第三章表面活性剂合成及应用.ppt
《第三章表面活性剂合成及应用.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第三章表面活性剂合成及应用.ppt(162页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、第三章 表面活性剂(22学时),教学目标及要求 了解并掌握表面活性剂的性质、作用、分类、应用原理。掌握各类表面活性剂的合成原理、合成方法、生产工艺过程及合成洗涤剂的组成、配方设计、生产工艺过程(羧酸盐肥皂、磺酸盐、硫酸酯盐、胺盐、季铵盐、多元醇型及聚氧烯硅型、氨基酸盐、甜菜碱型)。掌握表面活性剂的化学结构与性质的关系以及开发、研制、使用表面活性剂。,第三章 表面活性剂(22学时),教学重点 各类(羧酸盐肥皂、磺酸盐、硫酸酯盐、胺盐、季铵盐、多元醇型及聚氧烯醚型、氨基酸盐、甜菜碱型)表面活性剂的合成原理、合成方法、生产工艺过程及合成洗涤剂的组成、配方设计、生产工艺过程。表面活性剂的化学结构与性质
2、的关系。,第三章 表面活性剂,考核要求 掌握表面活性剂的性质、分类;掌握各类(羧酸盐肥皂、磺酸盐、硫酸酯盐、胺盐、季铵盐、多元醇型及聚氧乙烯醚型、氨基酸盐、甜菜碱型、咪唑啉型等)表面活性剂典型产品的合成反应原理、合成方法、生产工艺过程及合成洗涤剂的组成、配方设计、生产工艺过程。掌握表面活性剂的化学结构与性质的关系。,教学基本内容 表面活性剂的性质、作用、分类、应用原理。各类(羧酸盐肥皂、磺酸盐、硫酸酯盐、胺盐、季铵盐、多元醇型及聚氧烯醚型、氨基酸盐、甜菜碱型)表面活性剂的合成反应原理、合成方法、生产工艺过程及合成洗涤剂的组成、配方设计、生产工艺过程。表面活性剂的化学结构与性质的关系。,第三章
3、表面活性剂,目的要求:了解并掌握表面活性剂的性质、作用、分类、应用原理。掌握各类表面活性剂的合成反应原理、合成方法、生产工艺过程及合成洗涤剂的组成、配方设计、生产工艺过程(羧酸盐肥皂、磺酸盐、硫酸酯盐、胺盐、季铵盐、多元醇型及聚氧烯醚型、氨基酸盐、甜菜碱型)。掌握表面活性剂的化学结构与性质的关系以及开发、研制、使用表面活性剂。,第三章 表面活性剂,本章主要内容有: 第一节、表面活性剂的定义、应用和发展趋势 第二节、表面活性剂的化学结构和分类 第三节、表面活性剂的基本性质和应用原理 第四节、阴离子表面活性剂 第五节、阳离子表面活性剂,第三章 表面活性剂,第六节、非离子表面活性剂 第七节、两性表面
4、活性剂 第八节、表面活性剂化学结构与性质的关系 第九节、合成洗涤剂及其助剂的性质和作用 第十节、表面活性剂的展望,第一节、表面活性剂的定义、应用和发展趋势,1、表面活性剂的定义 是一类在很低浓度下就能改变(降低)原溶液表面张力或界面张力的物质。 一般在10-2-10-4mol/L,其种类大约有5000多种。我们国家大约有300多种。 2、表面活性剂的应用 应用于工业、农业、医药、石油、纺织等生产的方方面面。素有工业味精之美誉。,第一节、表面活性剂的定义、应 用和发展趋势,3、表面活性剂的发展趋势 该类产品目前有5000多种,每年大约以6-8%的速度在增长。,第二节、表面活性剂的化学结构 和分类
