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非离子表面活性剂溶于水之时不会发生离解的情

发布时间:2019-06-27 14:04
  
4  非离子表面活性剂
非离子表面活性剂溶于水之时不会发生离解的情况,其分子中疏水基因和离子型表面活性剂的一直相同,而亲水基团主要是根据一定数量的含氧基团构建而成的。非离子表面活性剂发展十分迅速。海安石油小编表示这是数年来都会保持这一势头!
非离子表面活性剂在水溶液中由于不是以离子状态存在,故其稳定性高,不易受强电解质存在的影响,也不易受酸、碱的影响,与其他表面活性剂相容性好,在各种溶剂中溶解性力好,在固体表面上不发生强烈吸附。
非离子表面活性剂大多为液态或浆状态物质,在水中的溶解度随温度升高而降低。非离子表面活性剂具有良好的洗涤、分散、乳化、增溶、润湿、发泡、抗静电、杀菌和保护胶体等多种性能,广泛地应用于纺织工业、造纸工业、食品工业、化妆品工业、洗涤工业、橡胶工业、塑料工业、涂料工业、医药工业、农药工业、化学
肥料工业、金属加工工业、矿业、建材和环境保护等方面。
非离子表面活性剂按亲水基分类有聚乙二醇型、脂肪醇酰胺型和多元醇型三类。
4.1 聚乙二醇型非离子表面活性剂
聚乙二醇型非离子表面活性剂是用具有活泼氢原子的疏水性原料,在酸或碱催化剂参与下与环氧乙烷起加成反应制得的。聚乙二醇型非离子表面活性剂水溶液加热至一定温度,水溶液会变成白色浑浊状。这种现象是由于温度升高使聚乙二醇链与水分子之间形成的氢键被切断,致使表面活性剂分子不能在水中溶解,这是聚乙二醇型非离子表面活性剂所特有的性质。使聚乙二醇型非离子表面活性剂溶解性发生突变的温度为浊点。浊点随环氧乙烷加成摩尔数增多而升高,它可作为这类表面活性剂的亲水性指标。
聚乙二醇型非离子表面活性剂根据疏水基的种类可分为长链脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、聚氧乙烯烷基胺、聚氧乙烯烷基酰胺等。
(1)长链脂肪醇聚氧乙烯醚  长链脂肪醇分子中羟基上的氢是活泼氢原子,环氧乙烷是能取代氢原子的活泼化合物,它们很容易发生反应而加成聚合为醚。实际上环氧乙烷的加成是逐步进行的,首先加成l个环氧乙烷分子,继而加成上第2个、第3个……,当加成上10~15个后,则显现出最佳的洗涤能力。常用的长链脂肪醇有月桂醇、油醇、棕榈醇、硬脂醇、环己醇、萜烯醇等。
这类表面活性剂稳定性高,生物降解性和水溶性均较好,具有良好的乳化、润湿、渗透、分散和增溶的能力。常用于衣料用洗涤剂、洗发香波、浴用香波中。
(2)烷基酚聚氧乙烯醚烷基酚与环氧乙烷起加成反应,则得到烷基酚聚氧乙烯醚。常用的酚有辛基酚、壬基酚等。如采用壬基酚时,与4分子环氧乙烷加成的产物不能溶于水;与6、7分子环氧乙烷加成的产物在室温下即可完全溶于水;与8~12分子环氧乙烷加成的产物具有良好的润湿、渗透和洗涤能力,乳化力也较好,可用作洗涤剂和渗透剂;与l个以上分子环氧乙烷加成的产物无渗透、洗涤的能力,而乳化、分散力较好,可用作乳化分散剂、匀染剂和缓染剂。烷基酚聚氧乙烯醚的制法与长链脂肪醇聚氧乙烯相似。
