烷基硫酸钠的性能及应用
阴离子表面活性剂简介阴离子表面活性剂 英文化学术语： An-ionic surfactant. 表面活性剂的一类。在水中解离后，生成憎水性阴离子。具有较好的去污、发泡、分散、乳化、润湿等特性。广泛用作洗涤剂、起泡剂、润湿剂、乳化剂和分散剂。不可与阳离子表面活性剂一同使用，在水溶液中生成沉淀而失去效力。阴离子表面活性剂在低温下较难溶解，随温度升高溶解度加大，溶解度达到极限时会析出表面活性剂的水合物。但是，水溶液加热至一定温度时，表面活性剂分子发生缔合，溶解度会急剧增大。 阴离子表面活性剂分类：1、羧酸盐 典型的代表品种是肥皂，它是一类脂肪酸的金属盐，通式为RCOOM，碳原子数以12～18为最好。2、硫酸盐 是一类已用很久的阴离子表面活性剂，分子通式R-CH2-O-SO3Na，亲水基-O-SO3Na中的硫原子不与烷基中的碳原子直接相连，因而硫酸盐与磺酸盐相比，稳定性较差，它在酸性或碱性溶液中容易发生水解反应。 3、脂肪醇硫酸盐 又称烷基硫酸盐，是具有较长烷基的高级脂肪醇经硫酸化生成的阴离子表面活性剂。脂肪醇硫酸盐的水溶性、洗净力和乳化性能都比肥皂好，其水溶液呈中性，不损伤羊毛，在硬水中不会象肥皂那样产生沉淀，对皮肤的刺激性小，容易漂洗，生物降解性好。4、硫酸化油 是天然油脂经硫酸化和中和成盐的产物。硫酸化油的亲水性通常都较小，仅能微溶于水或成为乳状液，因此一般不宜用作洗涤剂。5、磺酸盐 产量最大的一类阴离子表面活性剂。磺酸盐分子的通式R-SO3Na。亲水基SO3Na中的硫原子是和烃基中的碳原子直接相连的。它在酸性介质中或加热时均不会发生水解，比硫酸盐稳定。6、烷基萘磺酸盐 是最早合成的品种，所用的原料是萘、异丙醇或丁醇、硫酸，经烷基化、磺化和中和反应便得烷基萘磺酸盐，同时还有少量二烷基及多烷基萘磺酸盐。 7、烷基苯磺酸盐 20世纪30年代末，刚开始发展烷基苯磺酸盐时，将煤油先经氯化制成氯化烷烃，然后作为烷基化剂再与苯合成烷基苯，最后用浓硫酸、发烟硫酸或三氧化硫磺化成为烷基苯磺酸，再经中和成为钠盐成品。 8、烷基磺酸盐 烷基磺酸钠的分子式是R-SO3Na，式中烷基R的碳原子数为12～18。烷基磺酸钠分子是由亲油基（烃链）和亲水基（磺酸基）组成，表面活性强，在碱性、中性和酸性介质中均较稳定，不受硬水影响，且能生物降解，但洗涤能力比肥皂差。烷基硫酸钠阴离子表面活性剂在低温下较难溶解，随温度升高溶解度加大，溶解度达到极限时会析出表面活性剂的水合物。但是，水溶液加热至一定温度时，表面活性剂分子发生缔合，溶解度会急剧增大。阴离子表面活性剂亲水基团的种类有局限，而疏水基团可以由多种结构构成，故种类很多。阴离子表面活性剂一般具有良好的渗透、润湿、乳化、分散、增溶、起泡、抗静电和润滑等性能，用作洗涤剂有良好的去污能力。1．烷基硫酸盐的性能 烷基硫酸盐的化学通式为ROS03M，式中M可以是Na、K、NH4、NH(CH2CH2OH)3，R中的碳原子数为8～18。这类表面活性剂具有良好的起泡能力和洗涤性能，在硬水中稳定，其水溶液呈中性或微碱性，故主要用于洗涤剂中。 烷基硫酸盐是以脂肪醇经硫酸化后，以碱中和而制得。工业上脂肪醇可由油脂或脂肪酸酯通过氢化分解得到，也可由乙烯出发通过齐格勒反应制得，硫酸化剂可采用硫酸、氯磺酸、氨基磺酸、三氧化硫等。烷基硫酸盐的性质受烷基的链长、支化度的影响。实验证明，C12～C14的烷基硫酸盐溶解度高，C12～C16的烷基硫酸盐降低表面张力的能力较强，其中以C14～C15的最强；C12的烷基硫酸盐润湿性最好；C13～C16的烷基硫酸盐洗涤性能优良，与α-烯烃磺酸盐相近；C14～C15的烷基硫酸盐起泡性能好，接近于C14～C16的α-烯烃磺酸盐。 烷基硫酸盐的主要代表是十二烷基硫酸钠(C12H250S03Na)，亦称月桂醇硫酸酯钠，为白色粉末，有特征气味，易溶于水，起泡力强，泡沫丰满、洁白、细密，还有优良的乳化性能和洗涤能力。十八烷基硫酸钠的溶解度较低，起泡力也差，在温度较高时才有较好的洗涤能力。油烯基硫酸钠的烃链中带1个双键，其溶解度高于十八烷基硫酸钠，在低温下也有很好的洗涤性能。