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两性表面活性剂

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两性离子型表面活性剂

两性离子型表面活性剂

1双性离子型表面活性剂双性离子型表面活性剂（即zwitterionic surfactants）是一种具有特殊结构、既有正电聚合，又有负电复制物的表面活性剂。

在液态状态下，双性离子型表面活性剂可以将形式为离子的阴离子和阳离子的离子交互作用，由此形成具有双重结构的双链表面活性剂。

它不仅具有极好的表面活性特性，而且具有良好的稳定性、环境友好性和降解特性。

2双性离子型表面活性剂的结构双性离子型表面活性剂是由离子性末端基团、非离子性核心基团和中间基团三部分构成的X-Y(X:离子性末端基团，Y：非离子性核心基团)及X-Z(X离子性末端基团，Z：中间非离子性基团)的衍生物，它的结构形式有很多，其中X可以表示含有羧基、磷酸配体或硝基基团，Y可以表示经了高级氧加成和脱水重构等各种微分反应后形成的各种基团，还可以表示未经高级氧化过程和脱水重构过程所构成的各种基团，Z可以表示H、底物或含有羧基的杂环基团等。

3双性离子型表面活性剂的分类双性离子型表面活性剂分为：有机磷型表面活性剂、有机硫型表面活性剂和有机氯型表面活性剂。

（1）有机磷型表面活性剂主要以磷及其衍生物为活性基团，如乙基磷酸（PEG）、化磷酸酯类表面活性剂，以及各种醚醚醚酰磷类表面活性剂等。

（2）有机硫型表面活性剂主要以含有硫基类通过加强环系表面活性剂，如醚硫酸酯表面活性剂、萘硫酸酯表面活性剂、双甲氧基硫醚表面活性剂等。

（3）有机氯型表面活性剂主要以含有氯或三氟乙酸酯位结构、以氨基酸衍生物组成的双链结构以及具有穿孔性双链氯烃类等构成，如氯化烷基磺酸钠表面活性剂、氯烷基氯化基磺酸钠表面活性剂等。

4双性离子型表面活性剂的特点双性离子型表面活性剂具有很高的表面活性能力，具有很好的水溶性能，对于水和油的分离效果很好，运用极广泛。

而且，它极易在水溶液中被氧化水解，无毒易降解，节省能源，清洁环境。

此外，双性离子型表面活性剂具有良好的稳定性和安全性，在稳定高原温度处理也能持续稳定使用，不易爆破或燃烧、不会凝结成固体。

两性表面活性剂

两性表面活性剂

17.09.2019
表面活性剂化学
21
6.3.3 硫酸酯甜菜碱的合成
CH 3 R N+ (C H2)n O S O3
CH 3
N=2-3
17.09.2019
表面活性剂化学
22
1 叔胺 + 氯醇
引入羟基 再硫酸酯化
CH 3
HSO3Cl，2NaOH
R N +Cl(CH2)nOH
CH 3
CH 3
R N+ (C H2)n O S O3
17.09.2019
表面活性剂化学
14
6.3 两性表面活性剂的合成
6.3.1 羧酸甜菜碱的合成
17.09.2019
表面活性剂化学
15
1 氯乙酸钠法
叔胺 + 氯乙酸钠
17.09.2019
表面活性剂化学
16
2 卤代烷和氨基酸钠 3 卤代烷和氨基酸酯 4 α-溴代脂肪酸与叔胺 5 烷基氯甲基醚与氨基酸 6 不饱和羧酸与叔胺
17.09.2019
表面活性剂化学
28
3 高级脂肪胺 + 氯乙酸钠 R - NH2 + ClCH2COONa
NaOH R – N+H – CH2 – COO - Na
17.09.2019
表面活性剂化学
29
6.4 两性表面活性剂的应用
6.4.1 洗涤剂及香波组分 6.4.2 杀菌剂 6.4.3 纤维柔软剂 6.4.4 缩绒剂 6.4.5 抗静电剂
17.09.2019
表面活性剂化学
35
5 “八重美白” 的诱惑
最近有的电视广告在不停地播出几分钟就能让人 看到肤色神奇变白的产品：

两性表面活性剂_一_两性表面活性剂概述

两性表面活性剂_一_两性表面活性剂概述

在高 于克 拉夫 特 点的 温 度条 件 下使 用 才能 发挥 效 用[ 6] 。表 3 列出一些典型两性表面活性剂的克拉夫特 点。
表 3 一些两性表面活性剂的克拉夫特点
两性表面活性剂
KP
CH 3
C16H33 N Ý CH2COO ß
17
CH 3
O
CH3
C15H31C NHCH2CH 2CH2N Ý CH2CO O ß
子型式, 即阳离子型, 两性离子型和阴离 子型之间转 则显示出另外两种不同的离子变换特征, 例如对羧基
换, 这是含弱碱性 N 原子的两性表面活性剂的显著特 甜菜碱而言:
CH3 R N+ COOHCl-
CH3
CH 3
HCl R N+ CH2CO O- NaOH R N + CH2COO- N a+
CH3
在外界电场, 以阴离子形式存在的两性表面活性 界提供质子来抑制负电荷中心的解离, 使正负电荷中
剂会向阳极迁移, 以阳离子形式存在的两性表面活性 心达到平衡; 反之亦然。除了正、负电荷中心的强度是
剂则将向阴极迁移, 而以内盐形式存在的两性表面活 性剂在外界电场中不会向两极迁移, 此条件下的溶液 的 pH 值就被称作两性表面活性剂的等电点( pl) 。由
OH
参考文献:
[ 1] 方云. 两性表面活性剂的进展[ A] . 93. 日用 化工学术 研讨会文 集
[ C] . 无锡: 1993.
[ 2] 方云. 两性表面活性剂的开发和应用[A] . 化工部工业表面活性 剂
信息中心, 工业表面活性剂技术经济文集( 2) [ C ] . 大连: 大连出 版
社, 1996. 96- 106.
CH3

