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1、表面活性剂化学第五章阳离子表面活性剂现在学习的是第1页，共26页 5.1 阳离子表面活性剂概述阳离子表面活性剂在水溶液中呈现正电性，形成携带正电荷的表面活性离子。阳离子SA的亲水基由带正电荷的基团构成。常称为阳性皂和逆性肥皂。现在学习的是第2页，共26页阳离子SA主要是含氮的有机衍生物，它在酸性溶液中才具有良好的表面活性，而在碱性介质中容易析出而失去表面活性。除含氮阳离子SA外，还有一小部分含硫、磷、砷等元素的阳离子SA.阳离子SA一般具有良好的乳化、润湿、洗涤、杀菌、柔软、抗静电和抗腐蚀等性能。2002年我国产量仅几千吨，约占SA总量的1%。现在学习的是第3页，共26页5.1.1 阳离子表面
2、活性剂的分类阳离子表面活性剂的分类具有商业价值的阳离子大多是有机氮化合物的衍生物。按化学结构常分为：胺盐型，季铵盐型，杂环型，翁盐型四类。（1）胺盐型是伯胺盐，仲胺盐，叔胺盐表面活性剂的总称。他们的性质极其相似，大多是伯胺和仲胺的混合物。这类SA主要是脂肪胺和无机酸形成的盐，只溶于酸性溶液中，碱中易析出。主做矿物复选P110 表5-1现在学习的是第4页，共26页性能与用途：胺盐是弱碱的盐。在酸性条件下具有表面活性，在碱性条件下胺游离出来而失去表面活性。简单有机胺的盐酸盐或醋酸盐可在酸性介质中用作乳化散、润湿剂，也常用作浮选剂以及作为颜料粉末表面的憎水剂。合成路线：1高级伯胺的制取常用高级伯胺的
3、合成方法有脂肪酸法和高级醇法。（1）脂肪酸法脂肪酸与氨在0.40.6MPa、300320下反应生成脂肪酰胺：RCOOH+NH2-RCONH2+H2O现在学习的是第5页，共26页然后用铝土矿石作催化剂，进行高温催化脱水，得到脂肪腈；RCONH-RCN+H2O脂肪腈用金属镍作催化剂，加氢还原，可得到伯胺，仲胺和叔胺。RCN+2H2-RCH2NH2 2RCN+4H2-(RCH2)2NH+NH3 3RCN+6H2-(RCH2)3N+2NH3现在学习的是第6页，共26页反应过程中如有氨存在，再加入一种合适的添加剂(氢氧化钾或氢氧化钠)，即能抑制仲胺的生成。RCOOH+NH3+2H2 RCH2NH2+2H
4、2O脂肪酸甘油酯(或甲酯)与氨及氢反应也可制取伯胺，所用催化剂正在不断改进提高。用脂肪酸法，可由椰子油制取以十二胺为主的椰子胺，用牛脂制取十八胺为主的牛脂胺，可由松香酸制取廉价的松香胺。现在学习的是第7页，共26页(2)脂肪醇法脂肪醇和氨在380400和12.1617.23MPa下反应，可制得伯胺。ROH+NH3 RNH2+H2O 高碳醇与氨在氢气和催化剂存在下，也能发生上述反应，使用催化剂，可将反应温度和压力降至150和10.13Mpa。伯胺大量用于浮游选矿剂和纤维柔软剂。如C8C18伯胺，椰子油、棉子油，牛脂等制得的混合胺以及它们的醋酸盐均为优良的浮选剂。用作纤维柔软剂的伯胺结构复杂一些，
5、多为含酰胺键的亚乙基多胺化合物。现在学习的是第8页，共26页2高级仲胺的制取仲胺盐阳离于的合成方法主要有如下几种。（1）脂肪醇法高碳醇和氨在镍、钴等催化剂存在下生成仲胺。2ROH+NH3-R2NH+2H2O （2）脂肪腈法首先，脂肪腈在低温下转化为伯胺，然后在铜铬催化剂存在下脱氨，制得仲胺。2RNH2-R2NH+NH3现在学习的是第9页，共26页3高级叔胺的制取叔胺盐是胺盐型阳离子表面活性剂中的一个大类，用途较广。叔胺又是制取季胺盐的主要原料。其合成方法及原料路线有许多，应用较多的有如下几种（1）伯胺与环氧乙烷或环氧丙烷反应制叔胺这一方法是工业上制取叔胺的重要方法，应用很广，反应式如下：现在学