由于它具有良好的乳化性、起泡性、可生物降解、耐碱及耐硬水等特点, 广泛应用于化工、纺织、印染、制药、造纸、石油、化妆品和洗涤用品制造等各种工业部门。2．烷基硫酸钠的合成2.1 硫酸合成法硫酸是一种二元酸与醇类发生酯化反应时能生成硫酸单酯和硫酸双酯。硫酸单酯和碱中和生成的盐叫硫酸酯盐。 ROH + HOSO2OH = RO-SO2-OH + H2O （醇） （硫酸） （硫酸单酯） RO-S02OH + MOH = RO-SO2-OMe + H20 （硫酸酯盐） R0-S02-0Me一般写成R-OSO3M形式，有的书上写成RSO4M并简称为烷基硫酸酯盐。它与磺酸盐结构的区别在于硫酸酯盐中的硫原子不与烃基中的碳原子直接相连。它们性质上的最大区别在于硫酸酯盐在酸性条件下可以发生水解。2.2 氯磺酸法氯磺酸与醇反应生成硫酸单烷基酯，再加入碳酸钠水溶液，使其成盐，即生成烷基硫酸钠洗涤剂。由于洗涤剂分子中既含有亲水基团，又含有憎水碳链，在反应的后处理中，单用有机溶剂对产物作萃取分离不易奏效，且极易发生乳化。为此，通常要采用萃取与破乳相结合的方式来提取产物。本实验是以醇为萃取剂，通过加入过量固体碳酸钠，促进有机相与水相的分层，从而萃取出烷基硫酸钠。 由醇与氯磺酸或氨基磺酸作用后经中和而制得。其反应原理如下： ROH + CIS03H → ROS03H + HCl↑ROS03H + NaOH → ROS03Na + H2O 当表面活性剂溶于水中后，不但定向地吸附在溶液表面，而且达到一定浓度时还会在溶液中发生定向排列而形成胶束。表面活性剂为了使自己成为溶液中的稳定分子，有可能采取的两种途径：一是把亲水基留在水中,亲油基伸向油相或空气；二是让表面活性剂的亲油基团相互靠在一起,以减少亲油基与水的接触面积。前者就是表面活性剂分子吸附在界面上，其结果是降低界面张力，形成定向排列的单分子膜，后者就形成了胶束。由于胶束的亲水基方向朝外，与水分子相互吸引，使表面活性剂能稳定溶于水中。 随着表面活性剂在溶液中浓度的增长，球形胶束可能转变成棒形胶束，以至层状胶束。后者可用来制作液晶，它具有各向异性的性质。3.烷基硫酸钠的主要代表名称：十二烷基硫酸钠，Sodium dodecyl sulfate （简称SDS） 别名：椰油醇（或月桂醇）硫酸钠、K12、发泡剂等。 化学式：C12H25—OSO3Na 分子量：平均M=288 性质：白色或淡黄色粉状，易溶于水与阴离子、非离子复配伍性好，稳定性较差，不耐强酸、强碱和高温，生物降解快，对硬水不敏感。是一种无毒的阴离子表面活性剂，具有良好的乳化、发泡、渗透、去污和分散性能。 HLB（表面活性剂为具有亲水基团和亲油基团的两种分子，表面活性剂分子中亲水基和亲油基之间的大小和力量平衡程度的量，定义为表面活性剂的亲水亲油平衡值。亲水亲油转折点HLB为10，小于10为亲油性，大于10为亲水性。）：40，属于亲水基表面活性剂。PH：6.5—7.5；7.5－9.5 熔点（℃）：204—207；180－185 相对密度（水=1）：1.09； 堆积密度：0.25g/mL 危害：对粘膜和上呼吸道有刺激作用，对眼和皮肤有刺激作用。可引起呼吸系统过敏性反应。本品可燃，具刺激性，具致敏性。遇明火、高温可燃。受热分解放出有毒气体。有害燃烧产物：一氧化碳、二氧化碳、硫化物、氧化物。制备方法：大规模生产可用十二醇（月桂醇）与气相SO3硫酸化后在中和而得。 具体工艺过程：R-OH+ SO3→R-O-SO3H+NaOH→R-O-SO3Na SO3气体质量分数为4％－5％, SO3与脂肪醇的摩尔比为（1.02－1.03）：1，由于K12的稳定性较差，硫酸化后必须立刻进行中和。 也可由十二醇（月桂醇）与氯磺酸反应得： C12H25OH+SO3→C12H25OSO3H C12H25OH+ClSO3H→C12H25OSO3H+HCl C12H25OSO3H+NaOH→C12H25OSO3Na+H2O 其副反应为醇和盐酸生成氯烷 ROH + HCl → RCl + H2O，副反应随温度升高而升高，可以通过温度下降或快速移去生成的HCl抑制副产物的生成。 工艺特点：反应装置为管式反应器。首先用HCl把月桂醇进行饱和。用氯磺酸作磺化剂，反应缓和，放热量较小，易控制；产品纯度高；“三废”污染低。