第5章 阳离子表面活性剂
阳离子、两性离子、非离子表面活性剂
②具有良好的抗静电作用 当阳离子表面活性剂吸附吸在纤维表面，形成一定向 吸附膜后，中和了纤维表面的负电荷，减少了因摩擦产生 的自由电子，因而，具有良好的抗静电作用；
③杀菌作用显著
很稀的溶液（1/10000-1/100000）即有杀菌效果，这是 由于细菌被强力吸附后，阻止了细菌的呼吸作用和糖解作用 所致
如十二烷基三甲基氯化铵（防粘剂DT或 1231），合成如下：
C12H25N(CH3)3 Cl C12H25
3 3
C12H25NH2 + 3 CH3Cl C12H25N(CH3)2 + CH3Cl
. N(CH ) .Cl
代表产品： 十二烷基三甲基溴化铵（阳离子表面活性剂1231）； 十八烷基三甲基氯化铵（阳离子表面活性剂1831）； 十六烷基三甲基溴化铵（阳离子表面活性剂1631）。
4.具有极好的耐硬水性和耐高浓度电解质， 甚至在海水中也可以有效地使用。
5.对植物纤维有益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.可以吸附在带有负电荷或正电荷的物 质表面上，而不产生憎水薄层，因此 有很好的润湿性和发泡性。 8.具有一定的杀菌性和抑霉性。 9.有良好的生物降解性。
表面活性剂的发展现状
2009年阴离子型表面活性剂产量占比仍 为最大，为56％；非离子表面活性剂， 占35%；阳离子和两性离子表面活性剂 合占10%。
（二）、山梨醇及失水山梨醇的脂肪酸酯
1. span 失水山梨醇脂肪酸酯也称山梨醇酐烷基酯， 商品名为司盘(span)。山梨醇可由葡萄糖 加氢制得，是具有六个羟基的多元醇。由 于分子中没有醛基，所以对热和氧稳定。 与脂肪酸反应不会分解或着色。
失水山梨醇酯不溶于水，很少单 独使用，但与其它水溶性表面活性 剂复配，具有良好的乳化力，尤其 与失水山梨醇脂肪酸酯聚氧乙烯醚 （Ｔｗｅｅｎ）复配பைடு நூலகம்为有效。
第5章 染整前处理助剂
第五章 染整前处理助剂
②净洗作用 使织物上的蜡质皂化物及油性物质与织物的黏附力减弱， 界面逐渐缩小，在机械作用下使油污从织物上脱离，乳 化为油/水乳液，以防止其再沾污。非离子表面活性剂 常是优良的乳化剂，而阴离子表面活性剂，将会在油 蜡—水界面上形成双电层，防止油粒相互聚集，有利于 形成比较稳定的乳液体系。 必须迅速分散碱作用的分解物而防止再沾污。这将利用 表面活性剂的分散作用，也可用借助其他无机或有机螯 合分散剂的作用。
第五章 染整前处理助剂
③中性电解质 中性电解质使离子型表面活性剂胶束聚集数增大，CMC 下降，使溶液表面张力下降。 在精练剂中复配一定量的中性电解质有利于提高精练剂 的润湿、乳化和净洗作用。 ④螯合分散剂 螯合剂可以螯合钙、镁离子，而起到软水作用，防止杂 质的再沉积。 高分子螯合分散剂有聚丙烯酸盐、马来酸—丙烯酸共聚 物等、羟基多羧酸盐、亚甲基膦酸酯盐类化合物（胺三 亚甲基膦酸盐、二乙烯三胺五亚甲基膦酸盐等）。
第五章 染整前处理助剂
3、络合型稳定剂
①氨基羧酸盐 氨基羧酸盐类为在氨基上连接有羧甲基的盐类。常见的 有氨基三乙酸钠（NTA）、乙二胺四乙酸钠（EDTA）、 二乙烯三胺五乙酸钠（DTPA）等。
NaOOCH2C NCH2CH2N NaOOCH2C CH2COONa CH2COONa
能和钙、镁离子结合生成不溶性金属络合物，沉积在重 金属离子表面，使其失去催化作用。 效果较差，且价格较贵，目前使用较少。
第五章 染整前处理助剂
第五章 染整前处理助剂
内容概览 染整前处理加工中常用助剂的常用组成和作用机理 精练助剂 双氧水漂白稳定剂
退浆助剂
涤纶碱减量促进剂
第五章 染整前处理助剂
第一节 精练助剂
第5章_阳离子表面活性剂[表面活性剂化学-天大]
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RCN
RCN + 2H2
150℃，136大气压 莫尼镍催化加氢
RCH2NH2
28
得到的伯胺再与甲酸和甲醛溶液反应得到 二甲基烷基胺：
甲醇溶剂 加热 CH3 CH3 + 2CO2 + 2H2O
RNH2 + 2HCHO + 2HCOOH
R N
29
其反应历程如下：
缩合 脱水
RCH2NH2 + HCHO
到一定数值时又随溶液浓度的升高而增加。
十六烷基三甲基氯化铵的表面张力与浓度的关系 [C16H33－N+(CH3)3]•Cl－