3.5-3.6两性表面活性剂

3.5-3.6两性表面活性剂

• c. 化学性质极其稳定，耐高温、耐强酸和 强碱，甚至强氧化剂也不能将其破坏。 • • d. 既憎水又憎油，具有重要用途。Байду номын сангаас
② 氟表面活性剂的制备方法
全氟聚氧丙烯链的氟表面活性剂的合成：
H2O2 KF
CF3CF=CF2
CF3CF-CF2 O
C3F7O(CFCF2O)nCFCOF CF3 CF3 NH2(CH2)3N(C2H5)2
3.6.4冠醚类表面活性剂
• 冠醚类表面活性剂为疏水基上接有环状聚 醚的化合物，是一类既能选择性地络合阳 离子、阴离子及中性分子，又具有表面活 性以及能形成胶团等复合性能的表面活性 剂，这在生物化学、分析化学、药物化学 及有机化学等领域有很大用途。此外当它 与极性基团或某些金属离子形成络合物后， 使之从非离子型表面活性剂变成离子型表 面活性剂。
3.5.1氨基酸型两性表面活性剂 • 氨基酸型两性表面活性剂的水溶液呈碱性。 如果在搅拌下，慢慢加入盐酸，变为中性时 仍无变化。至微酸性时则生成沉淀。如果再 加入盐酸至强酸性时，沉淀又溶解。 • 碱性时，表现为阴离子表面活性剂；酸性时， 表现为阳离子表面活性剂。 • 当阳离子性和阴离子性正好在平衡的等电点 时，亲水性变小，就生成沉淀。
C3F7O(CFCF2O)nCFCONH(CH2)3N(C2H5)2 . I CH3 CF3 CF3
+
CH3I
C3F7O(CFCF2O)nCFCONH(CH2)3N(C2H5)2 CF3 CF3
产物为阳离子型表面活性剂。
• 将全氟聚氧丙烯直接水解、中和，得到 全氟羧酸盐阴离子型表面活性剂：
C3F7O(CFCF 2O)nCFCOF CF3 CF3 H2O NaOH C3F7O(CFCF 2O)nCFCOONa CF3 CF3

12 两性表面活性剂

12 两性表面活性剂

( C3H6O )n H ( C3H6O )n H
CH2O ( C2H4O ) m
CP5 其它类型的表面活性剂

此外，还可用带有环氧官能团有机的硅化合
物与HO-PE桥连，可制得含硅共聚醚类。例如：
CH3 C2H5O Si CH3 C2H5O C3H6 OCH2CH CH3 Si CH3 O C3H6 CH2
（三）主要性能及用途 1、性能：——P17（划书） 生产制造成本较高，具有良好的表面活性、泡沫、渗透、抗静电、 抗菌和织物柔软性能，对皮肤温和、刺激性小，毒性极低，具有良好 的杀菌作用，与其他类型表面活性剂配伍性好，一般与其他类型表面 活性剂配合使用。 CH2 2、用途——P17 （划书） （四）典型产品 N CH2 1、咪唑啉型 （1）一般结构
CP5 其它类型的表面活性剂

含硼表面活性剂的沸点一般都很高；不挥发，高
温下极稳定，但能水解。与单甘油酯和酸性硼酸烷基甘
油酯相比，具有优良的表面活性。抗菌性试验表明，有
机硼表面活性剂具有很好的抗菌性，其抗菌性的强弱不 仅取决于硼的含量，还与表面活性剂的结构密切相关。 半极性有机硼表面活性剂不但具有抗菌性，而且毒性低， 如液体硼酸双甘酯单棕榈酸酯的大白鼠口服量达
R C +N CH2CH2OH
其中：R为C7~C17饱和或不饱和烃 （2）一般性能及用途 性质温和，对皮肤和眼睛的刺激性小，并有良好的发泡力。广泛应用 于婴儿浴用香波和低刺激性香波中，也用于化妆品和清洁剂制造，纤维的 柔软剂和抗静电剂。
2、甜菜碱型 （1）一般结构：
R
CH3 N
+
CH2COO
-
CH3
油溶性有机硼表面活性剂是一种半极性化合 物，其分子结构通式为：

两性表面活性剂

两性表面活性剂
H2 C CH2 N (CH2)3COO CH2CH2OH
12
(2)磺酸盐型:－SO3M
结构通式: 氨基酸型: 甜菜碱型: R-NHCH2CH2CH2SO3Na R-N+(CH3)2-CH2CH2CH2SO3¯
H2 C N CH2 N+ CH2CH2OH (CH2)3SO313
咪唑啉型:
R C
(3)硫酸酯盐型: －OSO3M
示两性表面活性剂酸 性基团和碱性基团 （氨基）的解离常数，
pKa pKb pI= 2
那么该表面活性剂的 等电点（pI）可由右
式表示：
Байду номын сангаас22
• 两性表面活性剂的等电点可以反映该活性剂正、负
(CH2CH2O)pH R N (CH2CH2O)qH CH3
5
(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，如：
CH3 R O(CH2CH2O)nCH2 CH CH2 OH N CH2 CH3 COO
6
本课程所讨论的两性表面活性剂只涉及分子 结构中同时含有阳离子和阴离子亲水基团的表面 活性剂，或者说亲油基上同时连有阳离子和阴离 子的表面活性剂，也可说在分子中同时含有酸式 或碱式亲水基的表面活性剂。也就是前面提到的 （1）和（4）类型的表面活性剂。而其余两种情 况则分别归属在阴离子和阳离子表面活性剂中。
和α-亚氨基羧酸型， 分子结构如下：
RNH2 CH2CH2COO
N-烷基-β-氨基丙酸：
N-烷基-α-亚氨基羧酸： RCHCOO
NH2R
18
(4)氧化胺型： 分子结构通式如下:
R2
R1 N+
R3
O-
在上述两种分类方法中，按整体结构分类的

两性表面活性剂..

两性表面活性剂..

