甜菜碱型两性表面活性剂概述

羧酸型甜菜碱两性表面活性剂及其消防应用前景牛世栋;杜建科【摘要】介绍了羧酸型甜菜碱两性表面活性剂的结构及其性能特点,分析了几种羧酸型甜菜碱表面活性剂制备过程及特性.从配制泡沫灭火剂,作为抗静电剂、防火涂料助剂、石油处理剂中的乳化剂、洗消剂的添加剂等应用领域探讨了羧酸型甜菜碱两性表面活性剂在消防领域中的应用前景.【期刊名称】《武警学院学报》【年(卷),期】2014(030)002【总页数】3页(P20-22)【关键词】两性表面活性剂;羧酸型甜菜碱;应用前景【作者】牛世栋;杜建科【作者单位】武警学院研究生队,河北廊坊065000;武警学院消防工程系,河北廊坊065000【正文语种】中文【中图分类】O647.2;D631.6Kruger从甜菜中分离出一种三甲胺乙酸盐，它既具有很好的清洁作用，又不伤害皮肤，使用非常安全，后来Bruhl将结构类似于这种季铵内盐的化合物称为“甜菜碱”。

如果将其中的一个甲基用C8～C20链长的疏水基取代，新生成的分子将表现出良好的表面活性。

通常将具有表面活性剂性质的甜菜碱统称为甜菜碱或甜菜碱型两性表面活性剂，根据其结构特点也可以称之为季铵两性表面活性剂［1］。

在羧酸型甜菜碱分子结构中，同时存在阴离子亲水基团和阳离子亲水基团，其显著特点是在各种pH环境下均能溶解，即使在等电点也不产生沉淀，渗透力、去污力及抗静电等性能优良，适用面广，有望广泛应用到消防领域中。

一、几种重要的羧酸型甜菜碱(一)烷基取代的甜菜碱1．N-烷基取代的羧酸型甜菜碱N-烷基甜菜碱(烷基二甲基甜菜碱)结构最简单，开发最早，应用也较为广泛。

烷基二甲基甜菜碱一般由叔胺(烷基二甲胺)与氯乙酸钠溶液反应制得。

目前工业上常用十二烷基二甲胺与氯乙酸钠反应制备十二烷基二甲基甜菜碱。

合成步骤为:在水中将1 mol氯乙酸用氢氧化钠溶液中和，使之成为氯乙酸的钠盐，然后滴加1 mol十二烷基二甲胺，在60～80℃下反应5～10 h，使反应进行完全，得到含十二烷基二甲基甜菜碱约30%的混合物，商品名为BS-12。

舒肤佳中的两性表面活性剂——椰油酰胺丙基甜菜碱一、英文名CocoamidopropylBetaine简称（商品名）：CAB二、相关说明化学名：椰油酰胺丙基二甲胺乙内酯分子式：C19H38N2O3分子量：342.52CAS登记号：61789-40-0 (86438-79-1)三、化学结构式[RCONH(CH2)3N﹢(CH3)2CH2COOˉ]四、技术指标1.外观（25oC）：微黄色透明液体2.活性物（%）：30±13.氯化钠（%）：≤6.04.PH值（1%水溶液）：5.0-7.05.游离胺含量（%）：≤0.106.固含量（%）：≥35.0五、用途与用量1.用途：广泛用于中高级香波、沐浴液、洗手液、泡沫洁面剂等和家居洗涤剂配制中；是制备温和婴儿香波、婴儿泡沫浴、婴儿护肤产品的主要成分；在护发和护肤配方中是一种优良的柔软调理剂；还可用作洗涤剂、润湿剂、增稠剂、抗静电剂及杀菌剂等。

2.推荐用量：①香波和浴液中为3-10%；②美容化妆品中为1-2%。

六、性能本品是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。

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、生物降解性、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。

七、产生机理椰油酰胺丙基甜菜碱是由椰油酰胺丙基叔胺与氯乙酸钠进行乙内酯化反应制成的两性离子表面活性剂。

以椰子油为原料，通过与N、N二甲基丙二胺的缩合生成PKO再和氯乙酸钠（一氯乙酸与碳酸钠制得）季铵化两步反应，制取椰油酰胺丙基甜菜碱，产率达90%左右。

RCONH(CH2)3N(CH2)3 + CLCH2COONa[RCONH(CH2)3N+(CH2)2CH2COO-] + NaCl八、其他作用说明椰油酰胺丙基甜菜碱是一个及其温和的两性表面活性剂，对皮肤、眼黏膜无刺激、无过敏性反应。

表面活性剂的分类方法表面活性剂的分类方法有以下几种：1、按表面活性别在水溶液中能否解离及解离后所带电荷类型分为非离子型、阴离子型、阳离子型和两性离子性；2、按表面活性剂在水和油中的溶解性可分为水溶性和油溶性表面活性剂；3、按分子量分类，可将分子量大于104者称为高分子表面活性剂，分子量在103~104者称为中分子量表面活性剂及分子量在102~l03者称为低分子量表面活性剂。

