十二烷基硫酸钠表面活性剂

十二烷基硫酸钠表面活性剂

闻军

(四川理工学院材化学院工艺097.自贡.643000)

摘要:本文主要介绍了十二烷基硫酸钠的分子结构、物理性质、化学性质,以及十二烷基硫酸钠表面活性剂的结构分析和合成方法,对十二烷基硫酸钠一些作用的了解。

关键词:十二烷基硫酸钠;表面活性剂;乳化;合成方法

1. 十二烷基硫酸钠的基本物性

1.1 十二烷基硫酸钠的分子结构

十二烷基硫酸钠 ,(Sodium dodecyl sulfate ),别名:椰油醇(或月桂醇)硫酸钠、K12、发泡剂等。化学式为:C12H25—OSO3Na,结构式如下:

CH3-(CH2)10-CH2-O-SO3Na

1.2 十二烷基硫酸钠的物理化学性质

十二烷基硫酸钠(sodiumlaurylsulfonate;sodiumdode-cylsulfate),十二烷基硫酸钠又称十二醇硫酸钠、椰油醇硫酸钠、月桂醇硫酸钠、K12、发泡粉、简称SLS、SDS,十二烷基硫酸钠分子量:平均M=288,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,白色至微黄色片状或粉末,稍有特殊气味,有液体和固体两种形态,液体产品为白色或淡黄色浆状物,活性成分25%~60%,浊点(1%溶液)17~25℃。黏度19~31mPa·S。固体产品为白色至微黄色粉末或薄片、晶体,微有油脂气味,无毒。十二烷基硫酸钠的质量指标用作丙烯酸酯乳液聚合的阴离子乳化剂。储存于阴凉、干燥、通风的库房内,防火、防潮。

图1-1:十二烷基硫酸钠的质量指标

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。):HLB值40属于亲水基表面活性剂

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。

十二烷基硫酸钠具有乳化、去垢、分散、润湿、起泡等作用,在酸、碱性溶液和硬水中均有效,广泛用为乳化剂、去垢剂、分散剂、起泡剂、湿润剂,用于片剂、颗粒剂、胶囊剂、乳膏剂等。用于配制O/w型乳膏剂,常用浓度为0.5%~2%。水溶液呈中性,对皮肤刺激性较小,在广泛pH范围内稳定。本品HLB值为40,因此常与w/o型乳化剂合用使HLB值降低以达到油相所需范围。常用的辅助乳化剂有十六醇、十八醇、单硬脂酸甘油酯、司盘等[2]。

2. 十二烷基硫酸钠的结构分析

十二烷基硫酸钠的分子结构十二烷基硫酸钠属于表面活性剂的一种,其分子都是不对称的,具有两个相互矛盾又相互联系的基团:即一个是亲油基(憎水基)的十二烷基链;另一个是亲水基(憎油基)的醚基磺酸基,它们在水中电离成十二烷基硫酸离子和钠离子,因此称为阴离子表面活性剂。

3. 十二烷基硫酸钠的合成方法

十二烷基硫酸钠的合成(合成洗涤剂)十二烷基硫酸钠又称月桂醇硫酸钠,是最早开发的合成洗涤剂之一,具有起泡性能好、去污能力强等优点。十二烷基硫酸钠不仅适用于软水,而且在硬水中也同样有效。再加上它能被微生物所降解,尽管其价格较高,仍然得到,广泛的应用。十二烷基硫酸钠是由氯磺酸或浓硫酸与月桂醇(正十二醇)作用而制成的。

氯磺酸与十二醇反应生成硫酸单十二烷基酯,再加入碳酸钠水溶液,使其成盐,即生成十二烷基硫酸钠洗涤剂。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。本实验是以正丁醇为萃取剂,通过加入过量固体碳酸钠,促进有机相与水相的分层,从而萃取出十二烷基硫酸钠[3]。

由月桂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: [1]

C12H25OH+CIS03H → C12H25OS03H+HCl↑

C12H25OS03H+NaOH → C12H25OS03Na+H2O

用氨基磺酸硫酸化

C12H25OH + NH2SO3H →C12H25OSO3NH4

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。

4. 十二烷基硫酸钠的主要作用

十二烷基硫酸钠(sodium dodecyl benzo sulfate,代号AS)是重要的脂肪醇硫酸酯盐型阴离子表面活性剂。脂肪醇硫酸钠是白色至淡黄色固体,易溶于水。泡沫丰富,去污力和乳化性都比较好,有较好的生物降解性,耐硬水,适于低温洗涤,易漂洗,对皮肤的刺激性小。

十二烷基硫酸钠是硫酸酯盐型阴离子表面活性剂的典型代表。它的泡沫性能,去污力,乳化力都比较好,能被生物降解,耐碱,耐硬水,但在强酸性溶液中易发生水解,稳定性较硫酸盐差。可做矿井灭火剂,牙膏起泡沫剂,纺织助剂及其他工业助剂[4]。

4.1十二烷基硫酸钠的润湿作用

十二烷基硫酸钠是一种阴离子型表面活性剂用在光亮镍半光亮镍及镍合金等电镀工艺中,作为润湿剂( 也称防针孔剂) 其结构中长链烷基具有疏水性,能降低镀液的表面张力,使电沉积过程中阴极产生的氢气泡迅速脱离阴极表面,防止镀层针孔的形成