2、十二烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱：因结 构中同时带有羟基的阴离子和阳离子基团， 不仅具有两性表面活性剂的所有优点，还具 有耐高浓度酸、碱盐，良好的乳化性、分散 性和抗静电性，以及具有杀菌、抑霉性和粘 弹性等，是恶性循环能优异的表面活性剂。 已可以广泛应用于日用化工、油田驱油、压 裂、酸化等多个领域。
»HLB=3~8 可作为W/O型乳化剂 HLB=7~9 可作为润湿剂 HLB=8~18 可作为O/W型乳化剂 HLB=15以上 可作为增溶剂
• 甜菜碱型
• 1、十二烷基乙氧基磺基甜菜碱：一种两性离子表 面活性剂，在酸性及碱性条件下均具有优良的稳 定性，分别呈现阳和阴离子性，常与阴、阳离子 和非离子表面活性剂并用，其配伍性能良好。无 毒，刺激性小，易溶于水，对酸碱稳定，泡沫多， 去污力强，具有优良的增稠性、柔软性、杀菌性、 抗静电性、抗硬水性。能显著提高洗涤类产品的 柔软、调理和低温稳定性。
十二烷基甜菜碱
• 实验原理：烷基甜菜碱，即N-烷基-N，N-二甲基 甜菜碱，是一种羧酸盐型两性离子表面活性剂， 其结构式为: • CH3 • | • R—N+ —CH2COO— • | • CH3 • 从十二烷基胺开始，与甲醛和甲酸发生还 原胺基化反应（
Leuckart反应），生成二甲基十二烷基按， 后者再与氯乙酸那进行季铵化反应，生成产 物十二烷基甜菜碱。 n-C12H25NH2+2CH2O+2HCOOHnC12H25N(CH3)2+2CO2+2H2O n-C12H25N(CH3)2+ClCH2COONanC12H25N+(CH3)2CHCOO—+NaCl
HLB值的概念
• 亲水亲油平衡值(hydrophile-lipophile balance，HLB)是表面活性剂分子中亲水 和亲油基团对油或水的综合亲合力。 • 数值范围：HLB值范围为0~40，其中非离 子表面活性剂HLB值范围为0~20。 • HLB 值愈大，亲水性愈强； HLB 值愈小， 亲油性愈强。

表面活性剂两性表面活性剂

表面活性剂两性表面活性剂
CH2COOH
2－十七烷基－1－羟乙基－1－羧甲基－2－咪唑啉
2-heptadecyl-1-hydroxyethyl-1-carboxymethyl-2-imidazoline
• 制备
咪唑啉型两性表面活性剂的合成一般分两步进行： 首先，脂肪酸与多胺（如β－羟乙基乙二胺）反应 失水生成咪唑啉环：
其次，咪唑啉环在碱性条件下与氯乙酸钠反应而得 到最终产品：
咪唑啉型(Imidazoline)两性表面活性剂
• 命名与结构
含脂肪烃咪唑啉的羧基两性表面活性剂已占其中的一大类
咪唑结构： N
2－咪唑啉：
4 3N
5
N
3－咪唑啉：3N 4 5
2
NH 1
NH
21
4－咪唑啉：
34 HN
5
NH 21
其命名主要看双键的位置。
代表产品结构及名称：
N
C17H35
N CH2CH2OH
叔胺与氯乙酸甲酯反应：
R3N + ClCH2COOCH3
[R3NCH2COOCH3]+Cl－
NaOH R3N+CH2COO－ + CH3OH + NaCl
反应先在甲醇中回流，反应结束后冷却，缓慢加入 95％的NaOH，控制温度在45～50℃，反应1h，再回流 皂化3h，冷却除NaCl。
• 羧基化反应
羧基化反应所用阴离子羧基化试剂有：氯乙酸钠、 甲基丙烯酸酯、丙烯酸、1,3丙磺内酯、2-羟基-1,3-丙磺 内酯等。常用的是氯乙酸钠 （ClCH2COONa）。
用氯乙酸钠羧基化时可用氢氧化钠为催化剂，在 60～100℃下进行反应，但这时易水解，得到直链仲酰 胺化合物。同时用氯乙酸钠羧基化的产物含盐（NaCl） 量很高。

第6章 两性表面活性剂

第6章 两性表面活性剂
阴或阳离子表面活性剂因盐析作用，使其溶解度降低， 阴或阳离子表面活性剂因盐析作用，使其溶解度降低，Krafft 温度点升高； 温度点升高； 非离子表面活性剂，影响不明显，溶解度略有降低， 非离子表面活性剂，影响不明显，溶解度略有降低，Krafft温 温 度点略有升高； 度点略有升高； 两性表面活性剂，溶解度提高， 温度点降低。 两性表面活性剂，溶解度提高，Krafft温度点降低。 温度点降低
R
o
_N OCH H
C N
C
2
R
C N CH2CH2OH
. Cl
_
RC O
N
CH2
+ ClCH2 CH2 CH2CH2OH
H2N CH2
N R C N CH2 CH2CH2OH CH2 + ClCH2COONa
HOCH2CH2
N R HOCH2CH2 C + N
CH2 CH2
_ CH2COO
6.3.6 氨基酸型
pH ~ 4 ~
ClCH2COONa + H2O
CH3
o
CH3 ClCH2COONa + C12H25 N CH3
50~150
C
5~10 h
C12H25
+ N CH3
CH2COO + NaCl
易溶于水，具有优良的去污、柔软、抗静电、 易溶于水，具有优良的去污、柔软、抗静电、起泡和润湿 性能。对皮肤刺激性小，手感好、易生物降解、毒性低， 性能。对皮肤刺激性小，手感好、易生物降解、毒性低， 有良好的抗硬水性和对金属的缓蚀性。 有良好的抗硬水性和对金属的缓蚀性。 配制洗发香波、泡沫浴、儿童沐浴露等。 配制洗发香波、泡沫浴、儿童沐浴露等。

