洗滌用表面活性劑的類型（二）

2  陽離子表面活性劑
    陽離子表面活性劑溶于水則發生離解，形成的陽離子具有表面活性，其親水基可以含氮、磷或硫，但目前工業上具有實際意義的主要是含氮的陽離子表面活性劑。在含氮的陽離子表面活性劑中，按氮原子在分子結構中的位置又可分為胺鹽、季銨鹽、氮苯和咪唑啉四類，其中以季銨鹽類用途廣，其次是胺鹽類。陽離子表面活性劑具有許多優越性能，除可做纖維用柔軟劑、抗靜電劑、防水劑和染色助劑外，還可用作礦物浮選劑以及殺菌劑、防銹劑和特殊乳化劑等。
2.1  胺鹽型陽離子表面活性劑
    按氮原子上的有機取代基數胺鹽可分為伯胺鹽、仲胺鹽和叔胺鹽三種，它們在性質上非常接近，且往往混合在一起，所以統稱為胺鹽型陽離子表面活性劑。這類表面活性劑的憎水基碳數在12～18之間。其主要用途是作纖維助劑、礦物浮選劑、分散劑、乳化劑和防銹劑。胺鹽型陽離子表面活性劑按化學結構可分為烷基胺鹽型、氨基醇脂肪酸衍生物型、多胺脂肪酸衍生物型和咪唑啉型四種。
(1)烷基胺鹽型陽離子表面活性劑脂肪酸或脂肪酸酯與氨共熱生成脂肪酸銨，再經加氫還原即得到脂肪族高級胺。脂肪胺與鹽酸作用，生成脂肪胺鹽酸鹽。同樣仲胺、叔胺與鹽酸中和形成相應的仲胺鹽酸鹽和叔胺鹽酸鹽。適合制造烷基胺鹽型陽離子表面活性劑的胺有十二烷基胺和十八烷基胺，這類表面活性劑可用作作乳化劑、破乳劑、防銹劑、礦物浮選劑、纖維助劑和顏料分散劑等。
(2)氨基醇脂肪酸衍生物型陽離子表面活性劑  硬脂酸與三乙醇胺加熱縮合成叔胺酯，再以甲酸中和，即制得氨基醇脂肪酸衍生物型陽離子表面活性劑。該產品商品名為Soromine A。這種表面活性劑主要用作纖維柔軟劑。其不足之處是連接在疏水基上的酯鍵易發生水解。
    (3)多胺脂肪酸衍生物型陽離子表面活性劑  硬脂酸與N，N-二乙基乙二胺加熱縮合成酰胺型叔胺，再用乙酸中和，即制得該種陽離子表面活性劑，商品名稱為Sapamine A。Sapamine A分子中疏水基與酰胺鍵相連，故不發生水解。該產品主要用作纖維柔軟劑。Sapamine有多種型號產品，例如Sapamine CCH是鹽酸鹽。美國Arnold Hoffman公司在1940年開發出Ahcove1系列陽離子柔軟劑，其中代表性的是Ahcove1 A，它是由硬脂酸先與氨基乙基乙醇胺加熱縮合，然后與尿素再縮合，用乙酸中和而制得。除Ahcove1 A外，還有Ahcove1 G，其組成與A型基本相同，Ah—cove1型產品作為纖維柔軟劑使用性能極佳。
    (4)咪唑啉型陽離子表面活性劑  N-羥乙基乙二胺或多亞乙基多胺類與脂肪酸在200～250℃下進行反應，即可制得咪唑啉衍生物的新胺，再以鹽酸中和得咪唑啉型陽離子表面活性劑。這種類型的表面活性劑可用作纖維柔軟劑。而咪唑啉衍生物可用作合成季銨鹽和兩性表面活性劑的中間體，也可用作破乳劑。
2.2  季銨鹽型陽離子表面活性劑
從結構上看，季銨鹽型陽離子表面活性劑是銨鹽的4個氫原子被有機基團取代而形成的，通常是用叔胺與烷基化劑進行反應制得。所用的烷基化劑有：氯甲烷、芐基氯等鹵代烷；硫酸二甲酯等硫酸二烷酯；環氧乙烷等環氧化物；對甲苯磺酸甲酯等磺酸酯。分別用這些烷基化劑與叔胺反應可獲得相對應的季銨鹽型表面活性劑。季銨鹽陽離子表面活性劑的堿性較強，在堿性溶液中不產生游離胺，性質穩定。季銨鹽型陽離子表面活性劑有許多優良性能，可用作纖維的抗靜電劑、柔軟劑、緩染劑、固色劑等，還可用作殺菌消毒劑和發用化妝品的護發劑等。按結構，季銨鹽型陽離子表面活性劑可分為烷基三甲基銨鹽型、二烷基二甲基銨鹽型、烷基二甲基芐基銨鹽型、吡啶鈴鹽型、烷基異喹啉鑄鹽型和芐索氯銨等6種。
