的精细化工产品。

25、(1)结构特征结构特征表面活性剂分子具有两亲结构，亲油部分一般由碳氢链（烃基），特别是由长链烃基所构成，亲水部分则由离子或非离子型的亲水基所构成，而且这两部分分处两端，形成不对称结构。OSOOO_Na+（a）C12H25SO4-Na+两亲分子示意图：两亲分子示意图：OOOOOH(b)C12H25(OC2H4)4OH 表面活性剂的特征表面活性剂的特征(2)界面吸附界面吸附表面活性剂溶解在溶液中，当达到平衡时，表面活性剂溶质在界面上的浓度大于在溶液整体中的浓度。表面活性剂二元组分稀溶液的界面吸附可用吉布斯吸附式描述。吉布斯等温吸附式可表达如下：SSSCdnRT dC 对于脂肪醇表面活性剂，对于脂肪

26、醇表面活性剂，n=1;对对于于1:1型离子型表面活性剂，型离子型表面活性剂，n=2。表面活性剂的特征表面活性剂的特征(3)界面定向界面定向v表面活性剂分子在界面上会定向排列成分子层。如图所示：水空气界面表面活性剂的界面定向表面活性剂的界面定向 表面活性剂的特征表面活性剂的特征(4)生成胶束生成胶束当表面活性剂溶质浓度达到一定时，它的分子会产生聚集而生成胶束，这种浓度的极限值称为(Critical Micelle Concentration,简称)。表面活性剂的特征表面活性剂的特征(1)(1)降低溶剂表面张力降低溶剂表面张力 表面张力是使液体表面尽量缩小的力，也即液体分子间的一种凝聚力。要使液相

27、表面伸展，就必须抵抗这种使表面缩小的力。表面活性剂的主要作用表面活性剂的主要作用表面张力表面张力液体的表面张力来源于物质的分子或原子间的范德华力。表面张力是由于表面分子和液体内部分子所处的环境不一样形成的。lg sg sl 图2-1 液体的接触角S固相；L液相；G气相；接触角；x三相接触线上任一点；固-气界面张力；液体表面张力固液界面张力 lg sg sl(2)(2)胶团化作用胶团化作用 表面活性剂在达到临界胶束浓度(CMC)后，许多分子缔合成胶团。在溶液中，胶团与分子或离子处于平衡状态。右图为球形胶束模型：其结构包括有胶束中心核、平衡离子和周围的水层。水溶液中的离子胶团有扩散双电层，而非离子

28、胶团不存在扩散双电层。+_球形胶束模型球形胶束模型 表面活性剂的主要作用表面活性剂的主要作用(3)(3)乳化作用乳化作用在油水两相体系中，加入表面活性剂在强烈搅拌下，油层被分散，表面活性剂的憎水端吸附到油珠的界面层，形成均匀的细液滴乳化液，这一过程称为乳化。分为油/水乳化液和水/油乳化液两种。表面活性剂的主要作用表面活性剂的主要作用(4)(4)起泡作用起泡作用气泡稳定的原因：（1）降低表面张力；（2）泡膜有一定的强度和弹性；（3）要有适当的表面粘 度。表面活性剂的主要作用表面活性剂的主要作用(5)(5)增溶作用增溶作用增溶与胶束有关，由于胶束的存在而使难溶物溶解度增加的现象统称为增溶现象。表面

29、活性剂的主要作用表面活性剂的主要作用(6)(6)润湿作用润湿作用固体表面与液体接触时，原来的气-固界面消失，形成新的液-固界面，这种现象称为润湿。表面活性剂促进润湿，是基于：（使水珠迅速扩散达到完全润湿；表面活性剂能提高水的润湿和渗透能力，其大小常用接触角来描述。在固、液、气三相交界处，自固/液界面经过液体内部到气/液界面的夹角叫做接触角，以表示。sgslglGSL液滴润湿示意图液滴润湿示意图表面活性剂的主要作用表面活性剂的主要作用接触角与固/气、固/液、液/气界面张力间的关系如右式，此方程称为润湿方程，又称杨氏方程。cossgslgl式中，式中，为接触角，为接触角，sg sg 为固为固/气界

