1、河南工程学院毕业论文_I摘要表 面 活 性 剂 是 一 类 易 于 富 集 于 界 面 、 并 对 界 面 性 质 及 相 关 工 艺 过 程 产 生 明 显 影 响的 物 质 。 从 发 展 历 史 看 ， 表 面 活 性 剂 源 于 洗 涤 剂 ， 但 随 着 技 术 发 展 而 脱 离 了 洗 涤 剂 ，形 成 了 独 立 的 工 业 。 随 着 表 面 活 性 剂 的 发 展 和 整 体 工 业 水 平 的 提 高 ， 表 面 活 性 剂 已 从日 常 生 活 中 的 家 用 洗 涤 与 个 人 保 护 用 品 ， 进 入 了 国 民 经 济 各 个 领 域 和 国 家 支 柱 产 业
2、本文将简单介绍一下表面活性剂的合成、纯化、表征及在精细化学品中的应用。关键词：表面活性剂 纯化 鉴定 合成河南工程学院毕业论文_IIAbstractSurfactant is a kind of easily enriched in the interface, and have a significant effect on the interfacial properties and related process material. From the development history, surfactants in detergent, but with the developme
3、nt of technology and from the detergent, formed an independent industrial. With the development of surfactant and the overall industrial level, surface active agent has been from the household cleaning and personal care products in daily life, in all fields of national economy and the national pilla
4、r industry, this article will introduce the surfactant synthesis, purification, characterization and application of fine chemicals.Key words : Surfactant, Purification, Identification 河南工程学院毕业论文_III摘要 .I前言 .1第一章表面活性剂 .2第一节表面活性剂概述 .2第二节分类及常用 .2第二章表面活性剂的合成 .3第三章表面活性剂的纯化 .5第一节萃取和重结晶方法 .5第二节浊点析相法 .5第三节泡
5、沫分离法 .6第四节渗析和电渗析 .6第五节色谱法 .6第四章表面活性剂在精细化学品中的应用 .7第一节实验：表面张力及 CMC 的测定 .7第二节基本原理 .8第三节仪器和试剂 .8结束语 .9参考文献 .10致谢 .11河南工程学院毕业论文_1前言表面活性剂是一大类有机化合物，它们的性质极具特色，应用极为灵活、广泛，有很大的使用价值和理论意义。表面活性剂的应用范围涵盖了人们生活和工作的各个方面，在 20 世纪 90 年代人们已经开始系统的研究表面活性剂。可以说没有表面活性剂就没有现在干净的我们。表面活性剂分子在溶液中和界面上可以自行结合形成分子有序组合体，从而在各种重要过程，如润湿、铺展、
6、起泡、乳化、加溶、分散、洗涤中发挥重要作用。研究表面活性剂的合成、纯化、表征及在精细化学品中的应用对提高我们的生活水平，促进人类社会和科学技术水平的进步有重大意义。随着世界经济的发展以及科学技术领域的开拓，表面活性剂的发展更加迅猛，其应用领域从日用化学工业发展到石油、食品、农业、卫生、环境、新型材料等技术部门，起到改进工艺、降低消耗、节约资源、减轻劳动量、增加产量、提高品质等作用，大大提高生产效率，收到极佳的经济效益。现在我国表面活性剂工业已有相当大的生产规模，设备和技术已越来越接近国际水平，产品数量、种类和质量都有大幅度增长和提高。因此，研究“表面活性剂的合成、纯化、表征及在精细化学品中的应