5、,1、表面活性剂的化学结构特点: 1)、具有双亲媒性结构;亲油基、亲水基;(憎水基、憎油基) 2)、具有一定的溶解度; 3)、界面吸附; 4)、界面定向排列; 5)、生成胶束; 6)、多种功能性。,第二节、表面活性剂的化学结构和分类,2、表面活性剂的分类: 表面活性剂按能否溶于水或油分为: 油溶性表面活性剂 水溶性的表面活性剂 水溶性的表面活性剂按溶于水后是否发生电离而分为: 离子型表面活性剂 非离子型表面活性剂,第二节、表面活性剂的化学结构 和分类,离子型表面活性剂又按电离后产生离子的类型不同而分为: 阴离子型表面活性剂 阳离子型表面活性剂 两性表面活性剂等三类,第二节、表面活性剂的化学结构
6、和分类,阴离子型的表面活性剂按亲水基的种类不又分为: 羧酸盐型表面活性剂 磺酸盐型表面活性剂 硫酸盐型表面活性剂 磷酸盐型表面活性剂等四类,第二节、表面活性剂的化学结构和分类,阳离子型的表面活性剂按亲水基种类的不同又分为: 胺盐型 季铵盐型等两类 两性表面活性剂按亲水基种类的不同又分为: 氨基酸型 甜菜碱性两性表面活性剂等两类,第二节、表面活性剂的化学结构和分类,非离子型按非离子种类的不同又分为: 聚氧乙烯醚型 多元醇型表面活性剂等两类,第三节、表面活性剂的基本性质和应用原理,1、表面活性剂的水溶液 2、气-液及液-液界面吸附 其吸附量用吉布斯表面吸附式来说明 3、液-固界面的吸附 液-固界面
7、的吸附,其吸附量与各方面因素(因为固体表面的特性:光滑度、清净度、颗粒度以及是否存在毛细管等)有关;其情况复杂难于统一,一般认为对表面活性剂而言:阳离子阴离子非离子、介质、PH值、电解质存在等有关。,第三节、表面活性剂的基本性质和应用原理,4、临界胶束浓度的测定(critical.micella.concentration) 由于表面活性剂水溶液的一些物理性质,如表面张力、渗透压、当量电导、界面张力、去污力等在临界胶束浓度(c.m.c)前后大小变化趋势是不一样的,有一个突变的转折点。 通过测定临界胶束浓度;一般在10-2-10-5mol/L。 1)对于同一类表面活性剂而言,亲水基是一定的,则其
8、溶液的临界胶束浓度随憎水基大小的增加而下降。 2)当憎水基数目一定时,非离子型表面活性剂的临界胶束浓度随着亲水基聚氧乙烯醚的聚合度下降而下降。,第三节、表面活性剂的基本性质和应用原理,5、表面活性剂的H.L.B.值 表面活性剂的H.L.B.值意义(HydrophileLipophile Balance)。不同数值大小,其应用的范围是不同的。 6、表面活性剂的应用原理 主要是利用表面活性剂的基本性质功能与派生的性质功能。 如洗涤去污、润湿、渗透、乳化、分散等各种能力。,第四节、阴离子表面活性剂,阴离子表面活性剂是目前世界上产量最大、应用最多的一类表面活性剂;其种类繁多,品种各异;主要用于洗涤行业
9、,其中肥皂占40-50%;合成洗涤剂占60-50%。随着生活水平的提高、生产力的进步、科技水平的进步。其用量、产量也将不断增加。 阴离子型的表面活性剂包括: 羧酸盐型表面活性剂 磺酸盐型表面活性剂 硫酸盐型表面活性剂 磷酸盐型表面活性剂等四大类 以下我们分别介绍其合成反应原理、制造原理、方法、生产工艺过程等。,一、羧酸盐型阴离子表面活性剂,(一)肥皂 通式:RCOOMe R中的C1218 1、反应原理 皂化法:油脂+碱皂+甘油 中和法:脂肪酸+碱皂+水 由于所用合成方法的不同,其原料也有所不同,同时产物皂的用途也有所不同,所用的碱也不同。一般固体块皂常用钠碱;液体皂常用钾碱,同时不经盐析除去甘