两性表面活性剂综述

两性表面活性剂综述

两性表面活性剂概述摘要：两性表面活性剂是整个表面活性剂家族中的一个重要组成部分。

从结构上来说，是指分子中同时具有两种或以上离子性质的表面活性剂。

从性质上来说，是分子具有阳离子亲水基团、又同时具有阴离子亲水基团的表面活性剂。

与其他表面活性剂比较,具有很多独特的优点,如:①对皮肤及眼睛的低刺激性;②在较宽pH范围内具有良好的表面活性;③对硬水稳定性良好,能耐酸碱和各种金属离子;④与其他表面活性剂复配,有良好的协同效应,与很多染料助剂可以同浴处理;⑤具有优良的柔软和抗静电作用,各类纤维和织物经其处理后,手感柔软,穿着舒适;⑥匀染性好,对很多纤维,特别是羊毛纤维染色时,可作为优异的匀染剂;⑦具有良好的去污泡和乳化作用;⑧除可作纤维润湿和洗涤剂外,还对纤维有保护作用;⑨生物降解性能好,无毒性,污染少。

本文对两性表面活性剂的类型进行划分，概述其基本的合成方法的路线；探讨各种两性表面活性剂的应用性能；对两性表面活性剂的发展和在油品中的使用进行了动态分析。

关键词：两性；表面活性剂；合成方法；性能指标；油品应用1 两性表面活性剂的基本分类目前文献上常按两性表面活性剂的亲水/亲油性质、分子结构、正电荷中心或负电荷中心类型等等方法进行分类。

本文按照两性表面活性剂分子结构中的亲水基团特征,对其进行综合分类,见表1。

2典型两性表面活性剂的合成方法、路线和性能指标2.1咪唑啉类两性表面活性剂2.1.1 有机硼系咪唑啉表面活性剂先由脂肪酸和羟乙基乙二胺形成中间体(HEAI),再和硼酸进行酯化应。

反应式如下此种表面活性剂在有机溶剂中无明确的cmc ，表面张力约26 mN/m~27 mN/m,泡沫表1 两性表面活性剂的综合分类很小。

2.1.2磺酸盐型用HEAI和溴乙基磺酸钠反应得到目的产物[3]:该表面活性剂的cmc为3·0×10-3mol/L,表面张力28·3 mN/m,泡沫中等(135 mm)。

两性表面活性剂

两性表面活性剂

• 实验改良 • 用NaHCO3代替NaOH来中和，收率有所提高。这可能由于生成的 氯乙酸盐，在强碱NaOH的作用下，继续发生水解的副反应，生成羟乙 酸盐： • CICH2COONa+NaOHHOCH2COONa+NaCl • 而生成的羟乙酸盐不能与叔胺起季胺化反应，从而影响了烷基 甜菜碱的收率。而弱碱 NaHCO3可以避免上述缺点，因而提高了烷基 甜菜碱的收率。 • 在反应中预先添加了少量的烷基甜菜碱，烷基甜菜碱的收率有 所提高。这是因为添加的烷基甜菜碱，是两性表面活性剂，在反应开 始时起分散作用，使不大溶于水的叔胺能很好地分散在溶剂中，提高 了反应的速度，因而在一定的时间里提高了烷基甜菜碱的收率，也即 可以缩短反应的时间。
氧化胺型
1、十八烷基二羟乙基氧化胺：一种两性表面活性剂，易溶于水和
极性有机溶剂，水溶液在酸性条件下呈阳离子性，在碱性条件下呈非 离子性。具有良好的增稠、抗静电、柔软、增泡、稳泡和去污性能； 刺激性低，可有效地降低洗涤剂中的阴离子表面活性剂的刺激性，还 具有杀菌、钙皂分散、易生物降解等特点。
2、十四烷基二羟乙基氧化胺：该品是一种两性表面活性剂，易溶
精化111 张嘉辉 1105010109
两性型表面活性剂 主要分为氨基酸型、甜菜碱型、咪唑啉型和氧化 胺型
氨基酸型
十二烷基氨基丙酸钠：十二烷基氨基丙酸钠是由十二伯胺与丙烯酸
甲酯进行反应后经水解，再用氢氧化钠中和后制得。 十二烷基氨基丙酸钠易溶于水，呈透明溶液，显碱性具有良好的起泡性 能和洗涤能力。
原料、；十二烷基胺（18.5g，0.1mol），乙醇（95%，25ml），甲酸 （≥85%，26ml，0.58mol）甲醛（37%，21ml，0.2mol），氢氧化钠 （3.2g，0.08mol），无水硫酸钠，浓盐酸，乙醇-乙醚（体积比为 1:20）混合液，717型强碱性离子交换树脂 实验操作 二甲基十二烷基胺的制备 向装置有电动搅拌、滴液漏斗和温度计的三口瓶中加入18.5g （0.1mol）十二烷基胺和25ml95%乙醇，搅拌溶解。在不高于30℃的 温度下滴加26ml（0.58mol）85%甲酸。然后升温至40℃并保持在该温 度下滴加21ml（0.2mol）37%甲醛溶液。滴加完毕，慢慢升温至回流 温度，反应至没有CO2气体释出为止。冷却，用10%氢氧化钠溶液调节 反应混合物至略偏碱性。加入约20ml水，将物料移入分液漏斗，分层。 有几层用适量水洗涤一次，经无水硫酸钠干燥后称重，得到浅黄色油 状物17~18g，产率80%~84%。

第6章_两性表面活性剂

第6章_两性表面活性剂

表面活性剂化学
19
6.3.6 氨基酸型的合成
1 高级脂肪胺 + 丙烯酸甲酯 R - NH2 + CH2=CHCOOCH3 R – N+H – CH2CH2 – COOCH3 NaOH R – N+H – CH2CH2 – COO – Na
2020/1/29
表面活性剂化学
20
2 高级脂肪胺 + 丙烯腈
第六章 两性表面活性剂
2020/1离子型
1 阴离子型表面活性剂 2 阳离子型表面活性剂
3 两性表面活性剂
非离子型
2020/1/29
表面活性剂化学
2
6.1 两性表面活性剂概述
两性表面活性剂，是指由阴离子和阳离子所组成的表面活性 剂。就结构来讲，在亲水基一端既有阳离子也有阴离子。
CH 3
N=2-3
2020/1/29
表面活性剂化学
16
1 叔胺 + 氯醇
引入羟基 再硫酸酯化
CH3
HSO3Cl，2NaOH
R N +Cl(CH2)nOH
CH3
CH 3
R N + ( C H 2)n O S O 3
CH 3
2020/1/29
表面活性剂化学
17
2 卤代烷 + 羟基叔胺
引入羟基 再硫酸酯化
24
C1 2H2 5
CH2Cl
SO3 酯化
C1 2H2 5
CH3 + N C H2C H2 OH
CH 3
CH3 CH2 N+ CH2CH2OSO3
CH3
2020/1/29
表面活性剂化学
18
6.3.4 咪唑啉型的合成