7、用”对表面活性剂工业，乃至我国整体工业经济有着非常重要作用和意义。河南工程学院毕业论文_2第一章表面活性剂第一节表面活性剂概述表面活性剂是指一类在很低浓度时就能显著降低水的表面张力的化合物，依其亲水基的结构分为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂及非离子表面活性剂 1表面活性剂具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列 2，分子结构具有两亲性：一端为亲水基团，另一端为憎水基团；亲水基团常为极性的基团，如羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其盐，也可是羟基、酰胺基、醚键等；而憎水基团常为非极性烃链，如8个碳原子以上烃链 3。它达到一定浓度后可缔合形成胶团，从而具有润湿或抗粘、乳化或破乳、起泡或消泡以
8、及增溶、分散、洗涤、防腐、防静电等一系列物理化学作用及相应的实际应用，成为一类灵活多样、用途广泛的精细化工产品 4。近年来中国表面活性剂工业得到了迅速的发展。2005年全国主要生产企业表面活性剂的总产量（不含皂类）至少达115万吨，其中a-SAA仍占主导地位，约占总量的74.9%，n-SAA 占22.7%；c-SAA 占1.6%；z-SAA占0.8%5。图1表面活性剂结构示意图第二节分类及常用（1）阴离子表面活性剂 ：硬脂酸，十二烷基苯磺酸钠等（2）阳离子表面活性剂：季铵化物等 河南工程学院毕业论文_3（3）两性离子表面活性剂：卵磷脂，氨基酸型，甜菜碱型等 （4）非离子表面活性剂： 脂肪酸甘油
9、酯，脂肪酸山梨坦（司盘），聚山梨酯（吐温）等。表面活性剂一般是低分子量分散剂。表面活性剂分子具有改性作用，特别是降低颜料和树脂溶液间表面张力。表面活性剂结构上含有两种溶解性或极性相反的基团，使表面活性增加。在水性体系中，极性基团是一些亲水基，非极性的则是憎水基或亲油基。在非水性体系中，极性基团是憎油基，非极性的为亲油基。表面活性剂按其化学结构分类，特别是极性基团包括：阴离子、阳离子、电中性粒子和非离子。聚合物分散剂作用下效力由以下因素确定：颜料表面极性基团的吸附作用。锚固基团可以是氨基、羧酸、磺酸、磷酸及其盐。介质中围绕在微粒周围的非极性链段的行为。分子的一些部分(脂肪族或脂肪族-芳香族片断)
10、必须与粘接剂体系高度的相容。类似表面活性剂的分散剂的稳定机理是静电稳定：围绕颜料粒子的极性基团形成了双层带电的结构。由于布朗运动，液体介质中颜料粒子时常碰撞在一起，因此在其减速进程中具有强烈的重絮凝趋势。根据其化学结构(如：低的分子量)和静电稳定理论 6，表面活性剂有以下缺陷：水敏感性：表面活性剂通常使最终涂层产生水敏感性，不适于室外应用。易产生泡沫：许多表面改性剂会产生泡沫，在涂层上产生缺陷(如鱼眼、凹坑)。如果泡沫在研磨进程出现，则导致生产能力的下降。干扰涂层间的粘接。经过多年发展，特殊的表面活性剂得到改进，使涂层缺陷最大程度地降低，并且某些还能使涂层具有一些别的优点，如消泡/抗腐蚀能力或
11、使基材难以润湿。用于颜料分散作用的最常用表面活性剂有如下品种：脂肪酸衍生物，磷酸酯，聚丙烯酸钠/聚丙烯酸，乙炔二醇和大豆卵磷脂。第二章表面活性剂的合成（1）肥皂：天然动植物的油脂与碱的水汽液加热发生皂化反应制得，其反应方程式为：河南工程学院毕业论文_4RCOH2RCOH2 CH2OCH2O+3NaOH3RCOMe+（2）烷基苯磺酸盐 H2SO4 SO3HNaOH SO3HR- + R- R-（3）烷基磺酸盐磺氯化工艺（氯磺化工艺） SO2Cl2 RSO2ClRH+ +HClhvRSO2Cl S3Na2NaOH Nal+H2O磺氧化工艺（氧磺化工艺） SO22 RSO3HRH+30（4）SO3
12、作硫酸化试剂R-OHSO3 R-OS3HROS3Na+ NaOHRO(C2H4O) SO3 OS3HC2H4On SO3NaC2H4On + RONaHRO（5）浓 H2SO4 硫酸化C12H5OH2SO4C12H5OS3H+ +2O（7）氯磺酸硫酸化RCH2OClSO3HR-CH2OS3HR-CH2OS3Na+ NaOH（8）氨基磺酸化硫酸化试剂 CH22On H2NSO3HCH22On S3NH2 CH22On S3NaRO +RO aOHRO总之，表面活性剂的分子结构具有两亲性：一端为亲水基团， 另一端为憎水基团；河南工程学院毕业论文_5亲水基团常为极性的基团，如羧酸、磺酸、硫酸、氨基或
13、胺基及其盐，也可是羟基、 酰胺基、醚键等；而憎水基团常为非极性烃链，如 8 个 C 原子以上烃链。人们根据亲水基团的带电特性，首先分成阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂和两性表面活性剂四大类。除这四大类外，还有特殊的其他活性剂，如：氟碳类、硅化合物类，高分子聚醚类及硼化合物类。第三章表面活性剂的纯化在表面活性剂溶液的物性和表面研究中，经常因表面活性剂中含有微量杂质，尤其是具有表面活性的杂质，给研究结果带来偏差。例如，微量杂质会给测定临界胶束浓度处的表面张力，研究表面吸附、界面行为带来偏差。一般来说，表面活性剂在合成过程中不可避免地带来杂质，即使是符合化学试剂标准的表面活性剂