溶液浓度（mol/L） 表面张力γ（mN/m）
0.002
69.8
0.005
59.4
0.01
41.3
0.025
38.0
0.04
31.3
0.05
35.0
0.1
35.6
19
(4) 临界胶束浓度
结构通式 [C12H25－N+(CH3)3]•X－ X Cl Br Cl Br [C16H33－N+(CH3)3]•X－
O Cl Cl Cl Cl Cl
商品名称 乳胶防粘剂DT 1231阳离子表面活性剂 纤维柔软剂CTAC 1631阳离子表面活性剂
主要应用 浮选剂、杀菌剂 抗静电剂、杀菌剂 纤维柔软剂 纤维柔软剂、直接 染料固色剂
胺盐型阳离子表面活性剂主要品种及实例
表面活性剂类型 伯胺盐 仲胺盐
叔胺盐
结构通式 RNH2•HCl R1NHR2•HCl
R1NR2(R3)•HCl
实例
C18H37NH2· HCl 十八烷基胺（硬脂胺）盐酸 盐
表面活性剂习题与答案
第一章概述1.表面活性剂的定义在加入量很少时即能明显降低溶剂的表面张力，改变物系的界面状态，能够产生润湿、乳化、起泡、增溶及分散等一系列作用，从而达到实际应用的要求的一类物质。
2.表面活性剂的分类（按离子类型和亲水基的结构）离子类型：a.非离子型表面活性剂b.离子型表面活性剂（阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、两性表面活性剂）亲水基：羧酸盐型、磺酸酯盐型、磷酸酯盐型、胺盐型、季铵盐、鎓盐型、多羧基型、聚氧乙烯型第二章表面活性剂的作用原理表面活性、表面活性物质、表面活性剂？因溶质在表面发生吸附（正吸附）而使溶液表面张力降低的性质被称为表面活性，这类物质被称为表面活性物质。
表面活性剂：是一类表面活性物质，其在浓度极低时能明显降低溶液表面张力的物质。
表面活性如何表征？假如ψ。
是水或溶剂的表面张力，ψ为加入表面活性剂后溶液的表面张力，则表面（界面）张力降低值π可表现为π5ψ。
2ψ，在稀水溶液中可以用表面张力降低值与溶液浓度的比值π/c来衡量溶质的表面活性。
当物质的浓度c很小时，ψ-c略成直线，每增加一个–CH2，π/c增加为原来的3倍。
表面活性剂的两大性质是什么？如何解释？两大性质：降低表面张力和胶束的形成降低表面张力：是由亲水、亲油基团相互作用、共同决定的性质，表面活性剂分子吸附于液体表面，用表面自由能低的分子覆盖了表面自由能高的溶剂分子，因此溶液的表面张力降低胶束的形成：达到吸附饱和，表面活性剂的浓度再增加，其分子会在溶液内部采取另一种排列方式，即形成胶束。
什么是临界胶束浓度及其测定方法？开始形成胶束的最低浓度被称为临界胶束浓度（critical micelle concentration,简写为cmc）。
测量依据：表面张力、电导率等性质随着表面活性剂浓度的变化，上述性质发生突变的浓度。
1、表面张力法：表面活性剂水溶液的表面张力开始时随溶液浓度的增加急剧下降，到达一定浓度（即cmc）后变化缓慢或不再变化。
大学表面活性剂复习资料（考试用）
大学表面活性剂复习资料（考试用）表面活性剂化学复习资料名词解释题目第一章表面活性剂的概述1.表面：液体或固体和气体的接触面。
（物质和它产生的蒸汽或者真空接触的面）2. 界面：液体与液体，固体与固体或液体的接触面。
（物质相与相之间的分界面称之为界面）3. 表面张力：指垂直通过液面上任一单位长度、与液面相切的收缩表面的力（N/m）。
4. 表面自由能：指液体增加单位表面上所需做的可逆功，或恒温恒压下增加单位表面积时体系自由能的增值，或单位表面上的分子比体相内部同分子量所具有的自由能过剩值，称为表面自由能（J/m2）。
5. 表面活性：在液体中加入某种物质使液体表面张力降低的性质叫表面活性。
如肥皂中的脂肪酸钠，洗衣粉中的烷基苯磺酸钠等。
6. 表面活性剂：是指在某液体中加入少量某物质时就能使液体表面张力急剧降低，并且产生一系列应用功能，该物质即为表面活性剂。
第二章表面活性剂的作用原理1. 吸附：表面上活性剂这种从水内部迁至表面，在表面富集的过程叫吸附。
2. 低表面能固体：表面活性剂的表面能<100mJ/m2的物质3. 高表面能固体：表面活性剂的表面能>100mJ/m2的物质。
4. 胶束：两亲分子溶解在水中达一定浓度时，其非极性部分会互相吸引，从而使得分子自发形成有序的聚集体，使憎水基向里、亲水基向外，减小了憎水基与水分子的接触，使体系能量下降，这种多分子有序聚集体称为胶束。
