兩性表面活性劑是在同一分子中既含有陰離子親水基又含有陽(yáng)離子親水基的表面活性劑。特征在于它既能給出質(zhì)子又能接受質(zhì)子。在使用過(guò)程中具有以下特點(diǎn):
兩性表面活性劑通常具有良好的洗滌、分散、乳化、殺菌、柔軟纖維和抗靜電等性能,可用作織物整理助劑、染色助劑、鈣皂分散劑、干洗表面活性劑和金屬緩蝕劑等。對(duì)織物有優(yōu)異的柔軟平滑性和抗靜電性;有一定的殺菌性和抑霉性;有良好的乳化性和分散性。但是,這類(lèi)表面活性劑的價(jià)格較貴,實(shí)際應(yīng)用范圍較其他類(lèi)型的表面活性劑小。
它是一種溫和性的表面活性劑。兩性表面活性劑分子與單一的陰離子型、陽(yáng)離子型不同,在分子的一端同時(shí)存在有酸性基和堿性基。酸性基大都是羧基、磺酸基或磷酸基,堿性基則為胺基或季銨基,能與陰離子、非離子型表面活性劑混配,能耐酸、堿、鹽以及堿土金屬鹽。
現(xiàn)在常用的人工合成兩性表面活性劑,其陰離子部分大多是羧酸基,也有少數(shù)是磺酸基;其陽(yáng)離子部分大多是胺鹽或季胺鹽。由胺鹽構(gòu)成陽(yáng)離子部分的叫氨基酸型;由季胺鹽構(gòu)成陽(yáng)離子部分的叫甜菜堿型。
氨基酸型
氨基酸型兩性表面活性劑的水溶液呈堿性。如果在攪拌下,慢慢加入鹽酸,變?yōu)橹行詴r(shí)仍無(wú)變化。至微酸性時(shí)則生成沉淀。如果再加入鹽酸至強(qiáng)酸性時(shí),沉淀又溶解。這就說(shuō)明,呈堿性時(shí)表現(xiàn)為陰離子表面活性劑,呈酸性時(shí),表現(xiàn)為陽(yáng)離子表面活性劑。但是,當(dāng)陽(yáng)離子性和陰離子性正好在平衡的等電點(diǎn)時(shí),親水性變小,就生成沉淀。
分子中的陰離子為羧基,陽(yáng)離子為銨鹽。這類(lèi)表面活性劑隨介質(zhì)pH的變化而顯示不同的表面活性,如十二烷基氨基丙酸(C12H25N+H2CH2CH2COO-)在氫氧化鈉介質(zhì)中可轉(zhuǎn)變成十二烷基氨基丙酸鈉 (C12H25 NHCH2CH2COO-Na+),表現(xiàn)為能溶于水的陰離子表面活性劑。它在鹽酸介質(zhì)中可以轉(zhuǎn)變成十二烷基氨基丙酸的鹽酸鹽〔(C12H25N+H2CH2CH2COOH)Cl-〕,表現(xiàn)為能溶于水的陽(yáng)離子表面活性劑。若調(diào)節(jié)介質(zhì)的pH,使陽(yáng)電性和陰電性正好平衡,它就轉(zhuǎn)變成內(nèi)鹽(C12H25N+H2CH2CH2COO-),難溶于水而析出沉淀,此時(shí)的pH稱為等電點(diǎn)。為了充分發(fā)揮氨基酸型兩性表面活性劑的作用,必須在偏離等電點(diǎn)pH的水溶液中使用。制備氨基酸型兩性表面活性劑常用的原料為脂肪伯胺、見(jiàn)丙烯酸酯等。
甜菜堿型
甜菜堿型兩性表面活性劑,特點(diǎn)是無(wú)論在酸或堿性的水溶液中都能溶解。即使在等電點(diǎn)時(shí)也無(wú)沉淀。此外,滲透力、去污力及抗靜電等性能也較好。因此,是較好的乳化劑、柔軟劑。
1.羧酸基甜菜堿
分子中的陰離子為羧基,陽(yáng)離子為季銨基。如烷基二甲基甜菜堿〔RN+(CH3)2CH2COO-〕,式中烴基R的碳原子數(shù)為12~18。與氨基酸型相比,甜菜堿型在酸或堿性介質(zhì)中均能溶解于水,即使在等電點(diǎn)也不致產(chǎn)生沉淀,因而可以在任何pH的水溶液中使用。在酸性介質(zhì)中,當(dāng)?shù)入婞c(diǎn)的pH更小時(shí),表現(xiàn)為溶于水的陽(yáng)離子表面活性劑〔【RN+(CH3)2CH2COOH】Cl-〕;在中性或堿性介質(zhì)中,即與等電點(diǎn)pH相同或更大時(shí),它均表現(xiàn)為能溶于水的兩性表面活性劑,而不會(huì)表現(xiàn)為陰離子表面活性劑。兩性表面活性劑只在酸性介質(zhì)中與陰離子表面活性劑易成沉淀。在各種pH的介質(zhì)中,它可與任何類(lèi)型的表面活性劑配合使用。制備甜菜堿型兩性表面活性劑常用的原料為烷基二甲基叔胺和鈉等。
2.磺基甜菜堿
分子中的陰離子磺基(SO3-),陽(yáng)離子為季銨基。常用的有烷基二甲基磺乙基甜菜堿[RN+(CH3)2CH2CH2SO3-]和烷基二甲基磺丙基甜菜堿[RN+(CH3)2CH2CH2CH2SO3-] 式中的烷烴基R的碳原子數(shù)為12~18?;腔鸩藟A性能,不但有普通甜菜堿的全部?jī)?yōu)點(diǎn),還具有耐高濃度酸、堿、鹽等優(yōu)點(diǎn)?,F(xiàn)在有羥基磺丙基[RN+(CH3)2CH2CH(OH)CH2SO3-]替代磺丙基甜菜堿在生產(chǎn)中產(chǎn)生對(duì)人體有害的物質(zhì)。
因結(jié)構(gòu)中同時(shí)帶有羥基的陰離子和陽(yáng)離子基團(tuán),不僅具有兩性表面活性劑的所有優(yōu)點(diǎn),還具有耐高濃度酸、堿鹽,良好的乳化性、分散性和抗靜電性,以及具有殺菌、抑霉性和粘彈性等,是惡性循環(huán)能優(yōu)異的表面活性劑。已可以廣泛應(yīng)用于日用化工、油田驅(qū)油、壓裂、酸化等多個(gè)領(lǐng)域。
3.磷酸脂甜菜堿
分子中的陰離子磷酸脂基(HPO4-),陽(yáng)離子為季銨基。如烷基二甲基羥丙基磷酸脂甜菜堿[RN+(CH3)2CH2CH(OH)CH2HPO4-],式中烴基R的碳原子數(shù)為12~18。此結(jié)構(gòu)決定其不僅具有兩性表面活性劑的優(yōu)良的潤(rùn)濕性、洗凈性、增溶性、乳化分散性、抗靜電性、熱穩(wěn)定性等,以及良好的配伍性,較低的刺激性,和優(yōu)于一般陰離子表面活性劑的耐堿性、耐電解質(zhì)性和抗靜電性優(yōu)點(diǎn),而且具有較強(qiáng)的鈣皂分散性,具有表面張力低,起泡性能優(yōu)良特點(diǎn)。
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