阳离子表面活性剂文献综述
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阳离子表面活性剂文献综述
前言:
表面活性剂是精细化工的重要门类,是近年来发展起来的一门新型工业表面活性剂。因其具有优异的表面活性,在工业、农业、国防以及日常生活中都有广泛应用。本文主要就阳离子表面活性剂的性质、合成与应用作介绍。
1 阳离子表面活性剂概述
具有亲水基和亲油基两亲结构且具有表面活性、在水中能解离出阳离子的一类表面活性剂,统称为阳离子表面活性剂【1】。亲油基一般是长碳链烃基。亲水基绝大多数为含氮原子的阳离子,少数为含硫或磷原子的阳离子。分子中的阴离子不具有表面活性,通常是单个原子或基团,如氯、溴、醋酸根离子等。
阳离子表面活性剂主要是含氮的有机胺衍生物,由于它们分子中的氮含有孤对电子,故能以氢键与酸分子中的氢结合,是氨基带上正电荷。因此,它们在酸性介质中才具有良好的表面活性;在碱性介质中与负离子结合而析出,失去表面活性【2】。
1.1 阳离子表面活性剂性质
1) 溶解性
随着碳链长度的增加,其水溶性呈下降趋势。
<15个碳原子时,易溶于水;>15个碳原子时,水溶性急剧下降。
烷基链上有亲水基团或不饱和基团,水溶性增加。
2) Krafft温度点
离子型表面活性剂在低温时溶解度随温度上升非常缓慢,溶解度较低,当温度上升到某一定值时溶解度随温度上升而迅速增大,这个温度即表面活性剂的克拉夫点(Krafft
point)。
3) 表面活性
同系物随其碳链增长其表面张力逐渐下降。
分子结构相同时,表面张力随浓度升高而降低,降到一定数值时,又会随温度升高而有所增加【3】。
1.2 阳离子表面活性剂的分类
1.2.1胺盐型阳离子表面活性剂
铵盐主要指:
伯胺盐、仲胺盐 、叔胺盐等,HX为无机酸或有机酸,如HCl、HBr、H2SO4、H3PO4 、CH3COOH、HCOOH。胺盐由相应的胺用盐酸、醋酸等中和而得。胺盐为弱碱盐,对PH较为敏感。在酸性条件下,形成可溶于水的胺盐,具有表面活性,而在弱碱性条件下游离出胺,失去表面活性【4】。
1.2.2季铵盐型阳离子表面活性剂
季铵盐 R1
|
R- N-CH2X
| 阳离子表面活性剂文献综述
2 R2
季铵盐与胺盐不同,它在碱性和酸性介质中都能溶解,且离解为带正电荷的表面活性离子。
在阳离子表面活性剂中,以氮原子上直接连接有疏水基的季铵盐最为简单,应用也最广泛,属于这类的有三甲基烷基铵盐、二甲基烷基铵盐以及烷基吡啶阳离子盐等【5】。
季铵盐洗涤能力差但杀菌能力强,在阳离子表面活性剂中地位最为重要,产量也最大。
1.2.3杂环型阳离子表面活性剂
杂环类阳离子表面活性剂分子中,除碳、氢原子外,还具有其它原子且呈环状结构的化合物。
这类表面活性剂有:
咪唑啉型、烷基吡啶卤化物型、吗啉型、三嗪型【4】。
可做缓蚀剂、纤维柔软剂、抗静电剂等。
1.2.4鎓盐型阳离子表面活性剂
鎓盐类阳离子表面活性剂是指季铵盐阳离子表面活性剂中的亲水集团N原子为其他可携带正电荷的元素。可做杀虫剂、杀菌剂、阻燃剂。
2 阳离子表面活性剂的合成
2.1烷基季铵盐
主要是N-烷基化反应,季铵化反应。
CH3
|
[C16H33-N- CH3] •X
|
CH3
2.1.1高级卤代烷与低级叔胺的反应
1) 卤离子的影响
R-I>R-Br>R-Cl
2) 烷基链的影响
烷基链越长卤代烷的活性越弱
3) 叔胺的碱性越强,亲核活性越大,越容易反应。
2.1.2高级烷基叔胺与低级卤代烷的反应
2.2含杂原子的季铵盐
特点:是亲水基的季铵阳离子与烷基疏水基是通过酰胺键、酯键、醚键或硫醚等基团相连接,所以又叫做间接连接型阳离子表面活性剂。
2.2.1含氧原子
含酰胺基、含醚基
2.2.2含氮原子
2.2.3含硫原子
2.3含苯环的季铵盐
2.3.1洁尔灭
洁尔灭,即1227是一种非氧化性杀菌剂具有广谱、高效的杀菌灭藻能力,并具有一定的分散、渗透作用和一定的缓蚀作用,因此广泛应用于石油、化工、电力、纺织等行业的循环冷却水系统中用以控制循环冷却水系统菌藻滋生。
2.3.2 NTN 阳离子表面活性剂文献综述
3 2.3.3 Zephirol M
2.3.4 Hyamine 1622
2.4 含杂环的季铵盐
可作为润湿剂、洗涤剂、杀菌剂、缓蚀剂、纤维柔软剂、助染色剂、抗静电剂、分散剂、起泡剂等【3】。
2.5 胺盐型
胺盐是用酸中和烷基伯胺、仲胺、叔胺或乙醇胺得到的产物。根据胺的不同分为脂肪胺盐、乙醇胺盐和聚乙烯多胺盐。
2.5疏水基通过中间键与氮原子连接的阳离子表面活性剂
由于高碳脂肪胺价格昂贵,因此也可采用脂肪酸做原料与低碳有机胺衍生物反应,来制备阳离子表面活性剂。如先合成含酰胺、酯或醚等基团的叔胺,然后再用烷基化试剂进行季铵化,得到疏水基通过中间键与氮原子连接的阳离子表面活性剂【4】。
2.6聚合性阳离子表面活性剂
如季铵盐-16:由乙烯咪唑啉鎓甲基丙烯酰胺,丙基三甲基氯化铵聚合制得。易溶于水,对毛发、皮肤有良好的调理性,可与阴离子表面活性剂配伍。易于漂洗,不会产生聚积【4】。
3 阳离子表面活性剂的应用
阳离子表面活性剂具有多方面用途,除具有去污能力之外,由于杀菌作用很强而用作外科手术和医疗器械的杀菌消毒剂。在纤维处理方面,用作纤维防水柔软剂、浸润剂、防缩剂、防静电剂等。其他用作粘胶纤维纺丝溶液的添加剂、直接染料的固色剂、匀染剂、电镀液与电解研磨的添加剂、防锈剂、矿物浮选剂、发泡剂化妆品、乳化剂、抗氧化剂、粘结剂、农业杀虫剂,以及各种药品等等【6】。