表面活性剂作业问题详解

表面活性剂作业题答案

第一章绪论

1.表面活性剂的结构特点及分类方法。

答：表面活性剂的分子结构包括长链疏水基团和亲水性离子基团或极性基团两个部分。

由于它的分子中既有亲油基又有亲水基，所以，也称双亲化合物

表面活性剂一般按离子的类型分类，即表面活性剂溶于水时，凡能离解成离子的叫做离

子型表面活性剂，凡不能离解成离子的叫做非离子型表面活性剂。而离子型表面活性剂按其

在水中生成的表面活性离子种类，又可分为阴离子、阳离子和两性离子表面活性剂三大类。

此外还有一些特殊类型的表面活性剂，如元素表面活性剂、高分子表面活性剂和生物表面活

性剂等。

2.请解释表面力、表面活性剂、临界胶束浓度、浊点、Krafft点等概念。

表面力是指垂直通过液体表面上任一单位长度、与液体面相切的，收缩表面的力。

表面活性剂是指在加入很少量时就能显著降低溶液的表面力，改变体系界面状态，从而

产生润湿、乳化、起泡、增溶等一系列作用，以达到实际应用要求的物质。

表面活性剂在水溶液中形成胶团的最低浓度，称为临界胶团浓度或临界胶束

浓度。

浊点（C. P值）：非离子表面活性剂的溶解度随温度升高而降低，溶液由澄清变混浊时

的温度即浊点。

临界溶解温度（krafft点）：离子型表面活性剂的溶解度随温度的升高而增加，当温度

增加到一定值时，溶液突然由浑浊变澄清，此时所对应的温度成为离子型表面活性剂的临界

溶解温度。

3.表面活性剂有哪些基本作用？请分别作出解释。

1）润湿作用：表面活性剂能够降低气-液和固-液界面力，使接触角变小，增大液体对固体表面的润湿的这种作用。

2）乳化作用：表面活性剂能使互不相溶的两种液体形成具有一定稳定性的乳状液的这种作用。

3）分散作用：表面活性剂能使固体粒子分割成极细的微粒而分散悬浮在溶液中的这种作用，叫作分散作用。

4）起泡作用：含表面活性剂的水溶液在搅拌时会产生许多气泡，由于气体比液体的密

度小，液体中的气泡会很快上升到液面，形成气泡聚集物（即泡沫），而纯水不会产生

此种现象，表面活性剂的这种作用叫发泡作用。

5）增溶作用：表面活性剂在溶液中形成胶束后，能使不溶或微溶于水的有机化合物溶

解度显著增加的这种作用称作表面活性剂的增溶作用。

6）洗涤去污作用：洗涤去污作用实际上是由于表面活性剂能够吸附在固液界面上，降

低表面力并在水溶液中形成胶团，从而产生的润湿、渗透、乳化、分散等各种作用的综

合效果。

第二章阴离子表面活性剂

1.阴离子表面活性剂的定义及分类。

定义：在水中能够离解出具有表面活性的阴离子的一类表面活性剂叫做阴离子表面活性剂。阴离子表面活性剂按亲水基不同可分为：羧酸盐型、磺酸盐型、硫酸（酯）盐型和磷酸（酯）盐型等。

2.盐析沸煮法生产RCOONa的生产工艺过程。

盐析沸煮法生产脂肪酸钠盐的工艺主要分皂化、盐析、碱析和整理四个步骤：

（1）皂化在皂化釜中加入油脂和稍过量的碱液，用水蒸气加热进行皂化反应得皂胶。（2）盐析在皂胶中加入食盐或浓盐水，使皂胶中的水、甘油和色素‘磷脂等杂质分离出来，获得较纯净的皂胶。废液送甘油回收装置。