30、面张力，气界面张力，sl sl 为固为固/液界面张力，液界面张力，gl gl 为气为气/液界面张力。液界面张力。显然，接触角越小润湿性能越好，习惯上将显然，接触角越小润湿性能越好，习惯上将=90定定为润湿与否的标准：为润湿与否的标准：90叫做不润湿；叫做不润湿；90则叫做润湿；则叫做润湿；=0则叫做铺展。则叫做铺展。表面活性剂的主要作用表面活性剂的主要作用(7)(7)洗涤作用洗涤作用洗涤功能是表面活性剂的最主要功能。工业上生产的各种表面活性剂最大的消耗部门是家用洗衣粉、液状洗涤剂和工业清洗剂。洗涤去污作用是由于表面活性剂降低了表面张力而产生的润湿、渗透、乳化、增溶、分散等多种性能综合的结果。被

31、沾污物放入洗涤剂溶液中，先充分润湿、渗透，使溶液进入油污内部，污垢容易脱落，然后洗涤剂将脱落下来的油污乳化，分散于溶液中，经清水漂洗而除去。表面活性剂的主要作用表面活性剂的主要作用此外，有些表面活性剂还有抗静电作用、柔软平滑作用、杀菌作用等派生作用。表面活性剂的主要作用表面活性剂的主要作用表面活性剂的有关概念表面活性剂的有关概念表面活性剂在分子结构上的特点，是兼含有很强的亲水性和疏水性（或称憎水性、亲油性）基团。界面吸附临界胶束浓度亲水亲油平衡值HLB临界胶束浓度表面活性剂开始形成胶束的浓度为临界胶束浓度，简称CMC。当溶液浓度低于CMC时，由于表面活性剂分子的界面吸附和在界面上定向排列，溶液

32、的表面张力随浓度的增高而迅速降低，其使用性能亦相应地提高。直至达到CMC时，表面活性剂已在溶液的界面上排列成单分子膜，此时表面张力降至最低点。此后活性物浓度的增高对于表面张力和使用性能的影响不大。因此CMC是反映表面活性剂的一个重要指标。表面张力渗透力 CMC表面活性剂浓度去污力起泡力溶液性质表面活性剂浓度与溶液性质的关系表面活性剂浓度与溶液性质的关系亲水亲油平衡值HLB 表面活性剂的应用性能取决于分子中亲水和亲油两部分的组成和结构，这两部分的亲水和亲油能力的不同，就使它的应用范围和应用性能有差别。表面活性剂分子中亲水基的强度与亲油基的强度之比值，就称为亲水亲油平衡值，简称HLB值。表面活性剂

33、的分类和应用性能 一、表面活性剂的分类一、表面活性剂的分类通常按离子类型分类通常按离子类型分类在水中能电离而生成离子的叫；不能电离的叫；在离子表面活性剂中，亲水基团带有负电荷的叫；亲水基团带有正电荷的叫。视溶液酸碱度不同而离解成阴离子或阳离子的则称为。二、表面活性剂的应用性能二、表面活性剂的应用性能表面活性剂因能对两相界面性质产生影响，在实际应用中能显示出各种优异的性能，如乳化、洗涤、分散、湿润、渗透、起泡、消泡、增溶、去污、柔软、抗静电等。第二节 阴离子表面活性剂 一、烷基苯磺酸盐（LASLAS）到目前为止仍然是产量最大的阴离子表面活性剂，在合成洗涤剂中占第一位，在家用洗衣粉中占主导地位，分

34、子式为：CnH2n+1C6H4SO3Na。v由于工艺原料不同，烷基苯的链长及支链情况不同；苯环和烷基链连接的位置不同；磺酸基进入苯环的多少和位置也不同，因此它是一个组成和结构比较复杂的混合物，产品的性能也会受组成和结构的影响。苯环上碳链的长短对溶解性、润湿性、起泡性、洗涤性有很大影响。烷基为C12C14时洗涤性能最好，其中以C12烷基的成品去污力最强。苯环上磺化反应产物是邻、对位的混合物，而又以对位产物居多，且对位产物的洗涤性能优于邻位产物。早期生产烷基苯磺酸钠用的烷烃，采用石油化工提供的原料丙烯进行齐聚生成的四聚丙烯，它是一种双键位置任意分布的高度支链化的十二烯混合物。这种烷基苯磺酸钠的结构

35、如图，简称TPS：SO3NaCH2CH2CCH3CHCHCH3CHCH3H3CCH3CH3支链结构的TPS生化降解性很差，出现环境污染问题，因此在1964年被直链十二烷基苯磺酸钠（LAS）所取代。LAS的结构如下：HCH2C(CH2)y(CH2)xCH3H3CSO3NaLASx+y=69LAS的主要性能如下：（1）主要优点在于烷基中没有支链，有良好的生化降解性。（2）能溶于水，对水硬度不敏感，对酸碱水解的稳定性好。（3）对氧化剂十分稳定，可适用于目前流行的加氧化漂白剂的洗衣粉配方。（4）发泡能力强，可与助洗剂进行复配，兼容性好。（5）成本低，质量稳定。LAS的合成方法：起始原料采用直链氯代烷或

