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
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。
两性表面活性剂之椰油酰胺丙基甜菜碱
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。
十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)的合成2
2013.05.20
Dodecyl Dimethyl Betaine
• 项目4-1 十二烷基二甲基甜菜碱（BS-12） 合成方案的确定
• 项目4-2 氯乙酸法合成BS-12
项目4-1 BS-12合成方案的确定
两性（离子）表面活性剂 P63
结Hale Waihona Puke ：• 溶于水后，分子中有两个亲水基，一个带正电，一个带负 电。
RCHCOOH + HBr Br
RCHCOO - + (CH3)3NHBr
烷基亚氨二丙酸甲酯
CH2CH2COONa
RN CH2CH2COONa
+ 2CH3OH
烷基亚氨二丙酸钠
性能应用：P64
一、氨基酸型两性表面活性剂
（2）甘氨酸型两性表面活性剂（RNHCH2COONa）
• 例1:
C12H25NH2 + ClCH2COONa
NaOH
C12H25NHCH2COONa + NaCl
C12H25NHCH2CH2COONa + CH3OH 月桂基氨基丙酸钠 (或月桂基丙氨酸钠)
• 例2:
RNH2 + 烷基胺
2CH2=CHCOOCH3 丙烯酸甲酯
CH2CH2COOCH3
RN CH2CH2COOCH3
+ 2NaOH
烷基亚氨二丙酸甲酯
CH2CH2COOCH3
RN CH2CH2COOCH3
• ③烷基多氨丙基丙氨酸：如 R(NHCH2CH2CH2)nNHCH2CH2COOH
• ④烷基低聚氨基酸：如 R [N(CH2)n]m N(CH2COONa)2 n=2,3; m=1~4
表面活性剂的合成-20161202
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?。
甜菜碱型表面活性剂的合成与应用2
C
H
I
N
A
Surfactant Soap and Detergent
中国洗涤用品工业
甜菜碱型表面活性剂的 合成与应用
高战备 丁红霞 （南风化工集团股份有限公司技术中心，山西 运城 ０４４０００）
摘 要：分别介绍了甜菜碱型两性表面活性剂的种类与合成方法。分析了各类甜菜碱型表面活性剂的性 质和应用前景。
关键词：甜菜碱；两性表面活性剂；合成；应用
１、前言
然油脂价格的可比性争议，该品 剂。国内目前在香波中用量最大，
甜菜碱是两性表面活性剂的 种很长时期内未得到很好开发。 国外也大量用于个人清洁用品中。
主要类型，因其结构中同时带有 近年来随着国际原油价格居高不
Ｎ－ 烷基甜菜碱由于受碳链长
阴离子和阳离子基团，在酸性溶 下，人们把目光重新投向天然油 短不同等因素的影响，在性能上
赋予产品温和性和稳泡性，因而 化发展已成为趋势。作为新型的 有很好的洗涤效果，而且对皮肤
在高级香波、浴液和婴儿香波、婴 两性表面活性剂，磺基甜菜碱已 刺激性小。液体皂一般采用混合
儿洁肤用品方面得到广泛应用。 被广泛应用于日用化工、油田驱 配方，即肥皂 － 表面活性剂的混合
这类产品还广泛作粘度改良剂、 油、压裂、酸化等多个领域。但国 配方，十二烷基磺基甜菜碱由于
有助于去除污垢，起到携带污垢 Ｎ－ 二甲基氨基乙酸钠反应制得。 Ｄ Ｓ Ｂ 应用于合成洗涤剂中是很有
的作用。十四烷基甜菜碱的洗涤 ２．１．５ Ｎ－ 长链硫代羧酸型甜菜碱 前途的。
力较十六烷基甜菜碱的强。
这类表面活性剂具有良好的
②在肥皂行业中的应用
⑧作为钙皂分散剂的甜菜碱 抗菌性，可以抑制革兰氏阳性细
现象，而且无论吸附到正电荷还 甜菜碱的合成工艺。
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、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
• 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%。
两性表面活性剂
9表面活性剂的混合体系同样也使胶束中表面活性剂的排列紧密度增
加,进入胶束中的表面活性剂分子数增多,因而cmc降低,胶束聚集数增
大。
14
9分子间相互作用参数β越大相互作用越强增溶、降低cmc
胶体性质：临界胶束浓度的影响因素
(1)表面活性剂结构的影响 与其他类型表面活性剂一样,增加疏水基链长能够增加两性表面活性剂的 疏水吸引作用,因而会使cmc降低。 (2)pH效应 pH对两性表面活性剂的cmc的影响远大于对非离子表面活性剂的影响。 在等电点区域达到平衡。此时两性表面活性剂的溶解度达到最低值,cmc 也降到了最低值。 (3)反离子影响 降低两性表面活性剂的亲水排斥作用， 电荷密度愈高,亲水排斥作用降低 程度愈大, cmc降得愈低。反离子的电荷密度取决于其水合离子半径大小, 水合离子愈小,影响愈大。 使cmc下降的能力按下述顺序排列:
16
5、优势
I. 对皮肤及眼睛的低刺激性; II. 在较宽pH范围内具有良好的表面活性; III. 对硬水稳定性良好，能耐酸碱和各种金属离子; IV. 与其他表面活性剂复配，有良好的协同效应; V. 具有优良抗静电性，良好的柔软平滑性能; VI. 对金属有缓腐蚀，防腐等性能; VII. 生物降解性能好，无毒性，污染少。 VIII.钙皂分散性：两性表面活性剂中的一些品种能防止皂
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表面活性
两性表面活性剂在表面排列的紧密程度与pH有关。
含弱碱性氮的两性表面活性剂
高于或低于PI时，分子在表面排列不紧密; 等电区, 分子在表面排列
较紧密。
羧基甜菜碱两性表面活性剂
在等电区，排列最紧密;低于该pH值, 逐渐表现为更接近阳离子表面
活性剂;高于该pH,甜菜碱的行为偏离等电区行为,但不似典型的阴离