（3）碱析在皂胶中加入一定量的碱液，加热使未完全皂化的油脂皂化，并降低皂胶中无机盐及其它杂质的含量，进一步析出甘油，同时进一步净化皂胶。

（4）整理调整碱析后皂胶那水分、脂肪酸及电介质含量，并最后排出皂胶中的杂质，以获得质量纯净、合乎规格的皂基。

https://www.360docs.net/doc/e69102423.html,S的主要生产工艺路线。

烷基苯磺酸钠（LAS）的主要生产工艺路线如下：

4.烷基苯磺酸钠的结构与性能之间的关系。

1）烷基链长度的影响

烷基链在C6以上才具有表面活性，并且表面活性随着碳原子数的增加而增大，当烷基链超过18个碳时表面活性下降。实践证明，以C12洗涤性能最好，C14发泡能力最好，C10－C14泡沫稳定性较好。碳链变短，溶解性和润湿性好，但洗涤力差，碳链变长由于溶解度下降亦使得洗涤。一般碳数在C8－C14的烷烃洗涤性能较好，宜作洗涤剂，小于C9的润湿性较好，宜作润湿剂，大于C14宜作W/O乳化剂。

2）支链的影响

实验证明，含支链的烷基苯磺酸钠的发泡力和润湿力均高于LAS，去污力稍低于LAS，但生物降解性却有很大差异。支链越多，生物降解性越差，且支链越靠近末端，其生物降解性越差。生物降解性，泡沫长久不散，造成污染。

3）烷基链数目的影响

苯环上有几个短链烷基时润湿性增加，但去污力下降。作为洗涤剂用烷基苯应尽可能避免生产多烷基苯。

4）苯与烷基结合位置的影响

以C12为例，苯环可接在烷基链的1－6位上，有六种位置异构体存在。各种异构体的分布因所选用的原料及工艺不同而异。苯环在碳链上的C3或C4位置的洗涤去污性能较好。

5）磺酸基的位置和数目的影响

磺酸基主要接在烷基的对位与邻位上，以对位异构体居多，间位异构体很少。对位烷基苯磺酸钠的cmc低，去污力强和生物降解性好，作为洗涤剂而言，希望得到对位烷基苯磺酸钠。从磺酸基团的数目来讲，烷基苯二磺酸钠和烷基二苯磺酸钠，由于磺酸基数目增加，亲水性大大增加，破坏了原有的亲水亲油平衡，去污力显著下降，所以生产上尽量避免生成．综上所述，烷基苯磺酸钠的结构以C11－C13的直链烷基，苯环接在第3、4碳原子上，磺酸基为对位其洗涤性能最好。

5.液相分子筛提取正构烷烃的基本原理。

应用分子筛吸附和脱附的原理，将煤油中正构烷烃和其它非正构烷烃分离提纯的方法，称为分子筛提蜡法。分子筛是一种高效能、高选择性的吸附剂，用于筛分洗涤剂用烷烃的分子筛有5A和10A两种，前者用于分离正构烷烃和杂烃，后者则用来分离正构烷烃中的极性物。煤油馏分中，正构烷烃分子的横向直径小于4.9?，而其它非正构烷烃的分子直径大于5.6?，5A分子筛孔径为4.9－5.6?，因此采用5A分子筛可将正构烷烃吸附在分子筛，而不被吸附的杂烃排斥在分子筛外。然后通过脱附，回收被分子筛吸附的正构烷烃，作为生产烷基苯的原料正构烷烃。利用10A分子筛是利用它对极性不同的有机物的吸附能力不同而进行分离的。10A分子筛孔径为9－10?，正构烷烃及杂质都可进入筛孔，但大部分杂质，如有机酸、胶质、氮和硫的化合物以及芳烃等物质的极性均比正构烷烃强，所以利用10A分子筛可选择地将这些物质吸附在分子筛上，从而达到进一步分离精制正构烷烃的目的。

6.烷基苯与SO3的磺化有何特点？针对这些特点如何设计或选择磺化反应器？

（1）三氧化硫磺化反应属气液接触非均相反应。反应主要发生在液体表面或气体溶

解在液体中进行。这样，磺化总的反应速度是由扩散速度和反应速度决定的。在大多数情

况下，扩散速度是主要控制因素。

（2）该磺化反应属强放热、瞬间反应。故大部分反应热是在反应的初始阶段放出的，所以如何控制反应速度，迅速移走反应热是生产控制的关键。

（3）反应前后粘度急剧增加。反应体系粘度增加势必给物料间的传质和传热带来困难，使之局部过热或过磺化。同时，磺酸粘度与温度有关，温度过低，粘度增加。因此，控制反应温度不能过低。