36、直链烯烃。如以正十二烯作原料为例，反应式：HCCH(CH2)y(CH2)xCH3H3C+HFor AlCl3HCH2C(CH2)y(CH2)xCH3H3CSO3/or空气发烟H2SO4HCH2C(CH2)y(CH2)xCH3H3CSO3HNaOHLAS反应的第一步是付-克反应，采用HF酸或无水AlCl3作催化剂。第二步磺化反应时以前多采用发烟硫酸，其缺点是反应结束后总有部分废酸存在于磺化料中，中和后生成的硫酸钠带入产品中，影响产品纯度。近年来，国内外均采用气体SO3磺化的先进工艺，气体SO3用空气稀释到含量约为3%5%。然后用NaOH水溶液中和磺化物料，最后进入喷雾干燥系统干燥。得到的产品为流

37、动性很好的粉末。二、二、烷基磺酸钠（烷基磺酸钠（SASSAS）烷基磺酸钠（SAS）是较新的商品表面活性剂。其分子通式为：HCRSO3NaR烷烃一般为碳原子数烷烃一般为碳原子数1418的正烷烃。的正烷烃。SAS有与LAS类似的发泡性能和洗涤效能，水溶性好，有很好的生物降解性。SAS的缺点是，用它作为主要组分的洗衣粉发粘，不松散。因此，其主要用途是复配成液体洗涤剂，如家用餐具洗涤剂。烷基磺酸钠的生产方法烷基磺酸钠的生产方法主要生产方法为和。磺氧化工艺产物中以仲烷基磺酸为主，伯烷基磺酸仅占2%，在反应过程中，磺酸基可能会出现在直链烷烃基上任何一个位置，其反应式为：hRCH2CH3+SO2+1/2O2

38、+H2ORCHCH3SO3HNaOHRCHCH3SO3Na磺氯化法则伯烷基磺酸盐和二磺酸盐含量都较高，直链烷烃的磺氯化反应如下：RH+SO2+Cl2h65 RSO2Cl+HClRSO2Cl+2NaOHRSO3Na+NaCl+H2O三、三、-烯烃磺酸钠（烯烃磺酸钠（AOSAOS）-烯烃磺酸钠（AOS）是表面活性剂的主要品种之一。其主要由烯基磺酸盐（约55%）、羟基磺酸盐（约37%）和二磺酸盐（约8%）所组成。AOS中的烯基磺酸盐和羟基磺酸盐在性能上有互补性，两种成分复合时的性能优于单一组分，使AOS在很多应用中无需添加其他阴离子表面活性剂进行复配。AOS具有良好的生物降解性，对硬水不敏感，对人体

39、皮肤刺激性小。广泛应用于复配家用洗涤剂、餐具洗涤剂、洗发香波、液体肥皂等领域。AOS所用原料-烯烃可由乙烯聚合及蜡裂解法制备。AOS工业生产条件及工艺流程如下：RCH2CHCH2SO3RCHCHCH2SO3HRCHCH2CH2SO2ONaOHRCHCHCH2SO3NaNaOHRCHCH2CH2SO3NaOH磺化中和中和磺化产物中含有各种磺酸异构体及磺酸内酯的混合物，约42%的烯基磺酸，50%的1,3-t和1,4-磺酸内酯，另有8%的烯基二磺酸。-烯烃和SO3的反应速度约为烷基苯磺化的100倍，并放出大量的热，因此磺化设备要有良好的传热性能。工业上选用空气稀释的SO3（3%5%），SO3与-烯烃

40、的摩尔比为1:1.01.2，磺化温度2530。磺酸内酯进一步被氢氧化钠溶液水解并中和，工业上操作温度为140180，时间10min30min，得到的水解产物羟基烷烃磺酸盐和烯烃磺酸盐的比例约为2:1。这样最终产品中约含55%烯基磺酸钠、37%羟基磺酸钠和8%二磺酸钠。四、四、脂肪醇硫酸盐（脂肪醇硫酸盐（FASFAS）脂肪醇硫酸盐（FAS）的分子式为ROSO3Na，现在已成为一类重要的表面活性剂。FAS比LAS有更好的生物降解性，有更强的洗涤、发泡和乳化性能。缺点是对硬水较敏感，在强酸和强碱条件下易水解。FAS 的应用性能主要由脂肪醇中碳链的长度以及阳离子的性质来决定。在各种不同FAS中，碳链为