（2）反胶束：表面活性剂在有机溶剂中形成极性头向内，非极性头尾朝外的含有水分子内核的聚集体，称为反胶团。
（3）临界胶束浓度：表面活性剂溶液的表面张力随着活性剂浓度的增加而急剧地降低，但是当浓度增加到一定值后，表面张力随溶液浓度的增加而变化不大，此时表面活性剂从分子或离子分散状态缔合成稳定的胶束，从而引起溶液的高频电导、渗透压、电导率等各种性能发生明显的突变，这个开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度(CMC)。
（4）亲水-亲油平衡值（HLB）：系表面活性剂中亲水和亲油基团对油或水的综合亲合力，是用来表示表面活性剂的亲水亲油性强弱的数值。
第5章 表面活性剂与药用高分子材料
（2）羧甲基淀粉钠(sodium carboxymethylstarch, CMSNa) 高效崩解剂，吸水膨胀300倍。直接压片
3、纤维素（cellulose） 1，4甙键构成，n=100－10000。 （1）纤维素酯类
醋酸纤维素（cellulose acetate）控释制剂和透皮制剂 醋酸纤维素酞酸酯(cellulose acetate phthalate,CAP) 醋酸纤维素丁酸酯（cellulose acetate butyrate,CAB）
3、溶血 ●阳离子型和阴离子型强溶血，不得用于注射
●非离子型
○聚氧乙烯烷基醚>聚氧乙烯脂肪酸酯>吐温类 ○吐温20>吐温60>吐温40>吐温80 但0.25%吐温80出现溶血，吐温80仅用于肌注。 ●静脉注射；Poloxamer188和磷脂。
五、 应用
（一）直接作为药：阳离子型用于消毒、杀菌、防腐
（四）非离子型表面活性剂 ●亲水基团；多元醇 ●亲油基团；RCOOH，ROH ●以酯键或醚键相连。 ●特点： ○品种多 ○稳定。化学上不解离。 ○毒性小。外用，口服，甚至注射。 ○乳化剂、助悬剂、湿润剂、分散剂等。
1、脱水山梨醇脂肪酸酯类；
司盘（Span）
2、聚氧乙烯脱水山梨醇脂肪酯类： 吐温类（Tween）
（2）纤维素醚类
●羧甲基纤维素(CMCNa) 水溶性，粘合剂，助悬剂、控释骨架
●甲基纤维素（MC）
水溶性
●羟丙基纤维素（HPC） 水溶性
●羟丙甲基纤维素（HPMC）水溶性，优良薄膜包衣材料
●乙基纤维素（EC）： 水不溶性，缓释制剂的载体、薄膜包衣
●低取代羟丙基纤维素(L-HPC): 高效崩解剂。
表面活性剂知识点总结(1)
知识点回顾第1章：绪论1 表面活性剂的定义：指能显著降低水的表面张力的一类物质。
从结构上看均为两亲分子，即同时具有亲水的极性基团和憎水的非极性基团。
亲水基团进入水中，憎水基团企图离开水而指向空气，在界面定向排列。
2 表面活性剂的特征：降低表面张力（能力和效率）；在界面形成定向单层；超过临界浓度后形成胶束；亲水-亲油平衡值（HLB）；一般分子量为300-1000。
3 表面张力、克拉夫点、浊点的定义表面张力：垂直通过液面上任一单位长度，与液面相切的收缩表面的力，简称为表面张力，其单位为mN/m克拉夫点：离子型表面活性剂在温度较低时溶解度很小，但随温度升高而逐渐增加，当到达某一特定温度时，溶解度急剧陡升，把该温度称为克拉夫点浊点：浊点是非离子表面活性剂均匀胶束溶液发生相分离的温度4 典型表面活性剂的命名、代号与结构式，比如1831,1227，BS12，LAS，SAS，AS，AEO，AES等。
5 按照应用功能可分为乳化剂、洗涤剂、润湿剂、发泡剂、消泡剂、分散剂、絮凝剂、渗透剂及增溶剂等。
按结构组合分为普通型、双子（Gemini）型、Bola型、星型等。
6 表面活性剂绿色化四大要素：原料绿色化（采用无毒无害原料，提高制造过程及产品安全性）、制备工艺绿色化（采用原子经济反应实现制造过程零排放，减少反省步骤缩短制备流程，减少过程排放）、产品性能绿色化（改变分子结构提高安全性能，开发新型温和活性剂）、应用过程绿色化（微乳农药，微乳炼油替代消耗臭氧层物质及非臭氧层有机溶剂的水基清洗剂）。
举例阐述四大要素所代表的实际意义。
7 我国表面活性剂行业的现状与发展方向。
第2章：表面活性剂的作用原理1 表面张力的表达方式（力学和能量角度）和测定方法。
力学：f=2γl能量：dG=γdA测定方法：滴重法（滴体积法）、毛细管上升法、环法、吊片法、最大气泡压力法、滴外形法2 影响表面张力的因素：分子间作用力、温度、压力。
3 临界胶束浓度的测定方法。
第5章 阳离子表面活性剂
+
CH2CH2 O . HCl . CH3OSO2O
.