（4）在反应过程中，副反应极易发生。

以上特点正是我们考虑磺化反应器的设计和磺化工艺控制的依据。总之，磺化反应要求投料比、气体浓度和反应温度稳定；物料停留时间短；气一液接触效果好；及时排除反应热。

7.AOS的合成机理，该类产品的主要优缺点。

α－烯烃与SO3之间的反应属亲电加成反应，其反应历程符合马尔柯夫尼柯夫规则，即SO3分子中带正电性的S原子加成到α－烯烃分子中显负电性的含氢较多的双键碳原子上，生成末端磺化物。

α－烯烃的磺化首先生成两性离子中间体，两性离子中间体可以发生正碳离子的转移，消除质子后，异钩化成烷基键部双键位置不同的烯基磺酸；随着正碳离子的转移处于合适的位置时，两性离子中间体环化，形成相应的磺醋，如β－磺酯、γ－磺酯、δ－磺酯等。β－磺酯因环的力大，不稳定，很快便消失，转变为两性离子中间体，因此β－磺醋几乎不存在。六元以上的环因不稳定亦很少存在。主要以五元环的γ－磺酯和六元环的δ－磺酯的形式存在。依据上述磺化机理，得到一系列的磺化产物。用反应式表示如下：

AOS 有第四代洗涤剂之称（ABS ，LAS ，AS ，AOS ），相同碳数的AOS ，其去污力、起泡性和润湿性能均优于LAS 和AS ，表面力较低，且对皮肤刺激性小，生物降解率高，毒性小，在高硬度水中仍有较高的去污力。

不足：粉（粒）状产品易吸潮结块；AOS 有自动氧化作用，需使用抗氧化剂。

8. 水－光磺氧化法合成SAS 的机理，该类产品的主要优缺点。

正构烷烃在引发剂的作用下，可以和SO 2、O 2反应，生成烷基磺酸：

RH ＋RSO 3H ＋H 2SO 4

2SO 2＋H 2O O 2＋hv

反应的引发剂有紫外线、γ射线、O 3等．以紫外线作引发剂，在反应器中加水分解烷基过氧磺酸．生成烷基磺酸的工艺称为水－光法磺氧化工艺．水－光磺氧化法工艺的优点：

1）无苯无氯；2）动力消耗低；3）设备简单，产品质量好。

在直链正构烷烃的磺氧化反应中，仲碳原子比伯碳原子更易发生反应，其活性比例为30：1，因此磺氧化产物中绝大部分为仲烷基磺酸盐（约98％），中和后得到的产品主要是仲烷基磺酸盐。

烷基磺酸盐的表面活性与烷基苯磺酸钠接近。它在碱性、中性和弱酸性溶液中较为稳定，在硬水中具有良好的润湿、乳化、分散和去污能力，易于生物降解。

SAS 的缺点是，用它作为主要成分的洗衣粉发粘、不松散。因此只用于液体配方中。

9. 长链脂肪醇的主要生产工艺有哪几条？比较它们的优缺点。

工业上表面活性剂用脂肪醇已达到大吨位生产的工艺路线主要有四条：

①羰基合成醇（OXO 醇）：所用原料为单烯烃，该法具有原料来源丰富，工艺技术成熟，生产适应性强，产品质量好．成本较低等优点，是目前合成表面活性剂醇的主要方法。 ②齐格勒合成醇：原料为乙烯；

③液蜡氧化制仲醇：原料为正构烷烃（石蜡），石蜡氧化法制得的主要是仲醇，虽然由仲醇制得的表面活性剂不如由伯醇制得的产品性能好，但由于原料便宜，工艺比较简单，仍然受到一定的重视。

④油脂或脂肪酸加氢还原制醇：所用原料为天然油脂或合成脂肪酸。

10. 羰基合成醇的主要生产工艺有哪几条？比较它们的优缺点。

11. 齐格勒法合成醇的基本原理及工艺流程。

齐格勒法合成醇，是在齐格勒法制α－烯烃基础上，在制得高级烷基铝后，不交换成高碳烯烃，而直接进行氧化反应，三烷基铝被氧化成三烷氧基铝化合物，经水解生成偶碳直链的醇，称为Alfol 醇。反应过程如下：