41、C12C14的发泡能力最强，其低温洗涤性能也最佳。直链醇的硫酸盐比仲醇或支链醇的硫酸盐的润湿性能低。FAS主要以椰油醇（C12C18的直链脂肪醇）为原料，属绿色表面活性剂。FAS主要用于配制液状洗涤剂，餐具洗涤剂，牙膏、香波和化妆品，纺织用润湿和洗净剂，化工中乳化聚合的添加剂。工业上，FAS通常用三氧化硫或氯磺酸将脂肪醇进行酯化，得到的脂肪醇硫酸单酯再用氢氧化钠、氨或醇胺（常用乙醇胺或三乙醇胺）中和即得产品。主要的反应式如下：+ClSO3HROHROSO3H+HCl+SO3ROHROSO3H+ROSO3HNaOHROSO3Na+H2O+ROSO3HROSO3-H3N+CH2CH2OHH2NCH

42、2CH2OH五、五、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐（脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐（AESAES）脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐（AES）的分子式为RO（CH2CH2O）nSO3Na(n=26)。AES目前是仅次于LAS的第二大类表面活性剂，从上世纪70年代起，AES以惊人的速度迅速扩大生产量。AES的突出优点是：生物降解性能优异，对水硬度不敏感，产生泡沫大，不刺激皮肤，由于在脂肪醇分子中引入了环氧乙烷分子使成本有所降低。AES是一类高性能的表面活性剂，与LAS复配用于香波和轻垢洗涤剂如餐具洗涤剂，现在也在逐步进入重垢洗涤剂领域。AES可认为是家用洗涤剂配方中最重要的表面活性剂之一，它可能会大量与非离子表面活性剂复配

43、后使用。在可预见的未来一段时间内，AES将是市场需求增长得最快的一种阴离子表面活性剂。工业上采用C12C14的椰油醇与24 mol的环氧乙烷缩合，再进行硫酸化及中和，与FAS的制法相似。其中，用氨基磺酸可以一步制得相应的硫酸铵盐，而不需要进行中和操作，适用于小批量生产。它特别适合烷基酚聚氧乙烯醚硫酸盐的合成，因为其他比较强的硫酸化剂可能导致苯环的磺化。RO(CH2CH2O)nH+H2NSO3HR(OCH2CH2)nOSO3NH4六、六、酯、酰胺的磺酸盐酯、酰胺的磺酸盐 高级脂肪酸酯-磺酸钠由天然油脂制得，具有良好的洗涤能力和钙皂分散力，生物降解度高，毒性低。其中较重要的品种有丁二酸双酯磺酸盐和

44、N-油酰-N-甲基牛磺酸盐。两者均是较重要的纺织印染助剂。丁二酸双酯磺酸盐随着酯基上烷基结构不同性能也有差异。最常见的渗透剂T，由马来酯酐和仲辛醇合成酯，然后和亚硫酸氢钠加成而进行磺化。反应式如下：HCHCCOCOO+HCHCCOCOC6H13CHCH3OHOOCHHCCH3C6H13C6H13CH32HCHCCOCOOOCHHCCH3C6H13C6H13CH3+NaHSO3H2CCHCOCOOOCHHCCH3C6H13C6H13CH3NaO3S渗透剂T渗透剂T为淡黄色至棕黄色粘稠液体。可溶于水，渗透性快速均匀，润湿性、起泡性、乳化性均良好。由于分子内含有酯键，故不耐强酸、强碱。渗透剂T主要用

45、作纺织印染助剂，另外也用作农药乳化剂。N-油酰-N-甲基牛磺酸钠的商品名为胰加漂T。它的合成工艺分为如下三步进行：O+NaHSO3HOCH2CH2SO3NaHOCH2CH2SO3Na+CH3NH2CH3NHCH2CH2SO3NaC17H33COCl+CH3NHCH2CH2SO3NaC17H33CONCH3CH2CH2SO3Na胰加漂T胰加漂T为淡黄色胶状液体，成分活性18%。有优良的净洗、匀染、渗透和乳化效能。广泛应用于印染工业中，作除垢剂和润湿剂，特别适用于羊毛的染色和清洗，并能改善织物的手感和光泽。七、七、磷酸酯阴离子表面活性剂磷酸酯阴离子表面活性剂 具有代表性的磷酸酯阴离子表面活性剂为烷

