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          非離子表面活性劑

          來源:admin 發布時間:2018-10-30 次瀏覽

          非離子表面活性劑

           

          在水溶液中不產生離子的表面活性劑。非離子表面活性劑在水中的溶度是由于分子中具有強親水性的官能團,非離子表面活性劑在數量上僅次于陰離子表面活性劑,是一類大量使用的重要品種,隨著石油工業的發展,所用原料環氧乙烷成本的不斷降低,它的產量還會不斷提高。

          基本簡介編輯

          英文:

          非離子表面活性劑溶于水時不發生解離,其分子中的親油基團與離子型表面活性劑的

          非離子表面活性劑

          親油基團大致相同,其親水基團主要是由具有一定數量的含氧基團(如羥基和聚氧乙烯鏈)構成。近20多年來,非離子表面活性劑發展極為迅速,應用越來越廣泛,今后數年仍會保持這一勢頭。

          由于非離子表面活性劑在溶液中不是以離子狀態存在,所以它的穩定性高,不易受強電解質存在的影響,也不易受酸、堿的影響,與其他類型表面活性劑能混合使用,相容性好,在各種溶劑中均有良好的溶解性,在固體表面上不發生強烈吸附。

          非離子表面活性劑大多為液態和漿狀態,它在水中的溶解度隨溫度升高而降低。非離子表面活性劑具有良好的洗滌、分散、乳化、起泡、潤濕、增溶、抗靜電、勻染、防腐蝕、殺菌和保護膠體等多種性能,廣泛地用于紡織、造紙、食品、塑料、皮革、毛皮、玻璃、石油、化纖、醫藥、農藥、涂料、染料、化肥、膠片、照相、金屬加工、選礦、建材、環保、化妝品、消防和農業等各方面。

          非離子表面活性劑按親水基團分類,有聚氧乙烯型和多元醇型兩類。

          基本用途編輯

          非離子表面活性劑在水中不發生電離,是以羥基(一OH)或醚鍵(R—O—R′)為親水基的兩親

          非離子表面活性劑

          結構分子,由于羥基和醚鍵的親水性弱,因此分子中必須含有多個這樣的基團—才表現出一定的親水性,這與只有一個親水基就能發揮親水性的陰離子和陽離子表面活性劑是大不相同的。正是由于非離子表面活性劑具有在水中不電離的特點,決定了它在某些方面較離子型表面活性劑優越,如在水中和有機溶劑中都有較好的溶解性,在溶液中穩定性高,不易受強電解質無機鹽和酸、堿的影響。由于它與其他類型表面活性劑相容性好,所以??梢院芎玫鼗旌蠌团涫褂?。非離子表面活性劑有良好的耐硬水能力,有低起泡性的特點,因此適合作特殊洗滌劑。由于它具有分散、乳化、泡沫、潤濕、增溶多種性能,因此在很多領域中都有重要用途。

          產品介紹編輯

          非離子聚丙烯酰胺是水溶性的高分子聚合物或聚電解質。由于其分子鏈中含有一定數量的極性基團,它能通過吸附水中懸浮的固體粒子,使粒子間架橋或通過電荷中和使粒子凝聚形成大的絮凝物。所以,它可加速懸浮液中粒子的沉降,有非常明顯的加快溶液澄清,促進過濾等效果。主要用于各種工業廢水的絮凝沉降,沉淀澄清處理。如造紙與紙漿廢水廢水處理,選礦與金屬冶煉過程的廢水處理,鋼鐵廠和石材加工廠的廢水處理等。

          產品性能指標

          外觀:白色顆粒

          固含量:≥88%

          分子量:200-1200萬

          荷密度:< 5.0(Mole %)

          產品特點編輯

          1、 水溶性好,在冷水中也能完全溶解。

          2、 添加少量非離子聚丙烯酰胺,即可受到極大的絮凝效果。一般只需添加0.01~10ppm(0.01~10g/m3),即可充分發揮作用。

          3、 同時使用非離子聚丙烯酰胺和無機絮凝劑(聚合硫酸鐵,聚合氯化鋁,鐵鹽等),可顯示出更大的效果。

          技術參數編輯

          PH (0.1%SOL):7.0 ~ 8.0

          離子性 : 非離子

          水溶液粘度 (0.1%SOL): 300 ~ 550( CPS)

          水份 10 %以下

          殘留單體(monomer) 0.2 %以下

          產品分類編輯

          非離子表面活性劑按親水基團分類,有聚氧乙烯型和多元醇型兩類。

          聚氧乙烯型

          這種類型的表面活性劑又稱聚乙二醇型,是環氧乙烷與含有活潑氫的化合物進行加成反應的產物;

