两性表面活性剂
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
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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
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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
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6.3 两性表面活性剂的合成
6.3.1 羧酸甜菜碱的合成
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1 氯乙酸钠法
叔胺 + 氯乙酸钠
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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
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3 高级脂肪胺 + 氯乙酸钠 R - NH2 + ClCH2COONa
NaOH R – N+H – CH2 – COO - Na
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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
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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
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
• 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
( 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
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..
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
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。
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两性表面活性剂是在同一分子中既含有阴离子亲水基又含有阳离子亲水基的表面活性剂。
最大特征在于它既能给出质子又能接受质子。
在使用过程中具有以下特点：对织物有优异的柔软平滑性和抗静电性；有一定的杀菌性和抑霉性；有良好的乳化性和分散性。
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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。
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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。
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。
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是以表面活性剂和聚丙烯酸及丙烯酰胺系列聚合物的研发、生产、销售于一体的企业，产品广泛应用于日化、石油开采、水处理、农药助剂、水性涂料、金属加工液等多个领域。
我公司的主要产品有阳离子表面活性剂系列、两性表面活性剂系列、非离子表面活性剂系列、增稠剂系列产品以及其他产品。
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