烷基酚聚氧乙烯醚的化学稳定性高,即使在高温下也不易被强酸、强碱破坏,且其生物降解性差。因此它的需要量呈逐渐减少的趋势,目前在家用洗涤用品中已较少使用,主要用在金属的酸性洗涤剂和碱性洗涤剂中。
(3)脂肪酸聚氧乙烯酯脂肪酸与环氧乙烷在催化剂存在下起加成反应生成脂肪酸聚氧乙烯酯。另一种方法是用脂肪酸与聚乙二醇进行酯化反应制备。此反应中,聚乙二醇有2个羟基,如无特殊催化控制,酯化所得的非离子酯总会有一定比例的双酯,此外,通过酯交换亦形成双酯。这种酯的性质与所用的脂肪酸种类和所加成的环氧乙烷数目有关。一般来说,脂肪酸的碳原子数越多,溶解度越小,浊点越高,但是含羟基或是不饱和的脂肪酸则属例外。所加成上的环氧乙烷分子数目对酯的影响与脂肪醇聚氧乙烯醚时的情形相似。如碳原子数为12~18的脂肪酸接上l2~15个分子的环氧乙烷有很好的洗涤力;而低于此数如接上5~6个分子的环氧乙烷则具有油溶性乳化力。
这种表面活性剂的渗透力、洗涤力较脂肪醇和烷基酚的聚氧乙烯醚类差,主要用作乳化剂、分散剂、纤维油剂和染色助剂等。此外,它还易受酸、碱溶液水解而形成原脂肪酸和聚乙二醇,所以在强酸溶液中失去洗涤力。而在强碱溶液中其洗涤力远不及由同样脂肪酸制成的肥皂,但还是可以用作家庭用洗衣粉的成分。将橄榄油与聚乙二醇在碱催化下进行酯交换反应,可得到聚乙二醇油酸和油酸单甘油酯的混合物。这种混合物是具有特殊性能的油溶性乳化剂,具有广泛用途。
(4)聚氧乙烯烷基胺烷基胺与环氧乙烷起加成反应可生成两种反应产物。在这一反应中,最终产物实际上是同系物和异构体的混合物。与上述3种非离子表面活性剂相似,当聚氧乙烯烷基胺分子中环氧乙烷的加成数少时,则不溶于水而溶于油,但由于它具有有机胺的结构,故可溶于酸性水溶液中。所以聚氧乙烯烷基胺同时具有非离子和阳离子表面活性剂的一些特性,如耐酸不耐碱,具有杀菌性能等。当环氧乙烷加成数多时,其非离子性增大,在碱性溶液中不析出,即在碱性溶液中也表现出良好的活性。由于非离子性增大,阳离子性相对减小,而表现出与阴离子表面活性剂的相容性,故可与之复配使用。
由于这种表面活性剂兼有非离子和阳离子的性质,故常用作染色助剂,也常用于人造丝生产中以增强再生纤维丝的强度,还可保持喷丝孔的清洁,防止污垢沉积。
(5)聚氧乙烯烷基醇酰胺烷基醇酰胺与环氧乙烷起加成反应生成聚氧乙烯烷基醇酰胺。这种非离子表面活性剂具有较强的起泡和稳泡作用,故常用作泡沫促进剂和泡沫稳定剂,其中有的具有良好的洗涤力、增溶力和增稠作用。这类较早的产品是月桂酰二乙醇胺,它是由月桂酸和二乙醇胺在氮气流保护下加热进行反应制得的。月桂酰二乙醇胺不溶于水,当再与l分子二乙醇胺结合成复合物时,才具有良好的水溶性和洗涤力,可用作洗涤剂中的稳泡剂,也可用作乳化剂和防锈剂及干洗皂等。这种表面活性剂的稳定性和耐水解性优于脂肪酸聚氧乙烯酯。
(6)聚醚类  聚醚类产品主要是以丙二醇为起始剂接以各种不同相对分子质量的聚氧丙烯一聚氧乙烯共聚而成的一系列产品的总称,其中有代表性的为美国Wyandott公司开发的P1uronic型表面活性剂。聚醚的相对分子质量可达数千以上,显著地高于普通的表面活性剂的相对分子质量,因此也可将其归属于高分子表面活性剂中。聚醚具有独特的性能,一般不吸湿,溶解性在冷水中比在热水中好。浓溶液呈胶状,也溶于芳香烃和含氯有机溶剂中。聚醚的毒性和起泡力均较低,相对分子质量为2000~3000的聚醚具有良好的去污力;相对分子质量更高的分散力较好。此外,聚醚还具有强乳化力。故可用于低泡洗涤剂、乳化剂,消泡剂以及织物匀染剂、抗静电剂、金属切削冷却液、润滑剂和黏结剂中。在一些特殊领域将会有更广泛的应用。