          ⑴烷基酚聚氧乙烯醚

          烷基酚聚氧乙烯醚(APEO) 主要產品包括辛基酚聚氧乙烯醚, 和壬基酚聚氧乙烯醚。作為洗滌劑,分子中加成的環氧乙烷數n=9~12。由于親水基是由羥基和醚鍵構成的,而且只在分子的端基存在一個羥基,親水性很小,要使分子有足夠的親水性,必須增加環氧乙烷加成的分子數n,即含的醚鍵越多,親水性越好。因此可通過結合不同的環氧乙烷分子數目來調節親水性。一般得到的環氧乙烷加成產物都是具有不同分子數(n)的混合物,通常n是一個平均值。

          壬基酚聚氧乙烯醚向加成環氧乙烷分字產物的HLB值,HLB值越大親水性越好。

          對于聚乙二醇型非離子表面活性劑,一個突出的性質表現為具有濁點,這是由它的結構特點所決定的。在無水狀態下,聚乙二醇型非離子表面活性劑中的聚氧乙烯鏈呈鋸齒形狀態,溶于水后醚鍵上的氧原子與水中的氫原子形成微弱的氫鍵,分子鏈呈曲折狀,親水性的氧原子位于鏈的外側,而次乙基 (—CH2CH2—)位于鏈的內側,因而鏈周圍恰似一個親水的整體。

          形成氫鍵的反應是放熱的,而且這種氫鍵結合力較弱,所以聚氧乙烯型非離子表面活性劑水溶液在溫度升高時,由于結合的氫鍵被破壞,使其親水性減弱,因而由原來的透明溶液變成白色混濁的乳濁液。而這種變化是可逆的,當溫度降低時溶液又恢復透明。將聚氧乙烯型非離子表面活性劑的透明水溶液緩慢加熱時,溶液開始呈現白·色混濁的溫度稱為它的“濁點”。濁點反映非離子表面活性劑親水性大小,親水性越大的,濁點也越高。為保證非離子表面活性劑處于良好的溶解狀態,一般應控制在其濁點以下使用,HLB值以及使用性能都與非離子表面活性劑分子中加成的環氧乙烷分子數(n)有一定關系。例如壬基酚與n=9的環氧乙烷反應加成物,當其質量分數為0.2%~10%時的濁點為53℃,HLB值為12,這種產物的滲透力和去污力都很好,乳化力也相當強,因此用途廣泛,是洗滌劑的爭主要成分;而當環氧乙烷的加成數達到12擴時,HLB值上升到14,濁點上升到70℃,這種產品雖然去污力有所提高,但滲透力稍差;當加成的環氧乙烷n&gt;15時,濁點超過i00℃,滲透力和去污力都很差,只能做特殊用途的乳化分散劑。因此要根據實際需要控制環氧乙烷的加成數。

          水合后(與水松弛結合)成為曲折型聚氧乙烯鏈的非離子表面活性劑(水溶液中狀態)

          當加入無機鹽或陰離子表面活性劑與 非離子表面活性劑復配時,對它的濁點會有影響。由于無機鹽的存在不利于非離子表面活性劑中聚氧乙烯鏈與水之間氫鍵形成而造成脫水現象,所以會降低非離子表面活性劑在水中溶解度和濁點i而加入陰離子表面活性劑與之復配時,由于協同作用會使非離子表面活性劑濁點上升,擴大了它的使用溫度范圍。這些在實際應用中都應注意。

          濁點的測定方法,稱取試樣1g,溶解后配成1%水溶液,倒人大試管內(直徑26mm,高200mm),使管內液面高為SOmm,然后將大試管在甘油浴中緩緩升溫,仔細觀察透明度的變化,邊加熱邊用攪拌器上下攪動,當試液變成混濁時,此時管內溫度計讀數,即為濁點。然后將大試管取出降溫,并記下恢復透明時的溫度,以資比較。濁點高于100℃的在封閉管內測定,對于很低的濁點,可置于丁基二乙二醇或乙醇液內進行。對于特別低的濁點產品,可測定其濁點滴定值,即將1g表面活性劑溶液約在10mL丙醇內,在(30土1)℃緩緩滴加蒸餾水至出現混濁為止。

          工業上使用的烷基酚聚氧乙烯醚商品主要有OP系列和TX系列產品。如OP—10分子結構為 是一種紡織業常用的擴散、勻染、乳化潤濕劑。TX—10的分子結構為 屬于辛基酚聚氧乙烯醚中的一種。TX后面的數字隨環氧乙,烷加成數而改變。由于合成這類化合物時環氧乙烷加成數是可以根據工藝條件調節的。隨著分子中環氧乙烷加成數的增加,表面活性劑從親油向親水逐漸變化,隨著HLB值的變化,可做成乳化劑、潤濕劑、洗滌劑、增溶劑等多種不同用途的品種。烷基碳鏈含8~12個碳原子的烷基酚加成九個環氧乙烷分子得到的產物的洗滌性能良好是常用的洗滌劑產品。