10、油。,一、羧酸盐型阴离子表面活性剂,2、原料:主要有碱、油脂、脂肪酸、助剂等 碱 主要采用:NaOH;KOH;NaCO3;NH3;胺;烷醇胺等。 油脂 主要采用不可食用的动植物油脂;牛油、羊油、猪油、椰子油、米糠油、大豆油等。 (1)熔点 由于油脂的熔点的高低与固体块皂的硬度大小相关。通常熔点高。硬度大,溶解度低。,一、羧酸盐型阴离子表面活性剂,(2)皂化值 将1克油脂进行皂化是所需的氢氧化钠的毫克数;mgNaOH/1g油脂。这与制皂时进行计量碱NaOH的用量有关。 (3)中和值 将1g脂肪酸就进行中和是所需NaOH的毫克数mg;mgNaOH/1g脂肪酸。 (4)碘值 100g油脂所能吸收碘的
11、g数。gI2/100g油脂。,一、羧酸盐型阴离子表面活性剂,通常根据油脂碘值的高低把油脂分为 干性油(碘值130) 半干性油(碘值在100-130之间) 不干性油(碘值100) (5)不皂化物含量 一般要求1%。高于1%的油脂不可用于制皂。 (6)酸值 中和1g油脂中所含的游离脂肪酸所需氢氧化钠的毫克数mg。它体现油脂储存稳定性的高低。,一、羧酸盐型阴离子表面活性剂,3、肥皂的油脂配方的拟定 在以油脂为原料制造之前,必须明确所制成肥皂的使用目的和使用条件。如家用洗衣皂、香皂等。为了制成优质肥皂,除了采用最佳的加工工艺外,要选用适宜的油脂,因此拟订肥皂用油脂的配方是非常重要的一环。 在拟订油脂配
12、方时要求:保证成品肥皂的质量标准;取得油脂原料的可能性;加工过程中的难易程度;价格适宜,成本低。,一、羧酸盐型阴离子表面活性剂,(1)、脂肪酸凝固点计算方法拟定配方 其方法依据各单体油脂的脂肪酸凝固点,计算出配方中混合油脂的总脂肪酸凝固点;通常采用算术平均值来计算。一般固体皂凝固点在30-41之间。 洗衣皂:高温洗衣皂脂肪酸凝固点:39-41; 中温洗衣皂脂肪酸凝固点:37-39; 低温洗衣皂脂肪酸凝固点:30-37; 香 皂:脂肪酸凝固点:39-41,一、羧酸盐型阴离子表面活性剂,例子1:用70%牛油(43.9 );10%棉籽油(34.6 );20%的椰籽油(23.4 ),试判别其配方的合理
13、性? 解:混合油脂的脂肪酸的平均凝固点=43.9*70%+34.6*10%+23.4*20% =38.87 那么可知:上述配方的油脂适合于制作香皂或高温洗衣皂。,一、羧酸盐型阴离子表面活性剂,(2)I.N.S值和S.R值计算法 I.N.S(ioden number and sapanification number factor)值是碘值和皂化值因数的英文字母的缩写; S.R(sapanification ratio or solubilaty ratio)值是皂化值英文字母的缩写。 I.N.S值=油脂的皂化值-碘值 它表示油脂制成肥皂的硬度关系;I.N.S值愈大,硬度愈高;反之,硬度愈低。,
14、一、羧酸盐型阴离子表面活性剂,S.R值:它表示肥皂的溶解度和起泡性。S.R值愈大,溶解度愈好,起泡性愈好。 1)在以牛油为配方中的主要油脂时,其值如下: S.R值=混合油脂的I.N.S值/牛油的I.N.S值*牛油的配方率 一般要求: 洗衣皂中的油脂I.N.S值:130-160; S.R值:1.3-1.6。 香皂中油脂的I.N.S值:160-180;S.R值:1.5,一、羧酸盐型阴离子表面活性剂,如上例的配方: I.N.S值=150*70%+85*10%+250*20%=163.5 S.R值=163.5/150*70%=1.557;适合做香皂的配方。 2)在以其他油脂时, S.R值如下: S.R