(1)烷基三甲基銨鹽型陽離子表面活性劑  烷基三甲基銨鹽是以高級脂肪胺與氯甲烷在氫氧化鈉存在下進行反應制得的。這種表面活性劑的代表性產品為十二烷基三甲基氯化銨，易溶于水，呈透明狀，具有良好的表面活性，可用作洗發劑、殺菌洗滌劑、聚苯乙烯樹脂等外部涂敷用抗靜電劑、纖維用抗靜電劑、勻染劑、破乳劑和分散劑等。
    (2)二烷基二甲基銨鹽型陽離子表面活性劑  二烷基二甲基銨鹽是以二烷基胺或者二烷基甲基胺與氯甲烷，在氫氧化鈉存在下進行反應制得的。這種表面活性劑可作為洗發劑或家用纖維制品的柔軟劑，性能良好，現已廣泛使用。
    (3)烷基二甲基芐基銨鹽型陽離子表面活性劑  烷基二甲基芐基氯化銨是以烷基二甲基叔胺與氯化芐反應制得的。其中有代表性的是十二烷基二甲基芐基氯化銨，易溶于水，呈透明狀，含量為萬分之幾即有殺菌消毒能力，對皮膚無刺激，無毒性，對金屬不腐蝕，即使在沸水中亦穩定，其殺菌力隨pH值升高而增大，此外還具有良好的發泡力。
    (4)吡啶鐐鹽型陽離子表面活性劑  吡啶錨鹽是以吡啶與烷基鹵反應制得的。屬于這類表面活性劑的有氯化十六烷基吡啶鈴、溴化十六烷基吡啶镥、氯化十七酰甲胺基吡啶鈴、氯化十二烷基吡啶錨、氯化芐基吡啶錨等。它們主要用作纖維防水劑、染色助劑和殺菌劑，用量均較小。
    (5)烷基異喹啉鎵鹽型陽離子表面活性劑該品為良好的殺菌劑，也可配入去頭屑用的香波或護發劑中。
    (6)芐索氯銨型陽離子表面活性劑  芐索氯銨與烷基二甲基辛基氯化銨的性質相同，主要用作殺菌劑。
3  兩性表面活性劑
兩性表面活性劑廣義地講是指在同一分子中兼有陰離子性和陽離子性，以及在非離子性親水基中有任意一種離子性質的物質。但是，通常主要是指兼有陰離子性和陽離子性親水基的表面活性劑，因此這種表面活性劑在酸性溶液中呈陽離子性，在堿性溶液中呈陰離子性，而在中性溶液中有類似非離子表面活性劑的性質。兩性表面活性劑的陽離子部分可以是胺鹽、季銨鹽或咪唑啉類，陰離子部分則為鹽酸鹽、硫酸鹽、磺酸鹽或磷酸鹽。
    兩性表面活性劑易溶于水，溶于較濃的酸、堿溶液，甚至在無機鹽的濃溶液中也能溶解，難溶于有機溶劑。一般來講，兩性表面活性劑的毒性小，具有良好的殺菌作用，耐硬水性好，與各種表面活性劑的相容性也很好；此外它還有良好的洗滌力和分散力。因此，兩性表面活性劑可用作安全性高的香波用起泡劑、護發劑、纖維的柔軟劑，抗靜電劑、金屬防銹劑等，也可用作殺菌劑以及用于石油工業。
    兩性表面活性劑可分為氨基酸型兩性表面活性劑、甜菜堿型兩性表面活性劑、咪唑啉型兩性表面活性劑和氧化胺等。
3.1   氨基酸型兩性表面活性劑
    氨基酸型兩性表面活性劑是在一個分子中具有銨鹽型的陽離子，和羧酸型的陰離子部分的兩性表面活性劑。現在使用的氨基酸型兩性表面活性劑主要是丙氨酸型的和甘氨酸型的兩類。