          ⑵高碳脂肪醇聚氧乙烯醚

          高碳脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO) 上面介紹的烷基酚聚氧乙烯醚是一種用途廣泛的非離子表面活性圖7—13 濁點的測定劑,但由于它的生物降解性差,已有減少使用的趨勢,而主要改用生物降解性能好的碳脂肪醇聚氧乙烯醚。

          高碳脂肪醇聚氧乙烯醚的水溶性受醇結構中碳原子數和加成的環氧乙烷分子數的影響很大。通常使用的脂肪醇含碳原子數在12一18之間,如果飽和十元醇的碳原子數比加成的環氧乙烷分子數多三個的話,一般在常溫下都是可溶于水的,例如月桂醇(十二碳醇)加成9個增環氧乙烷分子的產物,鯨蠟醇(十六碳醇)加成13個環氧乙烷分子的產物都是常溫下水溶性很好的,但鯨蠟醇加成11個環氧乙烷分子的產物水溶性較差,要加熱到較高溫度才能有較好的洗凈能力。

          而含有碳數為18的高碳不飽和醇,十八碳—9—烯醇(油醇)受不飽和基團的影響,加成12個環氧乙烷的產物水溶性很好,并有較好的洗凈能力而它的15~20個環氧乙烷加成物、去污力和滲透力雖較差,但卻適合作乳化劑、分散劑以及和堿合用的洗滌劑。

          由于高碳脂肪醇聚氧乙烯醚在低于它濁點的溫度下有良好的洗滌去污能力,所以甩它配I制的洗滌劑能滿足低溫低泡耐硬水的要求。

          AEO產品的最大特點是化學穩定性好在熱稀堿、酸及氧化劑中均穩定。工業上使用的這類產品商品名為平平加O(C18H35O (CH2CH2O)15H)、勻染劑O(C12H250 (CH2CH20)22H)滲透劑JFC(C7~9H15~19O (CH2CH20)5H)等。以脂肪醇烷基鏈鏈含12~14個碳原子加成10個左右環氧乙烷的產物洗滌去污能力最好,是常用的洗滌劑成分。



          ⑶脂肪酸聚氧乙烯酯

          脂肪酸聚氧乙烯酯(AE) 脂肪酸在催化劑的作用下可以與環氧乙烷加成,形成親I水基與疏水基由酯鍵連接的聚氧乙烯型非離子表面活性劑。但與上述兩類以醚鍵結合的非離子表面活性劑不同,由于醚鍵易于水解,所以這類化合物在強堿溶液中使用時會水解變成肥皂。這類化合物與高級醇或烷基酚的環氧乙烷加成物相比,一般滲透力、去污力都差些,因此不適合做洗滌劑,主要做乳化劑、分散劑、,染色助劑等。工業上使用的這類化合物如柔軟劑。



          ⑷脂肪酸甲酯乙氧基化物

          脂肪酸甲酯乙氧基化物(FMEE),由脂肪酸甲酯在催化劑作用下,與環氧乙烷加成,與脂肪酸的聚氧乙烯醚相比,酯基更加穩定,特別是在耐酸耐堿性能上有較大提高。

          FMEE的原料為脂肪酸甲酯,脂肪酸甲酯本身為一類消泡劑,乙氧基化后的脂肪酸甲酯仍然具有低泡沫的特點。FMEE主要作為一種高效的凈洗劑,具有低泡沫、高濁點、凈洗性能優異,特別是具有出色的分散性能,良好的分散性在工業生產中非常重要,在工作液浴比越來越小的發展趨勢下,能夠有效防止工作液中的污垢聚集成團,甚至反沾污設備或加工的物料[1]  。

          商品化的FMEE為7mol的EO加成數,屬于親水性表面活性劑,FMEE無法獲得低于7mol的EO加成數產品如FMEE的3EO、5EO等產品,限制了FMEE作為親油性表面活性劑在乳化領域的應用。



          ⑸聚丙二醇的環氧乙烷加成物

          聚丙二醇的環氧乙烷加成物(聚醚型非離子表面活性劑)、這是由環氧丙烷通過加成聚合反應生成聚丙二醇,它是相對分子質量為1000—2500的化合物,由于分子中甲基的空間障礙,它的水溶性很小而適合作表面活性劑的親油基原料。當聚丙二醇與環氧乙烷加成或與環氧乙烷和環氧丙烷共聚時形成聚氧乙烯、聚氧丙烯相嵌的共聚物高分子表面活性劑,這類產品稱為聚醚型非離子表面活性劑,通式為RO(C3H60)m(C2H4O)nH。