15、值=混合油脂的I.N.S值/(I.N.S值130以上各单体油脂的配方率的乘积之和),一般要求: 洗衣皂中油脂的I.N.S值:130-160 S.R值:1.1-1.3 皂化值:200-210 碘值:35-50 脂肪酸凝固点T:30-41,一般要求 香皂中油脂的I.N.S值:160-180; S.R值:1.2-1.5; 皂化值:210-220; 碘值:30-40; 脂肪酸凝固点T:39-42。,一、羧酸盐型阴离子表面活性剂,如上例的配方:I.N.S=150*70%+85*10%+250*20%=163.5 S.R值=163.5/(150*70%+ 250*20%)=1.057=1.1; 适合做洗衣
16、皂的配方。 4、肥皂的制造方法及其工艺流程(过程) 按其工艺操作的连续与否可分为:四种 (1)间歇式皂化盐析法: 这是制皂最基本的方法。其工艺操作流程如下:,一、羧酸盐型阴离子表面活性剂,配方熔油皂化盐析水洗碱析整理调和(干燥、研磨)冷却打印成型。 A配方:按制皂的使用目的要求拟订配方; B熔油:根据油脂的熔点大小加热熔解; C皂化:根据皂化值的大小计量皂化用碱量,把碱配制成一定浓度的溶液(20-25%)。把混合油脂加热至70-95下保温皂化至完全。通常增加3-5%的碱量。 D盐析:皂化终了后,用饱和食盐水(70)析开、去废液、回收甘油。,一、羧酸盐型阴离子表面活性剂,C水洗:加入清水蒸煮除杂
17、。 D碱析:加入少量的碱补充皂化,把未完全反应皂化的油脂进一步皂化完全。 E整理:加水、或碱拌匀后、静置分层,经整理后得到皂料(皂基)的组成成分为: 纯皂:69%;水分:30%;甘油:0.45%;食盐:0.5%;杂质:0.1%。 F调和:加助剂;即根据生产肥皂的标准(42型、47型、53型、60型、65型),添加助剂(泡花碱、香精香料等);干燥、成型。,一、羧酸盐型阴离子表面活性剂,泡花碱的用量% =(纯皂中脂肪酸的实际含量-标准型肥皂脂肪酸的含量)/标准型肥皂脂肪酸的含量*100% 如要制成53%型的肥皂 泡花碱的用量%=(69%-53%)/53%=30.2% 如要生产1T的纯皂,则需泡花碱
18、302kg。,一、羧酸盐型阴离子表面活性剂,(2)小型简单制皂法: 小型肥皂厂生产过程简单,无法回收甘油,一般分为皂化、盐析、整理三个工序。 (3)中和法: 其原理是将油脂在催化剂或高温条件下,使之水解为脂肪酸和甘油,将脂肪酸精制(如真空减压精馏)后用碱中和制皂。 此法特点是甘油回收率高,可用低价的纯碱进行中和;又可用氨制成胺皂;能连续生产;缺点是设备费用高。,一、羧酸盐型阴离子表面活性剂,(4)酯化皂化法 其原理是先用甲醇与油脂进行酯化交换,分离出甘油,再皂化,回收甲醇,再循环利用。其特点是:甘油回收高,脂肪酸甲酯可精制,皂化速度快完全,可以大规模连续化生产。 5、肥皂用添加剂: 香皂不加碱
19、性助剂;肥皂加碳酸钠、硅酸钠等。 (1)抗硬水剂:泡花碱、三聚磷酸钠等。 (2)硬水软化剂:金属离子螯合剂如EDTA等。,一、羧酸盐型阴离子表面活性剂,(3)抗氧化剂:硫代硫酸钠;次亚硫酸钠等。 (4)其他助剂:荧光增白剂;氧化漂白剂;香精、色素、杀菌除臭剂;营养剂(羊毛脂、高碳醇); (二)液体皂: 液体皂使用方便卫生;制作简单。一般不除去甘油;同时需要加入一些助剂;皂化用KOH。其生产工艺过程、原理与固体皂(块皂)相近。,二、磺酸盐型阴离子表面活性剂,通式:R-SO3Me 磺酸盐型阴离子表面活性剂其产量仅次于肥皂。也是洗涤剂行业中用量产量较多的一类表面活性剂。具有良好的起泡性、乳化、润湿和