_ Cl
. Cl
_
C11H25
+ N
. Cl
_
式中，R是含8~22个碳原子的烷基；R/是低级烷基或苄基
含吡啶环的季铵盐
纤维防水剂、染色助剂和杀菌剂。
CnH 2n+1 + N
. Cl
_
C17H35CONHCH2
+ N
. Cl
_
n=12或16，X为Cl或Br 或 ， 为 或
C2H5 C17H33CONHCH2CH2 N C2H5 + (CH3O)2SO2 C17H33CONHCH2CH2 CH3 N + CH3
NaOH
C2H5
3C17H33COCl + H3PO4
C 2 H5 C17H33CONHCH2CH2 N C2H5
. CH3SO4_
CH3
表面活性剂Sapamine MS 表面活性剂 色必明
方法二：脂肪酸和伯胺直接进行N-酰化反应。
2C17H35COOH
140~170 C , N2 + H2NCH2CH2NHCH2CH2NH2 _ 2H2O
O
CH2
CH O
CH2Cl
O
C17H35CO CONHCH2CH2NHCH2CH2NHCOC17H35
110~120 C
+ _ C17H35CONHCH2CH2NHCH2CH2NHCOC17H35 . Cl CH2 HC O CH2
R1 RX + N R2 R3 R
R1 N R2 R
3
.
_ X
（1）十二烷基三甲基溴化铵 ）
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与其它类型的表面活性剂具有较好的相容性。
季铵盐洗涤能力差，但杀菌能力强，在阳离子表 面活性剂中的地位最为重要，用途最广，产量也最 大。
2020/5/29
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7
季铵盐型阳离子表面活性剂的实例是缓染剂DC， 即十八烷基二甲基苄基氯化铵，结构式为：
2020/5/29
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8
(c)杂环型
在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。
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13
通常，阳离子表面活性剂的Krafft点与疏水基碳 氢链的长度呈线性关系，并可表示为：
Krafft点 = a + bn
式中，a、b为常数，n为碳氢链所含碳原子的个 数。因此，碳氢链越长，n值越大，则阳离子表面活 性剂的Krafft点越高，它将会越难溶于水溶液中，溶 解度越低。
即同系物的碳氢链越长其Krafft点的温度越高， 通过Krafft点就可以衡量表面活性剂的溶解性能。
R3
结构对反应的影响表现为：
R1
. R N+ R2 X
R3
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 碱性的影响：叔胺的碱性越强，亲核活性越大， 越容易反应。 ④ 空间效应的影响：大的取代基的空间位阻效应会 阻碍反应。
2020/5/29
鎓盐型阳离子表面活性剂被广泛用于作杀虫剂、 杀菌剂、阻燃剂。
2020/5/29
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5.1.2 阳离子表面活性剂的性质
⑴ 溶解性
一般情况下，阳离子表面活性剂的水溶性很好， 但随着碳链长度的增加，其水溶性和醇溶性均呈下 降趋势。
烷基的碳原子数
<15个碳原子的易溶于水 >15个碳原子水溶性急剧下降
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C 16 H 33
CH 3
. N + CH 3 X
CH 3
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18
烷基季铵盐的合成方法主要有三种，即： (a) 高级卤代烷与低级叔胺反应 (b) 高级烷基胺与低级卤代烷反应 (c) 甲醛-甲酸法
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19
(a)高级卤代烷与低级叔胺的反应
反应通式为：
δ+ δ-
R1
R X + :N R2ห้องสมุดไป่ตู้
当季铵盐分子含有亲水性或不饱和基团时，其水溶性将会 增加。
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(2)Krafft 温度点
离子型表面活性剂在低温时溶度较低，随着温 度的升高到某一温度后其溶度突然迅速增加（下 图），这个温度即Krafft点，也称为临界溶解温度 (CST)，是反映在水溶液中溶解性的特征指标。
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高级卤代烷与低级叔胺的反应示例: X为Br-