          此表面活性劑的親油性(疏水性)和親水性的大小可通過調節聚氧乙烯和聚氧丙烯的比例加以控制。不同比例和不同聚合方式得到各種不同性能的表面活性劑。聚醚型非離子表面活性劑在很低濃度時就有降低界面張力的能力可以做W/O型及O/W型乳狀液的乳化劑,對硬水中鈣皂有分散作用并有良好的增溶作用,有的可做消泡劑、抑泡劑。

          聚醚型非離子表面活性劑具有無臭、無毒、無刺激性的特點,對化學試劑有良好的穩定性是一種新型的非離子表面活性劑。


          (6)聚氧乙烯化的離子型表面活性劑

          聚氧乙烯化的離子型表面活性劑 脂肪醇聚氧乙烯醚或烷基酚聚氧乙烯醚分子端基上的羥基可與硫酸或磷酸發生酯化反應,因此可以制成醇醚硫酸鹽或醇醚磷酸鹽等非離子—陰離子混合表面活性劑;

          醇醚硫酸鹽(AES)比硫酸酯鹽型陰離子表面活性劑(AS)在常溫下有更好的水溶性,也不像脂肪醇聚氧乙烯醚(AE)存在濁點在高溫下會從水中析出,所以是一種在水中有著很好溶解性,對鈣皂有較好分散能力,有較好起泡能力、抗硬水、抗無機鹽能力的優良表面活性劑。

          醇醚磷酸鹽的洗凈去污能力比磷酸酯鹽陰離子表面活性劑有明顯提高并具有凈洗能力高、低泡、耐堿、耐硬水和電解質以及耐高溫等特性。把脂肪醇聚氧乙烯醚磺化并中和則可得到醇醚磺酸鹽型非離子—陰離子混合表面活性劑,

          SO2Cl2 Na2SO3

          R(OCH2CH2)nOH————&gt;R(0CH2CH2)nC1————&gt;R(OCH2CH2)nSO3Na

          80~86℃ 155℃,1MPa

          產品對酸、堿、無機鹽的穩定性都很好。

          用高級脂肪胺的環氧乙烷加成物季銨化可以得到非離子—陽離子的混合型表面活性劑,其結構如 ,這種產物具有陽離子和非離子表面活性劑的特點,可作抗靜電劑、乳化劑、分散劑等。[1] 

          多元醇型

          多元醇型非離子表面活性劑是乙二醇、甘油季戊四醇、失水山梨醇和蔗糖等含有多個羥基的有機物與高級脂肪酸形成的酯。其分子中的親水基是羥基,由于羥基親水性弱所以多做乳化劑使用。這類產物來源于天然產品,具有易生物降解、低毒性的特點,因此多用于禽磁涸醫藥等部門,其中應用較多的是失水山梨醇酯。

          ⑴失水山梨醇酯

          失水山梨醇酯 山梨醇是由葡萄糖加氫制得的多元醇,分子中有六個羥基。山梨醇在適當條件下可脫水生成失水山梨醇和二失水山梨醇。

          失水山梨醇分子中剩余的羥基與高級脂肪酸發生酯化反應得到失水山梨醇酯是多元醇表面活性劑。產物實際上是單酯,雙酯和三酯的混合物;脂肪酸可采用月桂酸,棕櫚酸,脂肪酸和油酸,其相應單酯的商品代號分別叫Span(司盤)-20、40、60、80。

          若把司盤類多元醇表面活性劑再用環氧乙烷作用就得到相應的吐溫(Tween)類非表面活性劑。由于聚氧乙烯鏈的引入可以提高其水溶性,如由一個Span—60分子和20個環氧乙烷勞劃子加成得到的Tween—60。

          Span和Tween系列非離子表面活性劑都是工業生產中常用的乳化劑。表7—工2列有司盤劃

          和吐溫乳化劑的商品名稱、化學組成和HLB值。

          ⑵蔗糖酯

          蔗糖酯蔗糖酯是蔗糖脂肪酸酯的簡稱。蔗糖(C12H22011)是一個葡萄糖分子與一個果糖分子縮合的產物,分子中有多個自由羥基,因此有良好的水溶性,能與高級脂肪酸發生酯化反應:

          K2CO3

          RCOOCH3+C12H22011=========RCOOC12H21O10+CH3OH

          減壓,90~100℃

          (脂肪酸甲酯) (蔗糖) (蔗糖脂肪酸單酯)