46、基聚氧乙烯醚磷酸酯盐，它的分子通式如下：RO(CH2CH2O)nPOOMOMRO(CH2CH2O)nPOOMRO(CH2CH2O)n式中：R为C8C18烷基；M为Na、K、二乙醇胺、三乙醇胺；n一般35。磷酸酯阴离子表面活性具有优良的抗静电性、乳化性、润滑、洗净和耐酸碱等特性，生物降解性也较好。主要用作工业清洗剂，织物抗静电剂，液体洗涤剂和干洗剂，复配香波、护肤膏、护肤液等化妆品，农药乳化剂，废纸脱墨剂等。磷酸酯的合成可采用五氧化二磷、三氯氧磷、三氯化磷等与醇或醇醚反应制得。其中五氧化二磷由于条件温和，工艺简便，收率较高，在工业上最为常用。如五氧化二磷与烷基聚氧乙烯醚（摩尔比为1:24.5）在

47、3050下反应，先生成单酯，继续反应生成双酯，因此在产品中是单酯和双酯盐的混合物。反应式如下：RO(CH2CH2O)nPOOHOHRO(CH2CH2O)nPOOHRO(CH2CH2O)n3 RO(CH2CH2O)nHP2O5+三氯化磷与醇反应制取磷酸双酯的反应过程如下：3 ROH+PCl3POHRORO+RCl+2HClPOHRORO+Cl2POClRORO+HClPOClRORO+H2OPOOHRORO+HCl八、八、羧酸盐阴离子表面活性剂羧酸盐阴离子表面活性剂 羧酸盐阴离子表面活性剂的主要品种有聚醚羧酸盐（AEC）和N-酰基氨基酸盐。聚醚羧酸盐（AEC）的分子通式为：R(OCH2CH2)n

48、OCH2COONa。由于聚氧乙烯链具有非离子表面活性剂的特性，使聚醚羧酸盐具有好的水溶性和耐硬水性。它兼具非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂的性能，是一种多功能表面活性剂品种。主要用于化妆品、洗涤剂、纺织印染助剂、塑料工业、造纸工业等方面。聚醚羧酸盐较简单的制备方法是通过醇醚与丙烯酯甲酯或丙烯腈加成后再水解中和，反应式如下：RO(CH2CH2O)nHH2CCHCOOCH3H2CCHCNRO(CH2CH2O)nCH2CH2COOCH3RO(CH2CH2O)nCH2CH2CNNaOHRO(CH2CH2O)nCH2CH2COONaN-酰基氨基酸盐的分子通式：R为高碳烷基，R及R为蛋白质分解产物中的低

49、碳烷基。RCON(CONHR)nCOONaR目前最具实际生产价值的合成方法是脂肪酰氯与氨基酸的反应。N-油酰基多缩氨基酸钠（C17H33CONR(CONHR)nCOONa）是重要的品种之一，商品名为雷米邦A，有很好的钙分散力、去污力和乳化能力，大都用作纺织印染工业的净洗剂和乳化剂。RCON(CONHR)nCOONaRRCOCl+HNR(CONHR)nCOONa+NaOH+NaCl+H2O九、九、木质素磺酸盐木质素磺酸盐 木质素是一种广泛存在于植物体中的无定形的、分子结构中含有氧代苯丙醇或其衍生物结构单元的芳香性高聚物。木质素磺酸盐是从造纸工业废液中提取的一类低表面活性的表面活性剂，但由于是造纸

50、工业的副产品，价格低廉，目前已大量用作染料、水泥的分散剂，石油钻井泥浆的添加剂。木质素磺酸盐的提取过程为：先在亚硫酸纸浆废液中加石灰乳沉淀出亚硫酸钙，再调整pH值使碱式木质素磺酸钙沉淀，过滤后用硫酸除钙，最后用碳酸钠作用使其转化为钠盐溶液。第三节第三节 非离子表面活性剂非离子表面活性剂 一、一、非离子表面活性剂的性质非离子表面活性剂的性质 在非离子表面活性剂中，分子的亲水基在非离子表面活性剂中，分子的亲水基团不是离子，而是聚氧乙烯醚链（即），团不是离子，而是聚氧乙烯醚链（即），链中的氧原子和羟基都有与水分子形成链中的氧原子和羟基都有与水分子形成氢键的能力，使其具有水溶性。水溶性氢键的能力，使其