第6章两性表面活性剂

第6章两性表面活性剂

第6章两性表面活性剂6.1 两性表面活性剂概述6.1.1 两性表面活性剂的特性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。

6.1.2 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(2) 磺酸盐型(3) 硫酸酯盐型(4) 磷酸酯盐型(1) 羧酸盐型(阴离子结构-COOM氨基酸型结构通式R —NH —CH 2CH 2CH z SO s Na甜菜碱型结构通式+R N(CH 3)2一CH 2CH 2CH 2SO3-咪唑啉型结构通式八酋2R一C +二心2/ \O3S(CH2)3 CH 2CH 2OH(2) 磺酸盐型(阴离子结构-SO3M 氨基酸型结构通式R 一NH —CH 2CH 2CH 2SO s Na甜菜碱型结构通式+R N(CH 3)2 一CH2CH2CH 2SO3咪唑啉型结构通式-O3S(CH2)3 CH 2CH 2OH⑶硫酸酯盐型(阴离子结构-OSO3M)氨基酸型结构通式R — NH —CH 2CH 2CH 2OSO 3Na甜菜碱型结构通式+R N(CH 3)2—CH 2CH 2OSO 3-咪唑啉型结构通式C ：CH/ \O 3SO(CH 2)3 CH 2CH 2OH结构通式十RCONHCH 2CH 3O — P —OCH 2CH 5NH 22. 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的化合物。

最具代 表性的结构：CH 3+R —N —CH 2COOCH 3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。

⑵咪唑啉型$N 、CH 2RC + 2V CH 2-OOCCH 2 CH 2CH 2OH(4)磷酸酯盐型「单指阴离于结构-RO —p.OMOII RjO —IP — OMIORiRNH 2—CH 2CH 2coo N -烷基-3氨基丙酸RCHCOO -+NH 2RN -烷基-a -亚氨基羧酸特点：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R i特点是：增泡、稳泡作用明显。

两性表面活性剂

两性表面活性剂
两性表面活性剂
※ 咪唑啉型两性表面活性剂 ※ 甜菜碱型两性表面活性剂
一、咪唑啉型两性表面活性剂
两性咪唑啉型是两性表面活性剂中应用最广的一类化合物。 一般的咪唑啉化合物是用乙二胺衍生物和脂肪酸缩合而成的 一类环状叔胺化合物。用咪唑啉衍生物与卤代羧酸进一步反 应可以制得两性咪唑啉。
具有代表性的两性咪唑啉是2-十二烷基-N-羟乙基-N-羧甲基咪唑啉，它是米黄 色或琥珀黏稠液体，活性物含量40%~50%，pH8.5~9.5%，可溶解在温水中， 无毒，对人体皮肤无刺激，生物降解性良好。它具有优良的柔软、抗静电和发 泡性，在偏酸性环境下有杀菌性。其与阴离子、阳离子和非离子表面活性剂有 很好的配伍性，非常适合用于配制温和型的个人洗涤用品，例如婴儿沐浴露、 杀菌消毒洗手液、调理洗发香波、护发素等。
使用两性咪唑啉配制出来的沐浴露性质温和，没有毒性，对皮肤和眼 睛刺激性很小，无过敏反应，因而可用于婴儿香波和沐浴用品中，两 性咪唑啉与聚合阳离子表面活性剂兼容性好，是调制无刺激性调理香 波必不可少的组分。在2-位具有长碳链的两性咪唑啉衍生物可以作为 柔软剂使用，还具有抗静电性和润滑性，使头发洗后无静电，柔软疏 松，飘逸动人。 两性咪唑啉具有较强的抗硬水能力，在硬水和软水中同样具有良 好的洗涤力，耐硬水、耐电解质，具有钙皂分散能力和润湿性，生物 降解性良好，依碳架结构不同可有高泡性和低泡性。
咪唑啉化合物在较高浓度的无机酸和电解质溶液中稳定，但可被过氧化氢 和次氯酸盐氧化。在偏酸性环境中由于活性基团带正电荷，能吸附在带负 电荷的表面。这种吸附作用在很大程度上解决了它的应用领域。一般的织 物纤维都带有负电荷，咪唑啉化合物吸附在纤维的表面会削弱洗涤作用， 对清洁功能的发挥是不利的因素，所以咪唑啉化合物很少单独作为洗涤使 用。但是皮肤、头、杀菌和抗静电等特殊的效果。 两性咪唑啉是一种优良的表面活性剂，刺激性很小，可用作抗静电剂、 柔软剂、调理剂、消毒杀菌剂。两性咪唑啉在强酸强碱条件下会发生水解， 但在较温和条件下的日化产品中使用稳定。在宽范的pH范围内与各种洗涤 助剂相容性好。