          由于蔗糖酯有易于生物降解,可為人體吸收,對人體無害,不刺激皮膚的特點,因此大量用于食品和化妝晶中作乳化劑等添加劑,也,可用作低泡沫洗滌劑成分。

          3. 烷基醇酰胺型

          烷基醇酰胺是脂肪酸與乙醇胺的縮合產物。脂肪酸通常為椰子油酸、脂肪酸或月桂酸,乙醇胺為單乙醇胺或二乙醇胺。

          乙醇胺是二、三乙醇胺的通稱,當氨與環氧乙烷反應時,氨分子中的三個活潑氫會被羥乙基取代而形成單乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺:

          其中比較重要的是月桂酸、椰子油酸、油酸和硬脂酸與-a,醇胺反應的產物。有脂肪酸與二乙醇胺分子比為I:1及1:2的兩種產物,當lmol脂肪酸與2mol二乙醇胺反應時得到一種水溶性烷基醇酰胺產物,商品名為尼納爾(Ninol),6501,2:1型烷醇酰胺。

          4. 非離子氟碳表面活性劑

          非離子氟碳表面活性劑在水溶液中不電離,其極性基通常由一定數量的含氧醚鍵和/或羥基構成。含氧醚鍵通常為聚氧乙烯基(polyoxyethylene)鏈或聚氧乙烯基片段或聚氧丙烯基(polyox—propylene)片段組成。這些極性基的長度是可以調節的,極性基長度的改變可改變非離子氟碳表面活性劑的親水親油平衡(Hy-drophile Lipophile Balance,即HLB)值,而非離子氟碳表面活性劑的HLB值對其所在體系的界面性質及乳液的穩定性有很大的影響。在本質上聚氧乙烯基或聚氧丙烯基的長短直接影響了分子中“過渡段”的長短,因此影響了氟碳表面活性劑的表面活性行為,這將在氟碳表面活性劑結構特點章節中詳細討論。所以使用非離子氟碳表面活性劑可以選擇其極性基的長度以達到滿意的應用效果。由于非離子氟碳表面活性劑在水溶液中不是離子狀態,所以穩定性高,不易受到電解質及某些無機鹽類存在的影響,pH值的變化對非離子氟碳表面活性劑也無明顯影響。非離子氟碳表面活性劑易溶于水溶液,既可溶解于酸性介質也可溶解于堿性介質,比之于離子表面活性劑更易溶于有機溶劑,與離子表面活性劑及兩性表面活性劑有良好的相溶性。非離子氟碳表面活性劑不含帶電荷的表面活性離子,這使其不易優先在帶負電荷的表面吸附。當然,對這一性質也不能籠統說其利弊,取決于應用的條件。

          在說明非離子氟碳表面活性劑因其不存在離子狀態而穩定的同時,還必須指出,這一類氟碳表面活性劑的極性基部分都是普通的碳氫化合物結構,且往往有相當的長度,所以與羧酸鹽或磺酸鹽極性基相比,其化學穩定性要差一些,因而限制了非離子氟碳表面活性劑在強氧化介質中的使用。[1] 

          作用機理編輯

          由于非離子聚丙烯酰胺(NPAM)是高分子聚合物或聚電解物,其分子鏈中含有一定量極性基團能吸附水中懸浮的固體粒子,使粒子間架橋形成大的絮凝物。它加速懸浮液中的粒子的沉降,有非常明顯的加快溶液的澄清,促進過濾等效果。

          制備原理編輯

          非離子PAM微乳液制備條件:用SPAN-TWEEN復合乳化劑作為PAM為乳液的乳化劑,HLB6~10,

          乳化劑用量6%~10%(質量分數)單體濃度40%~60%(物質量分數),聚合溫度10~30C,油水摩爾

          比0.9:1~1.1:1,可制備出PAM有效含量20%~30%(質量分數)的反相微乳液。

          使用原則編輯

          1、顆粒狀聚丙烯酰胺絮凝劑不能直接投加到污水中。使用前必須先將它溶解于水,用其水溶液去處理污水。

          2、溶解顆粒狀聚合物的水應該是干凈(如自來水),不能是污水。常溫的水即可,一般不需要加溫。水溫低于5℃時溶解很慢。水溫提高溶解速度加快,但40℃以上會使聚合物加快降解,影響使用效果。一般自來水都適合于配制聚合物溶液。強酸、強堿、高含鹽的水不適于用來配制。

          3、聚合物溶液濃度的選擇,建議為0.1%—0.3%,即1升水中加1g—3g聚合物粉劑

           



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