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烷基酚聚氧乙烯醚和高碳脂肪醇聚氧乙烯醚结构特点、产品性能与用途

发布时间:2018-01-29 00:00 作者:中国标准物质网 阅读量:1230

1.非离子表面活性剂按亲水基团分类及主要特征

非离子表面活性剂是分子中含有在水溶液中不离解的醚基为主要亲水基的表面活性剂,其表面活性由中性分子体现出来。非离子表面活性剂具有很高的表面活性,良好的增溶、洗涤、抗静电、钙皂分散等性能,刺激性小,还有优异的润湿和洗涤功能。可应用pH范围比一般离子型表面活性剂更宽广,也可与其他离子型表面活性剂共同使用;在离子型表面活性剂中添加少量非离子表面活性剂,可使该体系的表面活性提高。非离子表面活性剂按照亲水基的结构可以分为聚氧乙烯型、多元醇型、烷醇酰胺型、聚醚型、氧化胺型等。

一般聚氧乙烯型,这种类型的表面活性剂又称聚乙二醇型,是环氧乙烷与含有活泼氢的化合物进行加成反应的产物。
一般多元醇型,这种类型的非离子表面活性剂是乙二醇、甘油季戊四醇、失水山梨醇和蔗糖等含有多个羟基的有机物与高级脂肪酸形成的酯。其分子中的亲水基是羟基,由于羟基亲水性弱所以多作乳化剂使用。这类产物来源于天然产品,具有易生物降解、低毒性的特点,因此多用于食品、化妆品、医药等部门,其中应用较多的是失水山梨醇酯。

2.烷基酚聚氧乙烯醚结构特点、产品性能与用途

烷基酚聚氧乙烯醚(APED)主要产品包括辛基酚聚氧乙烯醚和壬基酚聚氧乙烯醚。作为洗涤剂,分子中加成的环氧乙烷数n=9~12。由于亲水基是由羟基和醚键构成的,而且只在分子的端基存在一个羟基,亲水性很小,要使分子有足够的亲水性,必须增加环氧乙烷加成的分子数n,即含的醚键越多,亲水性越好。因此可通过结合不同的环氧乙烷分子数目来调节亲水性。一般得到的环氧乙烷加成产物都是具有不同分子数(n)的混合物,通常n是一个平均值。

对于聚乙二醇型非离子表面活性剂,一个突出的性质表现为具有浊点,这是由它的结构特点所决定的。在无水状态下,聚乙二醇型非离子表面活性剂中的聚氧乙烯链呈锯齿形状态,溶于水后醚键上的氧原子与水中的氢原子形成微弱的氢键,分子链呈曲折状,亲水性的氧原子位于链的外侧,而亚乙基(-CH2CH2-)位于链的内侧,因而链周围恰似一个亲水的整体。

形成氢键的反应是放热的,而且这种氢键结合力较弱,所以聚氧乙烯型非离子表面活性剂水溶液在温度升高时,由于结合的氢键被破坏,使其亲水性减弱,因而由原来的透明溶液变成白色浑浊的乳浊液。而这种变化是可逆的,当温度降低时溶液又恢复透明。将聚氧乙烯型非离子表面活性剂的透明水溶液缓慢加热时,溶液开始呈现白色浑浊的温度称为它的“浊点”。浊点反映非离子表面活性剂亲水性大小,亲水性越大的,浊点也越高。

为保证非离子表面活性剂处于良好的溶解状态,一般应控制在其浊点以下使用,HLB值以及使用性能都与非离子表面活性剂分子中加成的环氧乙烷分子数(n)有一定关系。例如壬基酚与n=9的环氧乙烷反应加成物,当其质量分数为0.2%~10%时的浊点为53℃, HLB值为12,这种产物的渗透力和去污力都很好,乳化力也相当强,因此用途广泛,是洗涤剂的争主要成分;而当环氧乙烷的加成分子数达到12时,HLB值上升到14,浊点上升到70℃,这种产品虽然去污力有所提高,但渗透力稍差;当加成的环氧乙烷HLB值15时,浊点超过100℃,渗透力和去污力都很差,只能作特殊用途的乳化分散剂。因此要根据实际需要控制环氧乙烷的加成分子数。