4.2  多元醇型非离子表面活性剂
多元醇型非离子表面活性剂是指由含多个羟基的多元醇与脂肪酸进行酯化反应而生成的酯类,此外,还包括由带有氨基或亚氨基的氨基醇以及带有-醛基的糖类与脂肪酸或酯进行反应制得的非离子表面活性剂。由于它们在性质上很相似,故统称为多元醇型非离子表面活性剂。除此之外,通常还将多元醇与脂肪酸形成的酯类再与环氧乙烷加成的产物也归为此类。
多元醇型非离子表面活性剂(不包括与环氧乙烷加成产物)的亲水性来自多元醇的羟基,所以它的亲水性小,亲油性大,多数具有自乳化性。而与环氧乙烷加成者,其亲水性来自聚氧乙烯,它的亲水性由聚氧乙烯链长短来确定,多数具有良好的亲水性。多元醇型非离子表面活性剂的最大特点是安全性高,对皮肤刺激性极小,故广泛用作药品、化妆品和食品工业等方面的乳化剂、分散剂。亲油性的多元醇非离子表面活性剂与树脂的相容性也较好,可用作树脂添加剂。此外,也用作纤维工业中用的纤维油剂成分。
多元醇型非离子表面活性剂按多元醇的种类可分为甘油脂肪酸酯、季戊四醇脂肪酸酯、山梨醇脂肪酸酯、失水山梨醇脂肪酸酯,蔗糖脂肪酸酯和烷基醇酰胺等非离子表面活性剂。
(1)甘油脂肪酸酯和季戊四醇脂肪酸酯  这两种表面活性剂的制法相同,通常采用如下的方法制取。
1mol甘油或季戊四醇与1mol脂肪酸如月桂酸或棕榈酸,在碱的存在下加热进行酯化反应即生成相应的酯。无论是用酯化法,还是用酯交换法制得的产物都是混合酯,其中除单酯外还含有双酯和三酯。用季戊四醇与硬化牛脂进行酯交换反应,除得到季戊四醇硬脂酸单酯的主要成分外,还产生甘油硬脂酸单酯副产物。
甘油脂肪酸酯和季戊四醇脂肪酸酯在常温下为淡黄色蜡状物,在水浴上加热融化后加水即乳化,能溶于乙醇。甘油月桂酸单酯和甘油硬脂酸单酯对人体无害,具有良好的乳化性能,广泛用作食品和化妆品的乳化剂,也用作纤维油剂。季戊四醇硬脂酸酯能赋予人造丝、人造棉、棉等良好的柔软性。广泛地用于纤维用油剂的配合料,有些也用作乳化剂。
(2)山梨醇脂肪酸酯、失水山梨醇脂肪酸酯和聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯  山梨醇和失水山梨醇的脂肪酸酯是采用山梨醇与脂肪酸进行酯化反应制得的,例如取1mol山梨醇和1mol月桂酸,加2g NaOH,在氮气流保护下,加热搅拌在190℃左右进行脱水生成山梨醇的月桂酸单酯和双酯的混合物。当提高反应温度至230~250℃时,在酯化的同时,山梨醇发生脱水形成失水山梨醇,于是可制得失水山梨醇月桂酸单酯。产物中还有部分二失水山梨醇月桂酸单酯,也有部分双酯。
山梨醇月桂酸单酯不适合做乳化剂,适合做纤维柔软剂;失水山梨醇月桂酸单酯适合做乳化剂和纤维油剂。失水山梨醇月桂酸单酯商品名称为斯盘-20,为油状物,溶于有机溶剂,很少单独使用,通常与其他水溶性表面活性剂复配使用。