    (1)丙氨酸型兩性表面活性劑  丙氨酸型兩性表面活性劑是指伊丙氨酸上的氫為長鏈烷基取代的取代物。其制法是將烷基胺與丙烯酸甲酯在加熱下反應生成月桂基氨基丙酸甲酯，然后用堿處理。此外，由烷基胺與2mol丙烯酸甲酯在加熱下反應生成烷基亞氨二丙酸甲酯，再以堿處理得烷基亞氨二丙酸鈉。
    丙氨酸型兩性表面活性劑易溶于水，偏酸性時呈陽離子活性；偏堿性時呈陰離子活性。在微酸性等電點時，溶解度小，表面張力和滲透力低，去污力差；在偏堿性時去污力強。丙氨酸型兩性表面活性劑具有良好的去污力、起泡力，性溫和，對皮膚刺激性小，可用于生產香波和金屬清洗劑，還可用作染色助劑等。
    (2)甘氨酸型兩性表面活性劑  甘氨酸型兩性表面活性劑是指甘氨酸上的氫為長鏈烷基取代的物質。其制法是將烷基胺(如月桂基胺)與-氯乙酸鈉水溶液反應。此外，將十二烷基氯與二亞乙基三胺反應，然后與-氯乙酸反應可制得十二烷基二(氨乙基)甘氨酸。
    甘氨酸型兩性表面活性劑性溫和、刺激性和毒性小、殺菌力強，為廣譜性殺菌劑，可用于家庭、食品工業、發酵工業和乳制品業中，也可用作特殊洗滌劑。
3.2   甜菜堿型兩性表面活性劑
    甜菜堿是在分子內以季銨鹽基作為陽離子部分、以羧基作為陰離子部分的化合物，其中代表性的是烷基二甲基甜菜堿兩性表面活性劑，工業上它由烷基二甲基叔胺與鹵代乙酸鹽進行反應制得，烷基的碳數一般為l2～18。碳數為l2的月桂基二甲基甜菜堿易溶于水，是透明狀溶液，具有良好的起泡力和洗滌力，對皮膚刺激性小，耐硬水，可用作香波起泡劑，也可用作染色助劑。碳數為18的硬脂基二甲基甜菜堿有柔軟、潤滑、抗靜電性能，可用作纖維的柔軟劑和潤滑劑，提高手感性能，也可用作護發劑和家庭用柔軟劑的成分。
    如以月桂基二羥乙基叔胺與鹵代乙酸鹽進行反應可制得月桂基二羥乙基甜菜堿。其性質與月桂基二甲基甜菜堿相似，在紡織工業中用作縮絨劑、染色助劑、柔軟劑和抗靜電劑，也用作洗滌劑。甜菜堿型兩性表面活性劑的長鏈也可以不在氮原子上，而在羧基的碳原子上，其制法是長鏈脂肪酸與溴反應生成一溴代脂肪酸，然后與三甲胺反應。
    此外，還有在分子內有磷酸基或磺酸基的甜菜堿型兩性表面活性劑，有磷酸基者稱為磷酸甜菜堿，卵磷脂即屬于此類，有磺酸基者稱為磺酸甜菜堿。
3.3    咪唑啉型兩性表面活性劑
    咪唑啉型兩性表面活性劑的制法是使脂肪酸與氨乙基乙醇胺進行反應，生成咪唑啉中間體，然后再與-氯乙酸鈉在強堿溶液中進行反應。
    咪唑啉型兩性表面活性劑性溫和，對皮膚和眼睛的刺激性小，并有良好的起泡力，廣泛用于嬰兒浴用香波和低刺激性香波中，也用于化妝品和清潔劑制造中，此外還可用作纖維的柔軟劑和抗靜電劑。
3.4  氧化胺
    氧化胺的化學性質與兩性表面活性劑相似，既與陰離子表面活性劑相容，也與陽離子表面活性劑、非離子表面活性劑相容；在中性和堿性溶液中顯示非離子特性，在酸性溶液中顯示出陽離子特性。所以這里將其列入兩性表面活性劑來討論，也有將其作為非離子表面活性劑的。在氧化胺中，是至少有l個長鏈烷基的叔胺氧化物。通常是用叔胺與過氧化氫反應來制得。
    此外，用其他叔胺與過氧化氫反應還制得有烷基二乙醇基氧化胺、烷酰丙胺基二甲基氧化胺和Ⅳ-烷基嗎啉氧化物等。
氧化胺具有良好的發泡、乳化、潤濕、抗靜電和潤滑能力，對皮膚和眼睛刺激性很小。作為增泡劑可配人液體洗滌劑、香波，其效果優于椰子酰二乙醇胺；與季銨復配，可用作化妝品用防腐劑。