C3H
水介质
C1H 225X+N C3H
60~80oC C3H
C1H 225
. C3H
N+ C3H X C3H
十二烷基三甲基溴化铵 1231-Br
C3H
醇介质
C1H 633X+N C3H
回流
C3H
. C3H
C1H 633 N+ C3H X C3H
十六烷基三甲基溴化铵 1631-Br
这类表面活性剂主要是含氮的吗啉环、吡啶环、 咪唑环、哌嗪环和喹啉环等。
一般用于作缓蚀剂、纤维柔软剂、抗静电剂等。
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(d)鎓盐型
鎓盐型阳离子表面活性剂是指季铵盐阳离子表面 活剂中的亲水基团N原子为其它可携带正电荷的元 素（如：P、As、S、I等）时形成的表面活性剂。
鎓盐型阳离子表面活性剂主要有：鏻盐化合物、 锍盐化合物、碘鎓化合和鉮盐化合物。
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⑶ 临界胶束浓度
随着烷基碳氢链的长度增加，季铵盐型阳离子表 面活性剂的临界胶束浓度降低。
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⑷ 表面活性
①同系物随其碳氢链增长其表面张力逐渐下降。
②分子结构相同时，一 定范围内表面活性剂的 表面张力随浓度升高而 降低，降到一定数值时 又会随浓度升高而有所 增加。
阳离子表面活性剂在酸性介质中具有良好的表面 活性。
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烷基三甲基氯化铵
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3
5.1 阳离子表面活性剂概述
1928年，阳离子表面活性剂开始应用，当时用作 杀菌剂。这类表面活性剂的产量增长较快，品种发展 迅速，应用范围日益广泛，主要用于：
杀菌剂、腈纶匀染剂、纤维柔软剂、抗静电剂、浮 选剂
相对阴离子表面活性剂以及非离子表面活性剂，阳 离子表面活性剂的使用量较少，但其增长速度要比阴 离子和非离子大得多。
第五章 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。
如图其亲水基一端是阳离子，故称阳离子表面活 性剂，疏水基与阴离子类似主要为不同碳原子数的 碳氢链。
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2
阳离子表面活性剂主要为有机胺衍生物，分子 中的氮原子含有孤对电子而易于以氢键与酸分子 中的氢结合，使氨基带正电,如下图。
H
CH3
浮选剂
|
R-N-HCl 叔胺盐
|
CH3
该类产物是弱酸盐，在酸性条件下具有良好的
表面活性；
在碱性条件下，胺游离出来而失去表面活性， 使它的使用受到限制。
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6
(b)季铵盐型
R1 | R2-N+-CH3 X| R3
季铵盐
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。并且还
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5.1.1 阳离子表面活性剂的分类
(a) 胺盐型阳离子表面活性剂 (b) 季铵盐型阳离子表面活性剂 (c) 杂环型阳离子表面活性剂 (d) 鎓盐型阳离子表面活性剂
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R-NH2·HCl 伯胺盐
无杀菌能力
(a) 胺盐型
CH3 | R-N-HCl |
仲胺盐
纤维柔软剂 匀染剂
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5.2 阳离子表面活性剂的合成
合成阳离子表面活性剂的主要反应是N-烷基化 反应，而叔胺与烷基化试剂作用，生成季铵盐的反 应也可以称为季铵化反应。
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5. 2. 1 烷基季铵盐的合成
烷基季铵盐的结构特点是氮原子上连有四个烷基， 通常这些烷基中只有一个或两个是长链的碳氢链烷 基，其余烷基的碳原子数为一个或两个，如下图。
.
11
疏水性烷基链的个数和链上的取代基影响阳离子 表面活性剂的溶解性能。
如：烷基链上有亲水基团或不饱和基团的水溶性 会增加。
例：当季铵盐分子含有一个长链烷基时，该化合物能够溶 于极性溶剂(水)，但不溶于非极性溶剂；
当季铵盐分子含有两个长链烷基时，该化合物几乎不能够 溶解于水中，但可溶于非极性溶剂；