两性表面活性剂的合成及性能表征

两性表面活性剂的合成及性能表征

两性表面活性剂两性表面活性剂，是指同时具有阴、阳两种离子性质的表面活性剂。

从它的结构来看，与憎水基团相连接的既有阳离子，也有阴离子。

其结构可表示如下：它是一种温和性的表面活性剂。

两性表面活性剂分子与单一的阴离子型、阳离子型不同，在分子的一端同时存在有酸性基和碱性基。

酸性基大都是羧基、磺酸基或磷酸基,碱性基则为胺基或季铵基，能与阴离子、非离子型表面活性剂混配，能耐酸、碱、蛋黄里的卵磷脂是天然的两性表面活性剂。

现在常用的人工合成两性表面活性剂，其阴离子部分大多是羧酸基，也有少数是磺酸基。

其阳离子部分大多是胺盐或季胺盐。

由胺盐构成阳离子部分的叫氨基酸型；由季胺盐构成阳离子部分的叫甜菜碱型。

氨基酸型两性表面活性剂的水溶液呈碱性。

如果在搅拌下，慢慢加入盐酸，变为中性时仍无变化。

至微酸性时则生成沉淀。

如果再加入盐酸至强酸性时，沉淀又溶解。

这就说明，呈碱性时表现为，呈酸性时，表现为。

但是，当阳离子性和阴离子性正好在平衡的等电点时，亲水性变小，就生成沉淀。

甜菜碱型两性表面活性剂，最大的特点是无论在酸性、中性或碱性的水溶液中都能溶解。

即使在等电点时也无沉淀。

此外，渗透力、去污力及抗静电等性能也较好。

因此，是较好的、柔软剂。

等电点是指两性电解质在溶液中电离时，酸和碱的电离度相等时的状态。

其分子溶于水发生电离后，与亲油基相连的亲水基是同时带有阴阳两种电荷的。

亲油基一般是长碳链烃基，亲水基中的阳离子都是由基或季铵基组成的，阴离子可以由羧基、磺酸基或磷酸基组成。

实际应用的品种主要是氨基酸型和甜菜碱型两性表面活性剂，产量是表面活性剂中最小的。

两性表面活性剂通常具有良好的洗涤、分散、乳化、杀菌、柔软纤维和抗静电等性能，可用作织物整理助剂、染色助剂、钙皂分散剂、干洗表面活性剂和金属缓蚀剂等。

但是，这类表面活性剂的价格较贵，实际应用范围较其他类型的表面活性剂小。

分子中的阴离子为羧基，阳离子为铵盐。

这类表面活性剂随介质pH的变化而显示不同的表面活性，如十二烷基氨基丙酸(C12H25N+H2CH2CH2COO-) 在氢氧化钠介质中可转变成十二烷基氨基丙酸钠(C12H25 NHCH2CH2COO-Na+), 表现为能溶于水的阴离子表面活性剂。

两性表面活性剂

两性表面活性剂
-
R1 OHR2 N R3 (CH2)n COO
-
6
咪唑啉型SAa
含强碱性N原子
氧化胺型SAa 极性大；熔点高；易溶于水和低碳醇; 吸水性强；具微弱氧化性; R1 在高温下发生热分解; R2 N O 具有对抗沉淀作用
R3
R1 H R2 N R3
7
OH
氨基酸型SAa
含弱碱性N原子，两性特征依赖于体系的pH值。在等电点附 近，出现最低溶解度。
<pI
pI
9
>pI
DDAPS ：N-十二烷基-N，N- 二甲基氨基丙磺酸盐
随着温度增加 随着盐浓度的增加 聚集数逐渐减小； 聚集数逐渐增加； I1/I3减小，即微环境的极性减小；I1/I3增加，即微环境的极性增加； Rh减小，即水化半径减小； Rh增加，即水化半径增加； cmc增加 cmc减小；
李芳等，高等学校化学学报，Vol.19，1998,1117-1120
5
甜菜碱型 SAa
Scheilbler1869年发现并从甜菜汁中 分离出来一种天然产物（如右式）， 将它俗称为甜菜碱 含强碱性N原子，因此，两性特征在很宽的范围内与pH无关。 在等电点处不会出现溶解度下降的现象。在不同的pH范围内， 只以两性离子或阳离子SAa的形式存在
R1 R2 N R3 (CH2)nCOOH OHR2 R1 N R3 (CH2)n COO
只在等电点区才是真正意义上的两性离子
8
两性表面活性剂中一个重要的概念 ——等电点
pI
pK a +pK b 2
两性SAa含有不可分离的正、负电荷中心，在溶液中显现独特 的等电点性质，是与其他SAa的最大和最根本的区别； 含弱碱性N原子的两性SAa由于受离子基团间的相互作用（正、 负电荷中和）出现最低溶解度； 等电点处，由于正、负中心电荷强度相等，分子排列最紧密， 低于或大于等电点pH，正电荷中心强度或负电荷中心强度相对 较大，排列不紧密；

两性离子型表面活性剂

两性离子型表面活性剂
在pH ≈ 4左右的狭窄范围内，若将此溶液置于电场中，溶液的双离 子化合物不向任何方向移动，即分子内的净电荷为零，此点被称作等电点。
在等电点时，表面活性剂在水中的溶解度最低，它的发泡、润湿及洗 涤能力也最低
两性离子型表面活性剂
2、几乎可以同所有其他类型的表面活性剂进行复配， 而且在一般情况下都产生加和增效作用。
两性离子型表面活性剂
甜菜碱型; 甜菜碱型两性离子型表面活性剂的最大优点是无论在酸性、中性或碱性水溶
液中均易溶，在等电点时也无沉淀，适用于任何pH环境。 例如、
烷基二甲基甜菜碱〔RN+(CH3)2CH2COO-〕
两性离子型表面活性剂
两性表面活性剂的特性 • 1、两性表面活性剂具有等电点
两性表面活性剂通常总含有酸性基团和碱性基 团，因此，在溶液中表现出最大的特征是有着 两性化合物物共同具有的等电点性质。它与两 性表面活性剂的许多性质，如吸附、溶解等密 切相关。
两性离子型表面活性剂
合 表 面 活 性 剂 成 的 两 性 离 子
型
构成其阳离子部分的 是铵盐或季铵盐，阴离 子部分主要有羧酸盐、 硫酸酯、磷酸酯、磺酸 盐等。
羧酸盐型又分为氨 基酸型和甜菜碱型两类
两性离子型表面活性剂
氨基酸型：
氨基酸型两 性离子型表面活 性剂在等电点 （一般为微酸性） 时亲水性减弱， 可能产生沉淀。
3、具有较低的毒性和对皮肤、眼睛刺激性，可以用 在化妆品和洗发香波中。
4、具有极好的耐硬水性和耐高浓度电解性，甚至在 海水中也可以有效地使用。
两性离子型表面活性剂
以氨基丙酸为例
PH<4 PH>4
PH≈4
两性离子型表面活性剂
• 在PH﹥4，呈现阴离子型表面活性剂特征； • 在PH﹤4，呈现阳离子型表面活性剂特征； • 在PH ≈ 4附近，以内盐的形式存在，这种内盐一般称为“两性离子”。 • 两性表活剂在溶液中表现出最大的特征:等电点