在这些分类方法中常用的是按表面活性剂在水溶液中能否解离及解离后所带电荷类型来分类。

1、阴离子表面活性剂阴离子型表面活性既是具有阴离子亲水性基团的表面活性剂。

它们在整个表面活性剂生产中占有相当大的比重，据统计，世界表面活性剂总产量的40%属于这一类2、阳离子表面活性剂阳离子表面活性剂正好与阴离子表面活性剂结构相反。

如图所示，其亲水基一端是阳离子，故常称之为“逆性肥皂”或“阳性皂”。

阳离子表面活性剂水溶液，大多呈酸性。

而阴离子表面活性剂水溶液，一般为中性或碱性，与前者正好相反。

这是因为在中和时，各自的酸碱强度不同而造成的。

3、两性表面活性剂广义地说，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。

然而，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，在憎水基一端既有阳离子(+)也有阴离子(-)，是两者结合在一起的表面活性剂甜菜碱型表面活性剂两性表面活性剂主要由氨基酸型和甜菜碱型两类其中的甜菜碱型表面活性剂，加水能呈透明溶液，泡沫多去污力好。

可看成是两性表面活性剂的代表。

甜菜碱型两性表面活性剂与氨基酸型两性表面活性剂最大的差别是前者无论是在酸性、中性或碱性都易溶于水。

即使在等电点也无沉淀，且在任何pH值时均可使用。

4、非离子型表面活性剂非离子型表面活性剂在水溶液中不电离，其亲水基主要是由具有一定数量的含氧基团成。

正是这一特点决定了非离子型表面活性剂在某些方面比离子型表面活性剂优越。

十二烷基甜菜碱的合成
1.1 实验目的
了解甜菜碱两性表面活性剂的合成方法，掌握季胺化反应的实验方法。

1.2 实验原理
广义地说，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，而通常是指由明离子和阳离子历组成的表面活性剂，即在憎水基一端既有阳离子(十)也有阴离子(-)，是两者结合在一起的表面活性剂。

大多数情况下阳离子部分由铵盐或季铵盐作为亲水基，按阴离子部分来分又可分为羧酸盐型和磺酸盐型，而现在市场出售的大都是羧酸盐型。

所以由铵盐构成阳离子部分叫氨基酸型两性表面活性别；由季铵盐构成阳离子部分叫甜菜碱型两性表面活性剂。

甜菜碱型两性表面活性剂无论在酸性、碱性和中性下都可溶于水，即使在等电点也无沉淀，且在任何PH值下均可使用。

十二烷基甜菜碱是将N，N-二甲基十二烷基胺和氯乙酸钠在60~80℃反应制得。

反应方程式为：
生成物为浅黄色半透明液体，具有良好的去污、渗透及抗静电等性能。

1.3 实验操作
向搭好自动搅拌、滴液漏斗和温度计装置的三口烧瓶中加入9.4g(0.1mol)氯乙酸，在冷却和搅拌下慢慢滴入由4.0g(0.1mol)氢氧化钠配成的45毫升溶液，然
后加入21.3g(0.1mol)N，N-二甲基十二烷基胺。

升温至70~80℃搅拌反应3小时，得到浅黄色、粘稠的十二烷基甜菜碱溶液，其中活性物约含30%左右。

1.4 思考题
（1）两性表面活性剂有哪几类?其在工业和日用化工方面有哪些用途?
（2）甜菜碱型与氨基酸型两性表面活性剂相比其性质的最大差别是什么?。

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、盐以及碱土金属盐。

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，呈碱性时表现为阴离子表面活性剂，呈酸性时，表现为阳离子表面活性剂。

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，是较好的乳化剂、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表面活性剂。

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。

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)。

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）(2)磺酸盐型（阴离子结构 -SO3M）咪唑啉型结构通式3M）氨基酸型结构通式甜菜碱型结构通式咪唑啉型结构通式2.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：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。

(2)咪唑啉型(3)氨基酸型β-氨基丙酸型α-亚氨基羧酸型特点：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极高的化妆品。

(4)氧化胺型6.2 两性表面活性剂的性质 1.两性表面活性剂的等电点两性界面活性剂的最大特征在于它既能给出质子，又能接受质子。

以β-N-烷基氨基羧酸型两性界面活性剂为例，它在酸性及碱性介质中呈显如下的平衡:又如，甜菜碱在酸性及碱性介质中呈显如下的平衡:可见，两性表面活性剂的所带电荷随其应用介质或溶液的pH 值的变化而引起很大的不同。