将失水山梨醇脂肪酸酯与环氧乙烷起加成反应,则获得聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯,商品名称为吐温。聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯,根据所用的脂肪酸的种类和所加成上的环氧乙烷数目,而有不同的品种。如单月桂酸,环氧乙烷数为21~22时称为吐温-20;单棕榈酸,环氧乙烷数为l8~22时称为吐温-40;单硬脂酸,环氧乙烷数为l8~22时称为吐温-60;单油酸,环氧乙烷数为21~26时称为吐温-80;三油酸,环氧乙烷数为22时称为吐温-85
等等。
聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯具有乳化、增溶、润湿、分散、柔软、抗静电等性能。广泛用于化妆品和医药中做乳化剂,用作纤维油剂的成分和纤维的柔软剂及抗静电剂,以及电影胶片的润湿剂和分散剂等等。
(3)蔗糖脂肪酸酯蔗糖脂肪酸酯是通过酯交换方法制得的,如蔗糖与脂肪酸甲酯在碳酸钾催化剂存在下,进行减压加热酯交换反应制得相应的蔗糖脂肪酸酯。蔗糖脂肪酸单酯无毒、无臭、无味,易溶于水呈透明状溶液,可用作低泡沫洗涤剂及食品和医药的乳化剂,果蔬的保鲜剂等。
(4)N,N-羟基脂肪酸酰胺  N,N-二羟基脂肪酸酰胺是用脂肪酸与烷基醇胺在氮气流保护下,加热脱水缩合而成的。这种表面活性剂与多元醇脂肪酸酯不同在于酯键为酰胺键所取代,故具有良好的耐水解性能,并且还具有良好的起泡、稳泡、增溶、增稠等许多性能。
这种表面活性剂中具有代表性的是月桂酰二乙醇胺。生产脂肪酰二乙醇胺时如取lm01月桂酸和2mol二乙醇胺,则得到Nin 01型洗涤剂。Nin 01型洗涤剂具有良好的泡沫稳定性能和洗涤性能,其水溶液的黏度极高,因此广泛用作洗涤剂、泡沫稳定剂和增稠剂等。
4.3  其他类型非离子表面活性剂
(1)烷基硫醇聚氧乙烯醚  叔烷基硫醇与环氧乙烷起加成反应生成烷基硫醇聚氧乙烯醚,其中具有良好表面活性的为叔己基硫醇聚氧乙烯(11~12)醚和叔壬基硫醇聚氧乙烯(17)醚。它们在较高温度的中性和碱性溶液中稳定。此表面活性剂具有良好的表面活性。
(2)亚砜表面活性剂  烷基硫化物经氧化即得亚砜。这种表面活性剂具有良好的表面活性,能显著降低水的表面张力,其浓度为2×10.4mol/L时,表面张力下降至25mN/m。此外,亚砜基也可以是2个,这种表面活性剂具有良好洗涤力。
(3)α-烯烃与环氧乙烷的加成物长链a-烯烃与聚乙二醇,在有机过氧化物存在下发生加成反应,生成在分子链中间有烃基的加成物。反应后得到夯聚乙二醇-l一十二碳烯与环氧乙烷为1:I的加成物。与此相似,短链二醇与长链a-烯烃也可以进行加成反应。例如,在二叔丁基过氧化物存在下,1,4-丁二醇可与l一十二碳烯进行加成反应。
以碱做催化剂,对链烷二醇进行乙氧基化,也可得到该种非离子表面活性剂。
这种表面活性剂具有良好的洗涤性能,有的适合做棉织物洗涤剂,有的适合做毛织物轻垢洗涤剂。
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