20、去污能力。 根据R的不同可分为:烷基苯磺酸盐、仲烷基磺酸盐、-烯烃磺酸盐。又有直链-LAS型、支链-TPS型。直链的生物降解能力好,支链的生物降解能力差。 根据Me的不同:有钠盐、铵盐、烷醇胺盐等。,二、磺酸盐型阴离子表面活性剂,(一)烷基苯磺酸盐类:R-C6H4-SO3Me 1、反应原理: RC6H5磺化R-C6H4-SO3H 中和R-C6H4-SO3Me 2、主要原料: 烷基苯通常是由石油化工产品为原料(主要是煤焦油馏分的苯及烷烃、烯烃等12-18碳的馏分)合成而来。,其生产方法有: (1)氯化法:R-CH3Cl2氯化R-CH2Cl与苯烷基化(AlCl3)R-CH2C6H5 (2)石蜡烃裂
21、解法(R-C24-36): R 高温裂解 R1-CH=CH2 (HF费克反应)苯烷基化R1-CH2CH2C6H5 (3)长链烷烃脱氢法:R-C12-18 脱氢Ni R1-CH=CH2 (HF费克反应)苯烷基化R1-CH2CH2C6H5,二、磺酸盐型阴离子表面活性剂,(4)氯化脱氯化氢法: R-CH3Cl2氯化R-CH2Cl 脱氯化氢 R1-CH=CH2 (HF)苯烷基化 R1-CH2CH2C6H5 (5)齐格勒聚合法: 6CH2=CH2 C10H21-CH=CH2 (HF费克反应)苯烷基化 C10H21-CH2CH2C6H5 (6)四聚丙烯法: 4CH3CH=CH2 用HPO4 C10H21C
22、H=CH2 (HF费克反应)苯烷基化 C12H25C6H5,二、磺酸盐型阴离子表面活性剂,3、烷基苯磺酸盐的制法: 由于磺化时所采用的磺化剂不同而有四种方法: (1)发烟硫酸磺化法: 该法特点是设备简单;但酸过量,需分离硫酸。一般按接近理论硫酸量,用提高温度来实现完全磺化。 如25,原料配比:100:130RC6H5:H2SO4,二、磺酸盐型阴离子表面活性剂,如在40下,原料配比100:100RC6H5:H2SO4。 产物的分离:主要利用R-C6H4-SO3H在H2SO4中的溶解度的差异进行分离;在100%的浓H2SO4中完全可溶;在80%的H2SO4中,会减低溶解度而析出。下面我们学习在30
23、下的生产工艺流程如下: A、磺化反应过程: 在30下,原料配比:100:110RC6H5:H2SO4,发烟量25%的浓H2SO4。经磺化1小时后;可得磺化物R-C6H4-SO3H:60-62%;酸:38-37%; 水:0.5%;少量未反应的原料油R-C6H5。,二、磺酸盐型阴离子表面活性剂,B、洗涤浓缩、分离过程: 用一定量(15Kg)50的热水洗涤,因为过量的硫酸不除直接中和,产品中的硫酸钠含量较高,产品质量差。经分层除去废酸。分离后: 上层:85%的R-C6H4-SO3H; 10-15%的硫酸; 少量的未反应的油RC6H5。 下层:含废酸液经处理除去。,二、磺酸盐型阴离子表面活性剂,C、中
24、和过程: 中和剂:NaOH、Na2CO3、NH3、烷醇胺等; 中和温度:50 pH值:6-8终点; (2)三氧化硫磺化法(SO3): 该法的特点是酸不必过量使用。但SO3很不稳定,且反应性极强。为了控制反应速度,反应避免以高浓度的SO3与烷基苯接触,采用稀释剂(如空气、惰性气体等分散,稀释到SO3含量为2-5%)来调节。因为H2O与SO3接触反应极快,易发生爆炸性反应,同时引起聚合反应,且保存液体SO3较难,需要稳定剂来实现,处理难度大。,二、磺酸盐型阴离子表面活性剂,(3)浓硫酸磺化法: (4)硫磺直接燃烧法: 其反应原理是将硫磺燃烧后产生SO2气体,再用V2O5作催化剂进行氧化生成SO3,
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第三 表面活性剂 合成 应用
链接地址:https://www.31doc.com/p-2914282.html