在室温条件下 ,烷基硫酸盐在pH 4-10的水溶液中具有相当的耐水解性。 酸性介质促进水解的程度强于碱性介质。但自实用的观点来看 ,在此pH 范围内仍可配制成稳定性相当好的产品。烷基硫酸钠耐水解性强于相应的按 盐, 在酸性介质中尤为明显。随分子中烷基链的增长,耐水解性也相应增加。 在高温高浓度条件下,烷基硫酸盐的水解作用非常显著。3.1十二烷基磺酸钠与十二烷基硫酸钠的区别（1）十二烷基硫酸钠（Sodium Dodecyl Sulfonate,简写为SDS）,又称月桂基硫酸钠.(2) 十二烷基磺酸钠（Sodium Dodecyl Sulfonate,简写亦为SDS）,分子式为CH3(CH2)10CH2SONa；分子量为272.38。CAS号：2386-53-0 分子式 ：CH3(CH2)11SO3Na分子量 ：272.38 纯度 ：98.50%等级：AR 包装容器：塑料瓶性状描述:白色或浅黄色结晶或粉末，易溶于热水，溶于热乙醇，不溶于石油醚。属阴离子表面活性剂 ，具有优异的渗透、洗涤、润湿、去污和乳化作用（3）区别：化学式：CH3-(CH2)10-CH2-O-SO3Na 十二烷基硫酸钠CH3-(CH2)11-SO3Na 十二烷基磺酸钠这两种物质都是阴离子表面活性剂,都是固体，其中十二烷基硫酸钠是常用的生化和免疫实验，而十二烷基磺酸钠因其制造及性能上的一些缺点，几乎没有在医学、生物学实验室使用。分子式上，烷基硫酸钠的烷基是与氧原子相连，而，烷基磺酸钠的氧原子与硫原子直接相连。烷基硫酸钠的水溶性较好。十二烷基磺酸钠去污力较好，是洗洁精、洗衣粉主要去污成分。十二烷基硫酸钠又称K12，发泡性较好，去污力比十二烷基磺酸钠弱，常用在牙膏、洗发水等产品。4．烷基硫酸钠的应用 十二烷基硫酸钠是一种白色或淡黄色微粘物，工业上常用于洗涤剂和纺织工业。属阴离子表面活性剂。易溶于水，与阴离子、非离子复配伍性好，具有良好的乳化、发泡、渗透、去污和分散性能，广泛用于牙膏、香波、洗发膏、洗发香波、洗衣粉、液洗、化妆品和塑料脱模，润滑以及制药、造纸、建材、化工等行业。【用途一】用作洗涤剂和纺织助剂，也用作牙膏起泡剂、矿井灭火剂、乳液聚合乳化剂、羊毛净洗剂等。【用途二】用作阴离子型表面活化剂、乳化剂及发泡剂。【用途三】GB 2760-96规定为食品工业用加工助剂。发泡剂；乳化剂；阴离子型表面活性剂。用于蛋糕、饮料、蛋白、鲜果、果汁饮料、食用油等。【用途四】用作药物、化妆品、合成树脂的乳化剂。牙膏、灭火器的发泡剂。用作丝毛类精品织物的洗涤剂。金属选矿的浮选剂。【用途五】用作洗涤和纺织助剂，也用作牙膏发泡剂，灭火泡沫液，乳液聚合乳化剂，医药用乳化分散剂，洗发剂等化妆制品，羊毛净洗剂。【用途六】生化分析，电泳，离子对试剂。蛋白质的电泳迁移率在一般的电泳方法中，主要取决于它在某ph下所带的净电荷量、分子大小（即分子量）和形状的差异性，而sds-聚丙烯酰胺凝胶电泳对大多数蛋白质，主要取决于它们的分子量，与原有的电荷量和形状无关。 SDS是一种阴离子表面活性剂，在一定的条件下，它能打开蛋白质氢键和疏水键，并按比例地结合到这些蛋白质分子上形成带负电荷的蛋白质-sds复合物，每克蛋白质一般结合1.4克sds。sds与蛋白质的定比结合使蛋白质-sds复合物均带上相同的负电荷，其量远远超过蛋白质原有的电荷量，因而掩盖了蛋白质间原有的电荷差异。在水溶液中，蛋白质-sds复合物具有相同的构象，近似雪茄烟形的长椭园棒（短轴均为1.8nm，长轴则随蛋白质的分子量成正比变化），克服了蛋白质间原有的形状差异。这样蛋白质-sds复合物在凝胶中的迁移率不再受原有电荷和形状的影响，而只是蛋白质分子量的函数。SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳按照凝胶电泳系统中的缓冲液、ph值和凝胶孔径的差异可分为sds-连续系统电泳和 SDS-不连续系统电泳两类；按照所制成的凝胶形状和电泳方式又可以分为SDS-聚丙烯酰胺凝胶垂直管型电泳和sds-聚丙烯酰胺凝胶垂直板型电泳两类。
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