【大学课件】特殊类型的表面活性剂.ppt
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1、第8章 特殊类型的表面活性剂,碳氟表面活性剂 含硅表面活性剂 高分子表面活性剂 冠醚型表面活性剂 反应型表面活性剂 生物表面活性剂,http:/ 碳氟表面活性剂,Part 1. 定义及分类 Part 2. 合成 Part 3. 物理化学性质 Part 4. 碳氟与碳氢表面活性剂 的混合 Part 5. 应用,http:/ 定义及分类,http:/ surfactant) 其特点:碳氟链代替碳氢链。,http:/ RFCOOH 阳离子型 RFCH2CH2N+(CH3)2C2H5I- 两性 RFN+(CH3)2(CH2)nSO3- 非离子型 CF3(CF2)nCH2O(CH2CH2O)mH,htt
2、p:/ 是此类表面活性剂中很重要的一种类型,也是应用比较早的一种碳氟表面活性剂,其表面活性离子带有负电荷。按其极性基的结构不同又可分为羧酸盐、磺酸盐、硫酸酯盐和磷酸酯盐四类。碳氟非极性基是通过羧基、磺酸基、硫酸酯基或磺酸酰氨基连接表面活性剂分子的架构。,http:/ 几乎都是含氮的化合物,也就是有机胺的衍生物,对介质和电解质的PH值比较敏感。,http:/ 同时含有酸性基团和碱性基团,碱性基团主要是氨基或季铵基,酸性基主要是羧酸基和磺酸基、磷酸基等。随介质PH值得不同,既可表现阴离子表面活性剂的特性也可表现阳离子表面活性剂的特性。在等电点区呈现电中性。,http:/ 在水溶液中不电离,其极性基
3、通常由一定数量的含氧醚键或羟基构成。含氧醚键通常为聚氧乙烯链或聚氧丙烯链组成。这些基团的长度可以调节,通过链长度的改变可以调整非离子碳氟表面活性剂的亲水亲油平衡值,而非离子碳氟表面活性剂的HLB值对其所在体系的界面性质及乳液的稳定性有很大影响。,http:/ 合成,电化学氟化法 氟烯烃调聚法 氟烯烃齐聚法,http:/ 优点:原料氟化氢价廉易得,而且可以直接合成碳氟表面活性剂的反应性基团,经进一步反应引入亲水基团即可制得碳氟表面活性剂。 缺点:氟化产率低,成本高。近几十年主要研究如何提高氟化收率。,http:/ 氟烯烃齐聚法:采用四氟乙烯、六氟丙烯或相应的环氧化合物在氟离子催化下发生阴离子聚合
4、反应,合成碳原子数为6-14的碳氟表面活性剂中间体。,http:/ 物理化学性质,“三高” “两憎”,http:/ 高化学惰性 高表面活性,憎水 憎油,这些独特的性能都是由于分子结构中引入了碳氟链而引起,因此氟原子的独有性质是氟表面活性剂具有不寻常性质的根本原因。,http:/ 由于氟是自然界中电负性最大的元素,是碳氟共价键具有离子键的性能,碳氟键的健能很高,且氟原子半径比氢原子大,屏蔽碳原子的能力较强,使原来键能不太高的碳碳键的稳定性有所提高,因此碳氟表面活性剂与碳氢表面活性剂相比,具有良好的化学稳定性和热稳定性。高温加热不易分解,不会因与各种氧化剂、强酸和强碱反应而分解。,http:/ 由
5、于氟原子既能对全氟化的碳原子形成屏蔽,又不出现立体障碍,所以由全氟甲基或全氟亚甲基形成的化合物分子间作用力非常弱,其结果是不溶于普通的有机溶剂。因而在碳氢表面活性剂中碳氢链称为疏水亲油基,而碳氟表面活性剂中碳氢链则称为疏水疏油基。,http:/ point和在溶剂中溶解度低的特点。,http:/ 碳氟表面活性剂的表面活性强于常规的碳氢链表面活性剂。常规表面活性剂一般在碳原子数达到12以上才具有很好的活性,而碳氟表面活性剂在6个碳原子时即能呈现较好的表面活性,在8-12个碳原子为最佳,而且碳氟链不宜过长,否则会因在水中的溶解度太低而不能使用。,http:/ 碳氟表面活性剂的临界胶束浓度要比结构相
6、似碳氢表面活性剂低10-100倍。,http:/ 其他特点,环境相容性好 单质氟和离子性氟化物具有很强的毒性,但是氟表面活性剂的毒性却很低,对环境污染小。,http:/ 氟表面活性剂对于降低水的表面张力虽有很强的能力,但是对于降低油/水的界面张力则能力不佳,这是碳氟链的“憎油”所引起的。,http:/ 氟表面活性剂的克拉夫点一般较高,这是因为碳氟链的范德华力小,比碳氢链的疏水作用更强,室温下,氟表面活性剂的溶解性不好。,http:/ 活性剂的混合,http:/ 表面活性高、化学及热稳定性好 但是,产量少,价格昂贵 如何解决? 将碳氟和碳氢表面活性剂混配使用。 结果:不仅减少氟表面活性剂的用量,
7、通常还能达到单一氟表面活性剂达不到的效果。,http:/ 电镀金属铬工业中,在电解液液面上形成致密泡沫,阻止铬酸雾的逸出。 水溶液表面张力很低,能在油面上很好地铺展,用做灭火剂。 能溶于“液体蜡”,制成自然发光的乳液上光剂,用于擦亮地板。,http:/ 含硅表面活性剂,含有硅原子的表面活性剂即为含硅表面活性剂,是20世纪60年代在美国首次实现工业化生产的一类新型表面活性剂。也具有亲水基和亲油基,只是亲油基部分含有硅烷基链或硅氧烷基链。,http:/ 优良的润湿性能、分散性、抗静电性 高的消泡性和稳泡性 生理惰性,http:/ 乳化作用和良好的配伍性 较高的热稳定性和耐气候性 强的憎水性、良好的
8、表面活性,http:/ 杀菌 聚氨酯泡沫材料 正在向其他工业领域渗透:涂料、纺织、纤维、塑料、机械、日化、农药等,http:/ 根据引入亲水基团的不同可以分为四类(如右) 同碳链烃类表活剂类似,阴离子表面活性剂 阳离子表面活性剂 两性离子表面活性剂 非离子表面活性剂,http:/ (1)以聚醚为原料通过酯交换反应合成 (2)通过环氧乙烷加成反应合成 (3)通过烯基聚醚的加成反应合成,http:/ (1)由含卤素的硅烷或硅氧烷与胺反应制得 (2)由含烯烃的胺与硅烷加成制得,http:/ (1)由含卤素的硅烷与活泼氢反应 (2)由环氧基有机硅化物与亚硫酸盐反应,http:/ 是指普通硅氧烷表面活性
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