两性表面活性剂

两性表面活性剂
1.洗涤剂及香波组分：安全性好，毒 性低，对皮肤和眼睛的刺激性小可 用于婴儿用品中。
2.杀菌性：可用于外科手术、医疗器 械等的消毒。
3.纤维柔软剂：可用于天然纤维也可用 于合成纤维，不影响纤维的色光、不 易使之泛黄，不产生污染。
4.缩绒剂：羊毛织成呢后，需要进行缩 绒以使织物在长度和亮度上达到一定 程度的收缩，同时使其增加厚度及保 暖性。
N-十二烷基-ß-氨基丙酸钠的制取方法：
C12H25NH2+CH2=CHCOOCH3→ C12H25NH CH2 CH2COOCH3 → C12H25NH CH2 CH2COOCNa+ CH3OH
当十二胺与丙烯酸甲酯的比例为1:2时， 则可得到二羧酸。
二、甜菜碱型两性离子表面活性剂
甜菜碱型两性离子表面活性剂是指甜 菜碱中的甲基被长链烷基取代后的产物， 即:
4.在基质上的吸附量及杀菌性与PH值的 关系
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。在 PH值高于等电点时，显示阴离子性， 上述性能不理想。
第三节 两性表面活性剂的合成
一、 氨基酸型两性离子表面活性剂 这类产品大都是烷基氨基酸的盐类， 具有良好的水溶性，洗涤性能很好， 并有杀菌作用.它们的毒性比阳离子 活性物低，常用于洗发膏及洗涤剂 中。典型产品及合成路线举例如下。
式中R为C12~18。这类化合物是由季铵盐型 阳离子部分和羧酸盐型阴离子部分构成的。
甜菜碱（最初从植物甜菜中分离而得） 结构：
甜菜碱型两性离子表面活性剂：甜菜碱 中甲基被长链烷基取代后的产物。
特点
在任何PH值下多能溶于水，既使在等电点 下也不会发生沉淀；
不会因温度升高而混浊； 水溶液的渗透性好、泡沫性强、去污力好 分散性好 成本高
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»HLB=3~8 可作为W/O型乳化剂 HLB=7~9 可作为润湿剂 HLB=8~18 可作为O/W型乳化剂 HLB=15以上 可作为增溶剂
• 甜菜碱型
• 1、十二烷基乙氧基磺基甜菜碱：一种两性离子表 面活性剂，在酸性及碱性条件下均具有优良的稳 定性，分别呈现阳和阴离子性，常与阴、阳离子 和非离子表面活性剂并用，其配伍性能良好。无 毒，刺激性小，易溶于水，对酸碱稳定，泡沫多， 去污力强，具有优良的增稠性、柔软性、杀菌性、 抗静电性、抗硬水性。能显著提高洗涤类产品的 柔软、调理和低温稳定性。
2、十四烷基二羟乙基氧化胺：该品是一种两 性表面活性剂，易溶于水和极性有机溶剂， 水溶液在酸性条件下呈阳离子性，在碱性条 件下呈非离子性。具有良好的增稠、抗静电、 柔软、增泡、稳泡和去污性能；刺激性低， 可有效地降低洗涤剂中的阴离子表面活性剂 的刺激性，还具有杀菌、钙皂分散、易生物 降解等特点。
3、月桂酰胺丙基氧化胺：该品是一种两性表 面活性剂，易溶于水和极性有机溶剂，水溶 液在酸性条件下呈阳离子性，在碱性条件下 呈非离子性。具有良好的增稠、抗静电、柔 软、增泡、稳泡和去污性能；刺激性低，可 有效地降低洗涤剂中的阴离子表面活性剂的 刺激性，还具有杀菌、钙皂分散、易生物降 解等特点。
• 十二烷基甜菜碱的制备 • 放映装置同操作1.加入7.5g （0.08mol）氯乙酸，在冷却和搅拌下慢慢 滴入由3.2g（0.08mol）氢氧化钠和45ml水 配成的溶液，然后滴入以上制得的二甲基 十二烷基胺。升温至70~80℃搅拌反应3h， 得到浅黄色、黏稠的十二烷基甜菜碱溶液， 其中活性物含量约30%。
原料、；十二烷基胺（18.5g，0.1mol），乙醇 （95%，25ml），甲酸（≥85%，26ml，0.58mol） 甲醛（37%，21ml，0.2mol），氢氧化钠（3.2g， 0.08mol），无水硫酸钠，浓盐酸，乙醇-乙醚 （体积比为1:20）混合液，717型强碱性离子交换 树脂 实验操作 二甲基十二烷基胺的制备 向装置有电动搅拌、滴液漏斗和温度计的三 口瓶中加入
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 5 良好的生物降解性
胶束
胶束：当水溶液内表面活性剂分子数目不断增 加时，依靠自身的范德华力相互聚集，形成亲 油基向内，亲水基向外的分子缔合体，称为胶 束。
临界胶束浓度
临界胶束浓度（ critical micell concentration, CMC）：表面活性剂分子 缔合形成胶束的最低浓度。
十二烷基甜菜碱的提纯 将所得碱溶液（混合液）用过量的浓盐 酸处理，过滤，滤饼在乙醇-乙醚（体积比为 1:20）的混合液中重结晶得烷基甜菜碱的盐酸 盐。将其溶于蒸馏水中，通过717型强碱性离 子交换树脂。蒸馏脱去水，，再在乙醇-乙醚中 重结晶3次后，真空干燥，，得纯的十二烷基 甜菜碱。