在静电场中，由于电荷作用，阴离子形式存在的两性表面活性剂离子将向阳极移动，以阳离子形式存在的离子将向阴极移动。

在一个狭窄的pH值范围内，两性表面活性剂以内盐的形式存在，此时将该表面活性剂的溶液放在静电场中时，溶液中的双离子将不向任何方向移动，即分子内的净电荷为零。

此时溶液的pH值被称为该表面活性剂的等电点，确切讲应为等电区或等电带。

甜菜碱起泡剂调剖甜菜碱系列两性表面活性剂是含强碱性N原子的两性表面活性剂，是名副其实的具有宽等电范围的中性盐，它们在很宽的范围内呈现出偶极特性，已有许多证据证实甜菜碱表面活性剂是以内盐的形式存在。

因此有时候也叫季铵内盐表面活性剂，根据负电荷中心载体的不同，目前研究报道的甜菜碱表面活性剂可以分为羧基甜菜碱、磺酸基甜菜碱、磷酸甜菜碱等。

甜菜碱系列两性表面活性剂是具有宽等电范围的中性盐，它们在很宽的PH范围内呈现偶极特性。

由于分子中存在季铵氮，大部分甜菜碱型表面活性剂在酸性和碱性介质中具有良好的化学稳定性。

只要分子中不含有醚键、酯键等官能团，一般情况都有较好的抗氧化性。

甜菜碱系列两性表面活性剂易溶于水，在较浓的酸、碱中甚至在无机盐的浓溶液中也能溶解，不易与碱土金属及其他金属离子等起作用。

长链甜菜碱容易溶解于水介质中，不受PH影响。

甜菜碱的溶解性主要受碳原子数影响，含月桂酰胺丙基甜菜碱SX-LAB30溶解于水介质中的浓度可达到35%，但更长碳链的同系物的溶解度却很低。

表面活性剂的抗硬水性表现在自身对钙、镁硬离子的耐受能力以及对钙皂的分散力两个方面。

许多甜菜碱两性表面活性剂对钙、镁离子均表现出非常好的稳定性，大部分磺基甜菜碱两性表面活性剂的钙离子稳定，而相应的仲胺基化合物的钙离子稳定性值却低的多。

甜菜碱系列两性表面活性剂具有丰富的泡沫性，与阴离子表面活性剂复配后，分子间产生强烈的相互作用，其增泡增粘效果显著增加，而且甜菜碱型表面活性剂的泡沫性能受水硬度和介质的PH影响不大，用作起泡剂或稳泡剂，可在广泛的PH范围内使用。

甜菜碱系列表面活性剂对皮肤、眼睛的刺激性很低，在化妆品和洗涤剂等。

个人清洁护理产品中能有效地减小烷基硫酸盐、烷基醚硫酸盐等阴离子表面活性剂的刺激性。

双子基甜菜碱型表面活性剂的结构性能及在驱油方面的应用双子基甜菜碱型表面活性剂的结构性能及在驱油方面的应用一、引言表面活性剂是一类重要的化学物质，具有调节液体表面张力、改变相之间亲疏性以及增加界面活性等功能。

它们在各个领域中的应用广泛，包括石油工业的驱油过程。

近年来，双子基甜菜碱型表面活性剂成为驱油领域的研究热点，本文将深入探讨其结构性能及在驱油方面的应用。

二、双子基甜菜碱型表面活性剂的结构性能1. 结构特点双子基甜菜碱型表面活性剂的结构特点是含有两个疏水基团和一个亲水基团。

这种结构在石油驱油过程中具有重要的功能。

疏水基团可以吸附在油水界面上，形成胶束结构，而亲水基团则可以与水分子发生相互作用，增加水相与油相之间的相容性。

2. 表面活性性能双子基甜菜碱型表面活性剂具有较低的临界胶束浓度（CMC），即它们在低浓度下就能形成胶束结构，在降低液体表面张力和增加溶液稳定性等方面表现出优异的性能。

此外，它们的表面活性性能还受其结构的影响，如疏水基团和亲水基团的长度、取代基的性质等。

三、双子基甜菜碱型表面活性剂在驱油方面的应用1. 提高油水分离效率双子基甜菜碱型表面活性剂可以在油水界面上形成胶束结构，有效降低液体表面张力，并增加两相之间的相容性。

这样一来，油水分离过程中的乳化现象将被抑制，提高了油水分离的效率。

2. 改善油藏渗透性油藏渗透性是影响石油开采效果的一个重要因素。

双子基甜菜碱型表面活性剂可以在油藏中形成胶束结构，并改善油藏渗透性。

其疏水基团可以与岩石表面的油脂相互作用，使之减少或解离，从而降低了岩石渗透性的损害。

3. 提高驱油效果双子基甜菜碱型表面活性剂还可以通过形成胶束结构进一步提高驱油效果。

胶束结构可以将油相包裹在内，形成胶束—油相复合物，使之更容易从岩石孔隙中流动，并促进石油的释放和流动。

四、结论双子基甜菜碱型表面活性剂通过其独特的结构特点，在驱油过程中发挥重要作用。

其优异的表面活性性能使之成为一种理想的驱油剂。