6、习的是第10页，共26页现在学习的是第11页，共26页在碱性催化剂存在下可进一步反应，生成聚醚链，如下式所示：分子中随聚氧乙烯含量的增加，产物的非离子性质也增加；但在水中的溶解度却不随pH值的变化而改变，并且具有较好的表面活性。有人称其为阳离子进行非离子化的产品。现在学习的是第12页，共26页（2）脂肪酸与低级胺反应制取叔胺由这类叔胺制得的胺盐成本较低，性能较好，大都用作纤维柔软整理剂。例如，硬脂酸和三乙醇胺加热缩合酯化，形成叔胺，再用甲酸中和，生成索罗明(Soromine)A型阳离子表面活性剂。现在学习的是第13页，共26页 用硬脂酸和氨基乙醇胺或亚乙基三胺加热缩合后再与尿素作用，经醋酸中和
7、后，可制得优良的纤维柔软剂阿柯维尔（Ancovel)A，分子式如下：现在学习的是第14页，共26页用途:叔胺盐产品多用作柔软剂、纤维整理剂，也可用作杀菌剂、皮革增色剂、印染助剂等。现在学习的是第15页，共26页（2）季铵盐型此类表面活性剂既能溶于酸，又能溶于碱溶液具有优良性能，与其他SA相容性好。如缓染剂DC现在学习的是第16页，共26页（3）杂环型主要有吗啉环、吡啶环、咪唑环、哌嗪环、喹啉环等。P111 表5-2（4）鎓盐型包括鏻盐、锍盐、碘盐和鉮盐等。大多具有杀菌、抑菌性能，可广泛用作杀菌剂。现在学习的是第17页，共26页5.1.2 阳离子表面活性剂的性质1.溶解性一般水溶性较好，但随烷基
8、链长度的增加，水溶性呈下降趋势。P112 表5-3疏水烷基的个数和链上的取代基对SA的溶解性也有影响。现在学习的是第18页，共26页2.Krafft温度点 Krafft点越高，表明该SA 越难溶，溶解度越低。除碳链长度的影响外，SA的Krafft还与成盐的配对阴离子有关。表5-4Krafft点=a+bn现在学习的是第19页，共26页3.表面活性a)随着碳链长度的增加，SA的表面张力逐渐下降。表5-5b)分子结构相同时，表面张力与溶液的浓度有关.表5-6c)临界胶束浓度随着烷基碳链的增加，临界胶束浓度降低。表5-7 现在学习的是第20页，共26页5.2 阳离子表面活性剂的合成合成阳离子表面活性剂
9、的主要反应是N-烷基化反应。叔胺与烷基化试剂作用，生成季铵盐的反应也叫季胺化反应。5.2.1烷基季铵盐烷基季铵盐的合成方法主要有三种。高级卤代烷与低级叔胺反应现在学习的是第21页，共26页高级烷基胺和低级卤代烷反应甲醛-甲酸法制得现在学习的是第22页，共26页甲醛-甲酸法是制备二甲基烷基胺的最古老方法，工艺简单，成本低廉，因此在工业上得到广泛应用，但用该法生产的产品质量略差。以椰子油或大豆油等油脂的脂肪酸为原料，与氨反应经脱水制成脂肪腈，在经催化加氢还原制得脂肪族伯胺。现在学习的是第23页，共26页 以脂肪伯胺为原料，将其溶于甲醇，在3 5度 下 加 入 甲 酸，升 温 至5 0度 后 加 入
10、 甲 醛 溶 液，最 后 在8 0度 回 流 反 应 数 小时 即 可 得 到 二 甲 基 烷 基 胺，产 物 中 叔 胺 含 量8 5%-9 5%。现在学习的是第24页，共26页洁尔灭的合成十二烷基二甲基苄基氯化铵，又叫1227阳离子表面活性剂，具有杀菌、发泡、缓染等作用。现在学习的是第25页，共26页5.3 阳离子表面活性剂的应用阳离子表面活性剂具有良好的杀菌、柔软、抗静电、抗腐蚀等作用和一定的乳化、润湿性能，也常用作相转移催化剂。很少单独作为洗涤剂，也不做降低表面张力用。a.消毒杀菌剂阳离子SA 最突出的作用是消毒杀菌作用。常用于医药、原油开采等的消毒杀菌。b.腈纶匀染剂 此外广泛用作纺织品的防水剂、柔软剂、抗静电剂、染料匀染剂、固色剂等。现在学习的是第26页，共26页