齐格勒法（Ziegle ）合成脂肪醇由以下四个步骤组成：

①两步法制取三乙基铝。

铝粉、氢气首先在三乙基铝存在下生成二乙基铝化合物：

Al +3/2 H 2+2Al(C 2H 5)3

3Al(C 2H 5)2H

二乙基铝与乙烯反应生成三乙基铝： Al(C 2H 5)2H +C 2H 4Al(C 2H 5)3

用一步法也可合成三乙基铝，但副产物太多。

②链增长反应生成三烷基铝。

Al(C 2H 5)3nC 2H 4

+Al —2H 4R 12H 4R 2C 2H 4R 3

③氧化反应得到醇化铝。 Al —2H 4R 12H 4R 22H 4R 3

＋3/2O 2Al —456

④醇化铝水解得到醇。 +H 2SO 4

2Al —4563Al 2(SO 4)3+R 5OH R 4OH R 6OH

齐格勒法合成醇的工艺过程包括三乙基铝的制备、聚合增链、氧化、水解、中和、净化处理、分馏等。

12.比较硫酸酯盐和磺酸盐在结构和性能上的差异。

硫酸酯盐与磺酸盐的区别是：硫酸酯盐系水基是通过氧原子即C－O－S键与亲油基连接，而磺酸盐则是通过C－S键直接连接。由于氧的存在使硫酸酯盐的溶解性能比磺酸盐强，但C－O－S键比C－S键更易水解，在酸性介质中，硫酸酯盐易发生水解。

第三章阳离子表面活性剂

1.阳离子表面活性剂的结构特点及分类。

阳离子表面活性剂在水溶液中离解时生成的表面活性离子带正电荷的，其中疏水基与阴离子表面活性剂相似，亲水基主要为氮原子，也有磷、硫、碘等原子。亲水基和疏水基可直接相连，也可通过酯、醚和酰胺键相连。

在阳离子表面活性剂中，最主要的是含氮阳离子表面活性剂。而在含氮表面活性剂中，根据氮原子在分子中的位置，又可分为常见的直链的胺盐、季铵盐、杂环类及氧化胺等。

2.阳离子表面活性剂为什么不宜与洗涤？该类有哪些独特的作用？

阳离子表面活性剂与其它类型的表面活性剂一样可在界面或表面上吸附，达到一定浓度时在溶液中形成胶团，降低溶液的表面力，具有表面活性，因此具有乳化、增溶、润湿、分散等作用，它几乎没有洗涤作用。

阳离子表面活性剂的最大特征是其表面吸附力在表面活性剂中最强。在水溶液中，阳离子表面活性剂在固体表面上的吸附与阴离子和非离子的情况不同。通常在水溶液中固体表面带负电荷，阳离子表面活性剂极性基团基于静电引力朝向固体表面，疏水基朝向水相，使固体表面呈“疏水”状态。因此，通常不适用于洗涤和清洗。在弱酸性溶液中它能洗去带正电荷的织物如丝、毛织物上的污垢，但日常生活中很少使用。阳离子表面活性剂的特殊作用：（1）织物的防水剂、柔软平滑剂。在纤维表面形成亲油膜而具有憎水作用，由于分子是定向排列的，能显著降低纤维表面的静摩擦系数。

（2）抗静电作用。由于阳离子表面活性剂在固体表面形成一层连续的吸附膜，活性的极性基团产生离子导电和吸湿导电，起到抗静电作用。在合成纤维和其它合

成材料的加工和使用中有广泛的应用。

（3）杀菌作用。阳离子表面活性剂可透过细胞膜与蛋白质作用，并抑制细菌的呼吸作用和糖解作用，使细菌死亡。

（4）匀染剂。利用阳离子表面活性剂和阳离子染料在纤维上的竞争吸附，可将其作为匀染剂，在印染过程中主要作用有匀染、移染和扩散。

（5）其它作用。可作矿石浮选剂、头发调理剂、沥青乳化剂、金属防腐剂等。

3.比较胺盐和季铵盐在结构和性能上的差异。

胺盐微弱碱的盐，对PH值非常敏感，在碱性条件下，它可生成不溶于水的胺，且没有带正电荷的活性物；但在酸性条件下，则可形成溶于水的胺盐。

季铵盐属强碱盐，在酸碱溶液中均能溶解，并离解为带正电荷的脂肪链阳离子，在溶液界面上具有很强的吸附力，被广泛用作织物柔软剂，抗静电剂、杀菌剂、矿石浮选剂等。