水合后(与水松弛结合)成为曲折型聚氧乙烯链的非离子表面活性剂(水溶液中状态)。

当加入无机盐或阴离子表面活性剂与非离子表面活性剂复配时,对它的浊点会有影响。由于无机盐的存在不利于非离子表面活性剂中聚氧乙烯链与水之间氢键形成而造成脱水现象,所以会降低非离子表面活性剂在水中溶解度和浊点。而加入阴离子表面活性剂与之复配时,由于协同作用会使非离子表面活性剂浊点上升,扩大了它的使用温度范围。这些在实际应用中都应注意。

浊点的测定方法:称取试样1g,溶解后配成1%水溶液,倒入大试管内(直径26mm,高200mm),使管内液面高为50mm,然后将大试管在甘油浴中缓缓升温,仔细观察透明度的变化,边加热边用搅拌器上下搅动,当试液变成浑浊时,此时管内温度计读数,即为浊点。然后将大试管取出降温,并记下恢复透明时的温度,用于比较。浊点高于100℃的在封闭管内测定,对于很低的浊点,可置于丁基二乙二醇或乙醇液内进行。对于特别低的浊点产品,可测定其浊点滴定值,即将1g表面活性剂溶液约在10mL丙醇内,在(30±1)℃缓缓滴加蒸馏水至出现浑浊为止。

工业上使用的烷基酚聚氧乙烯醚商品主要有OP系列和TX系列产品。如OP-10是一种纺织业常用的扩散、匀染、乳化润湿剂。TX-10的分子结构属于辛基酚聚氧乙烯醚中的一种。TX后面的数字随环氧乙烷加成数而改变。由于合成这类化合物时环氧乙烷加成数是可以根据工艺条件调节的。随着分子中环氧乙烷加成数的增加,表面活性剂从亲油向亲水逐渐变化,随着HLB值的变化,可做成乳化剂、润湿剂、洗涤剂、增溶剂等多种不同用途的品种。烷基碳链含8~12个碳原子的烷基酚加成9个环氧乙烷分子得到的产物的洗涤性能最好,是常用的洗涤剂产品。

3.高碳脂肪醇聚氧乙烯醚结构特点、产品性能与用途

高碳脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)分子式为CmH2m+1O(C2H4O)nH,上面介绍的烷基酚聚氧乙烯醚是一种用途广泛的非离子表面活性剂,但由于它的生物降解性差,已有减少使用的趋势,而主要改用生物降解性能好的碳脂肪醇聚氧乙烯醚。AEO以去污力强、耐硬水、低温洗涤效果好、配伍能力强、生物降解快等优异的综合性能,从而成为迅猛发展的一类聚氧乙烯型非离子表面活性剂,也是非离子表面活性剂中品种最多、产量最大、地位最重要的一类。

高碳脂肪醇聚氧乙烯醚的水溶性受醇结构中碳原子数和加成的环氧乙烷分子数的影响很大。通常使用的脂肪醇含碳原子数在12~18之间,如果饱和十元醇的碳原子数比加成的环氧乙烷分子数多三个的话,一般在常温下都是可溶于水的,例如月桂醇(十二碳醇)加成9个增环氧乙烷分子的产物,鲸蜡醇(十六碳醇)加成13个环氧乙烷分子的产物都是常温下水溶性很好的,但鲸蜡醇加成11个环氧乙烷分子的产物水溶性较差,要加热到较高温度才能有较好的洗净能力。

而含有碳数为18的高碳不饱和醇,十八碳-9-烯醇(油醇)受不饱和基团的影响,加成12个环氧乙烷的产物水溶性很好,并有较好的洗净能力,而它的15~20个环氧乙烷加成物、去污力和渗透力虽较差,但却适合作乳化剂、分散剂以及和碱合用的洗涤剂。

由于高碳脂肪醇聚氧乙烯醚在低于它浊点的温度下有良好的洗涤去污能力,所以用它配制的洗涤剂能满足低温低泡耐硬水的要求。

AEO产品的最大特点是化学稳定性好,在热稀碱、酸及氧化剂中均稳定。工业上使用的这类产品商品名为平平加O[C18H36O(CH2CH2O)15H]、匀染剂O[C12H25O(CH2CH2O)22H]、渗透剂JFC[C7~9H15~19O(CH2CH2O)5H]等。以脂肪醇烷基链链含12~14个碳原子加成10个左右环氧乙烷的产物洗涤去污能力最好,是常用的洗涤剂成分。AEO产品,目前最主要的工业和民用非离子表面活性剂原料,被广泛应用于乳化剂、分散剂、润湿剂和洗涤剂、化妆品等领域。

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