注意事项 1、所用玻璃仪器必须干燥； 2、滴加甲酸时，通过控制滴加速度来控制反应温度， 高温会促使氨氧化，必要时可在瓶外用冷水冷却； 3、滴加甲醛时，应控制滴加速度，避免突然产生大量 气体，使物料冲出； 4、加减时应边加边搅拌，避免碱局部浓度过大，导致 副反应的发生； 5、氯乙酸具有强腐蚀性，且容易吸湿潮解； 6、滴加浓盐酸不要太多，至乳状液不再消失即可； 7、洗涤滤饼时，溶剂按规定量加，不能太多；
• 实验改良 • 用NaHCO3代替NaOH来中和，收率有所提 高。这可能由于生成的氯乙酸盐，在强碱NaOH 的作用下，继续发生水解的副反应，生成羟乙 酸盐： • CICH2COONa+NaOHHOCH2COONa+NaCl • 而生成的羟乙酸盐不能与叔胺起季胺化 反应，从而影响了烷基
甜菜碱的收率。而弱碱 NaHCO3可以避免上述 缺点，因而提高了烷基甜菜碱的收率。 在反应中预先添加了少量的烷基甜菜碱， 烷基甜菜碱的收率有所提高。这是因为添加的烷 基甜菜碱，是两性表面活性剂，在反应开始时起 分散作用，使不大溶于水的叔胺能很好地分散在 溶剂中，提高了反应的速度，因而在一定的时间 里提高了烷基甜菜碱的收率，也即可以缩短反应 的时间。
十二烷基甜菜碱
• 实验原理：烷基甜菜碱，即N-烷基-N，N-二甲基 甜菜碱，是一种羧酸盐型两性离子表面性剂， 其结构式为: • CH3 • | • R—N+ —CH2COO— • | • CH3 • 从十二烷基胺开始，与甲醛和甲酸发生还 原胺基化反应（
Leuckart反应），生成二甲基十二烷基按， 后者再与氯乙酸那进行季铵化反应，生成产 物十二烷基甜菜碱。 n-C12H25NH2+2CH2O+2HCOOHnC12H25N(CH3)2+2CO2+2H2O n-C12H25N(CH3)2+ClCH2COONanC12H25N+(CH3)2CHCOO—+NaCl
HLB值的概念
• 亲水亲油平衡值(hydrophile-lipophile balance，HLB)是表面活性剂分子中亲水 和亲油基团对油或水的综合亲合力。 • 数值范围：HLB值范围为0~40，其中非离 子表面活性剂HLB值范围为0~20。 • HLB 值愈大，亲水性愈强； HLB 值愈小， 亲油性愈强。
两性型表面活性剂 主要分为氨基酸型、甜菜碱型、咪唑啉型和氧化 胺型
氨基酸型
十二烷基氨基丙酸钠：十二烷基氨基丙酸钠是由十 二伯胺与丙烯酸甲酯进行反应后经水解，再用氢氧 化钠中和后制得。 十二烷基氨基丙酸钠易溶于水，呈透明溶液，显碱 性具有良好的起泡性能和洗涤能力。
HLB值的应用范围
• • • • • • •
2、十二烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱：因结 构中同时带有羟基的阴离子和阳离子基团， 不仅具有两性表面活性剂的所有优点，还具 有耐高浓度酸、碱盐，良好的乳化性、分散 性和抗静电性，以及具有杀菌、抑霉性和粘 弹性等，是恶性循环能优异的表面活性剂。 已可以广泛应用于日用化工、油田驱油、压 裂、酸化等多个领域。
临界胶束浓度的测定
• 当处于CMC时，溶液表面张力基本达到最 低值，溶液的多种物理性质如摩尔电导、 粘度、渗透压、密度、光散射等多种物理 性质发生急剧变化。利用这些性质与表面 活性剂浓度之间的关系，可推测出表面活 性剂的临界胶束浓度。 • 温度、浓度、电解质、pH值等因素对测定 结果也会产生影响。
谢谢
结
束
氧化胺型
1、十八烷基二羟乙基氧化胺：一种两性表面 活性剂，易溶于水和极性有机溶剂，水溶 液在酸性条件下呈阳离子性，在碱性条件 下呈非离子性。具有良好的增稠、抗静电、 柔软、增泡、稳泡和去污性能；刺激性低， 可有效地降低洗涤剂中的阴离子表面活性 剂的刺激性，还具有杀菌、钙皂分散、易 生物降解等特点。
精化3121
李慕09 李中涛 13
两性表面活性剂概述
广义地说：所谓两性表面活性剂，是指同时
具有两种离子性质的表面活性剂。
通常所说的两性表面活性剂，是指 由阴离子和阳离子所组成的表面活 性剂。换言之，单就两性表面活性 剂结构来讲，在亲水基一端既有阳 离子(+)也有阴离子(-)。
两性表面活性剂的特性
• 咪唑啉型
• 1、两性离子聚丙烯酰胺：两性离子聚丙烯酰胺因 分子内含阳离子基和阴离子基，水解共聚而成。 优点是具备了一般阳离子絮凝剂的使用特点，表 现了更优异的性能。此类絮凝剂可在大范围的PH 值内使用，具有更高的滤水量，较底的滤饼含水 率，也可用于强酸浸提矿石或从含金属的酸性催 化剂中回收有价值的金属。两性离子型绝非阴离 子型、阳离子型的混合。如果把阳离子聚丙烯酰 胺与阴离子聚丙烯酰胺配合使用则会发生反应产 生沉淀。所以两性离子产品最为理想。
18.5g（0.1mol）十二烷基胺和25ml95%乙醇， 搅拌溶解。在不高于30℃的温度下滴加26ml （0.58mol）85%甲酸。然后升温至40℃并保 持在该温度下滴加21ml（0.2mol）37%甲醛溶 液。滴加完毕，慢慢升温至回流温度，反应 至没有CO2气体释出为止。冷却，用10%氢氧 化钠溶液调节反应混合物至略偏碱性。加入 约20ml水，将物料移入分液漏斗，分层。有 几层用适量水洗涤一次，经无水硫酸钠干燥 后称重，得到浅黄色油状物17~18g，产率 80%~84%。