14、6，有时也不一定能满足表面化学研究的要求。因此，表面活性剂的纯化成为使用表面活性剂时首要的一个步骤。不少胶体化学及分析工作者对此作了大量的研究。表面活性剂的纯化方法：从 40 年代起，表面活性剂的纯化方法和仪器层出不穷。表面活性剂既具有一般物质的通性，又具有其特殊的表(界)面性质。由于官能团结构和组合不同，每一类表面活性剂又各自有其相应性能。纯化表面活性剂归根到底是以这些性质为基础的。第一节萃取和重结晶方法此法属于传统方法，主要基于表面活性剂与杂质在溶剂中的溶解度不同。此法生产能力大，在某些时候对除去杂质十分有效。例如对脂肪醇硫酸酯盐的纯化 7，如果不纯物是未反应的醇和硫酸钠以及没有完全中和的
15、无机酸或无机碱。可用醚萃取除去脂肪醇硫酸钠晶体表面的醇；再用水重结晶，可将内部的醇携带到表面，同时还可以除去无机杂质。此法对其它离子型表面活性剂的精制也都有效。但这种方法收率低，且很难除去与活性剂结构相似的杂质。 第二节浊点析相法此法主要利用非离子表面活性剂在浊点以上不溶于水的特性。例如，要除去非离子河南工程学院毕业论文_6表面活性剂中的聚乙二醇，可将非离子表面活性剂水溶液(一般溶度约为 20%)加热至高于其浊点，静置使分层(静置时亦须保温在浊点以上)，非离子表面活性剂形成新相，弃去水相(此时大部分聚乙二醇仍在水相)；再在低于浊点的温度下加入纯水，表面活性剂将重新溶入水相。如此重复析相数次。由
16、于聚乙二醇无浊点现象，故可用此法除去，效果相当好。 第三节泡沫分离法由于表面活性物质的表面吸附作用，一般地讲，在表面活性剂溶液形成的泡沫中表面活性物质的浓度高于本体溶液中的浓度，高表面活性的杂质将在泡沫中富集，从而可以将它们分离。例如十二烷基硫酸酯钠盐中的少量十二醇较十二烷基硫酸酯钠强烈地吸附在泡沫上，采用泡沫分离法，不断除去泡沫，剩余液体即为纯净的十二烷基硫酸酯钠盐水溶液。在泡沫分离中可采用通气或搅动的方法形成泡沫。此法适用于纯化浓度低的表面活性剂溶液。笔者曾经用此法提纯过较难提纯的十二烷基磺酸钠。 第四节渗析和电渗析渗析是利用渗透压从表面活性剂中除去低分子量盐或非电解质。此法是将欲纯化的表
17、面活性剂装在由某种半透膜材料做成的袋子里，然后将封好的袋子放在大量溶剂中。不断更换袋外溶剂，使低分子量杂质通过半透膜微孔被带走。必须小心选择渗析所用的膜，使其适合于所研究的体系。电渗析是指在直流电场作用下，溶液中的带电离子选择性地透过离子交换膜的过程。可用于除去两性表面活性剂中的离子性杂质。第五节色谱法此法已广泛地用于非离子、阴离子、阳离子和两性表面活性剂的纯化。色谱法的种类不少，我们可以根据所研究的体系和目的加以选择。色谱法分离效果十分好，例如Kelly 等曾用柱色谱法分离 p-t, t-辛基酚-En 的同系混合物(E 代表氧乙烯单元，n 代表聚氧乙烯数，平均 n=9.5)，所用柱为浸渍于三
18、氯甲烷- 丙酮 (8020)的硅胶，样品溶于三氯甲烷-丙酮(8020)溶液中，放入色谱柱，可分离 n 为 4 至 11 的同系物。 应用更广泛更有前途的提纯表面活性剂的色谱法是高效液相色谱法(HPLC) ，表面活河南工程学院毕业论文_7性剂无须进行化学预处理便可直接进行分离分析。HPLC 按分离机理可分为分配色谱、吸附色谱、凝胶渗透色谱和离子交换色谱等，各种方法都具有各自的特征。在 HPLC 中，正相吸附色谱的应用以非离子表面活性剂为主；离子交换色谱常用于分离离子型活性剂中的非离子性杂质；反相色谱可用于各种目的的分离，这种方法最重要的是选择合适的流动相，通常由于各种原因，采用单一组分的洗脱液不
19、能得到良好的分离效果，因此须考虑表面活性剂本身溶解状态的复杂性以及填充剂的残留离子和试样离子的相互作用来决定洗脱液的组成，。例如 Hodgson 等用四氢呋喃-甲醇-水(353035)做流动相的反相HPLC 来纯化阴离子表面活性剂十八烷基酚聚氧乙烯醚磺酸钠C18H37C6H4(OCH2CH2)7SO3Na，可将阴离子副产物和未反应的非离子物质除去，最后将溶剂蒸发，可得纯度很高的表面活性剂。 色谱法同时又是一种灵敏的检测手段，因此，可同时达到分离、分析和纯度检验的目的。但是相对来说它的制备量较小。图 2 纯化操作装置图综上所述，表面活性剂的提纯和鉴定一直在不断发展，从一个侧面说明还没有哪个方法是万能的，完全通用和绝对有效的，因此，人们不得不对具体杂质采取有针对性的手段去处理，或者先后用几种方法，从而达到提纯的目的。第四章表面活性剂在精细化学品中的应用第一节实验：表面张力及 CMC 的测定测定表面张力有以下几种方法：(1)表面张力法 表面张力测定法适合于离子表面活性