十二烷基硫酸钠为阴离子表面活性剂C12H25一亲油基是非极性基团,竭力钻人溶液中非极性的有机溶液、油类及固相的另一相中,使表面活性分子定向地排列在界面层上。如图4-1:

\

图4-1 阴离子表面活性剂

十二烷基硫酸钠能降低镀液的表面张力,起润湿作用。表面张力是液体表面上的分子受其内部分子的吸引,使表面趋于收缩,表现为液体的表面张力。表面张力方向与液面相切,

并和两部分的分界面垂直。

图4-2 溶液中分子受力示意图

十二烷基硫酸钠浓度对表面张力的变化对于水溶液,含有不同溶质和浓度的液体,表面分子的作用力大小不同,即表面张力不同。一般影响溶液表面张力变化的情况可分为三类,如图所示。

图4-3 溶液表面张力与溶质关系图

图4-3溶液表面张力与溶质浓度关系曲线A.直线a随着溶质浓度的增加,溶液表面张力随之升高,这类溶质为无机盐,例如硫酸镍、硫酸钠、氯化钠、氯化铵、硼酸等[5]。

曲线b随着溶质浓度的增加,表面张力逐渐降低,这类溶质为极性有机物,例如:有机醇ROH、有机酸RCOOH、有机酯RCOOR、有机醛类RCHO等,如甲醇、乙酸、甲醛等。C曲线c加入少量溶质,溶液表面张力急剧下降,但达到一定浓度后,随着溶质浓度的增加,表面张力值几乎不再变化,这类溶质为碳八以上有机盐类,例如十二烷基硫酸钠,有机酸盐、

有机胺盐、磺酸盐、苯磺酸盐等。具有曲线c性质的物质可大大降低水溶液的表面张力,称为表面活性剂。1930年,弗兰德利曲(Freundlich)提出表面活性剂的定义是:表面活性剂是分子中带有性质不同的亲水基和疏水基的两亲结构化合物,是具有乳化、增溶、分散、润湿、起泡等界面现象的化学物质。十二烷基硫酸钠使用的浓度为0.1—0.2g/L,即能达到润湿的作用,浓度再增加,表面张力不再变化。

(2)过量的十二烷基硫酸钠使镍镀层硫杂质、内应力和硬度升高如果十二烷基硫酸钠只凭经验不断地向槽液中补加,这样久而久之累积量增大,就会使镀层中硫含量增加,内应力加大,硬度升高,镍层光亮度下降;重则使镀层脆性增加,出现雾状、橘皮状镀层,甚至脱落。

过量十二烷基硫酸钠使镀镍层含硫量相当高的原因,从十二烷基硫酸钠的结构看,分子式中—C—S04的键是很牢固的,在电镀条件下难以使键断开,在溶液中硫酸镍电离出大量的硫酸根,在镀液中以离子状态存在,在电镀过程中硫酸根负离子趋向阳极,在阴极镀层上不可能放电或夹杂带人镀层。十二烷基硫酸钠含量多时,可吸附在镀件或阴极表面上,在电镀过程中,当它还未来得及脱附时,可能以整个分子夹人镀层中,因此硫也就随之进人镀层,由于有机部分也同时进入镀层,使镀层内应力提高,硬度加大,脆性增大,易脱落。

(3)十二烷基硫酸钠能减少和消除镀层发雾现象十二烷基硫酸钠是表面活性剂,吸附在阴极表面上,还有一定的阴极极化作用,对普通镀镍,或缺乏十二烷基硫酸钠的光亮镍液,或加人量大的硫酸镁的镀镍液,赫尔槽试片上发雾区宽,高区更甚,加入0.1—0.2g/L十二烷基硫酸钠,发雾区减少至高低电流密度区色泽基本一致。十二烷基硫酸钠具有细化结晶的作用在镀普通镍和光亮镍时,虽无气体针孔的现象,但如加足适当的润湿剂,对镀层有明显的细化结晶作用,镍层外观显得更加细致。十二烷基硫酸钠如果质量不良,加入光亮镀镍溶液后镀层出现发白、发花现象。

4.2 十二烷基硫酸钠在水滑石层间的插层行为作用

由于以水滑石为代表的阴离子型层状化合物(LD Hs) 表面羟基的亲水性,限制了其在聚合物/LD Hs类复合材料中的应用。用十二烷基硫酸钠(NaDS)等表面活性剂改性后,LD Hs 可用于制备多种聚合物/ LD Hs 类纳米复合材料。固体NM R可在分子水平上给出有机无机复合材料的结构、有机相构形及分子动力学等信息。自从20世纪80年代以来,固体NM R已被应用于有机柱撑黏土的研究中。何宏平[ 4 ]用固体NM R表征了阳离子型表面活性剂柱撑蒙脱土中存在的两种不同构形,一种是烷基链呈全部伸直的有序刚性状态,另一种是烷基链呈弯曲、无序的柔性状态。Mulle通过固体NM R对层间有机物结构及其动力学的研究,在分子水平上解释了有机物柱撑皂石的层间距与其电荷密度的关系。但文献中尚报道对LD Hs柱撑体系的相关研究[6-8]。

4.3 十二烷基硫酸钠对干燥新技术的作用

十二烷基硫酸钠 (简称 ) 又称月桂醇硫酸钠,是一种硫酸酯盐类热敏性表面活性剂由于其具有优异的去污 乳化和发泡能力,同时无毒 可生物降解,所以被广泛用于家用及工业洗涤剂药品化妆品和口腔清洁用品等

在市场上,K2 按形态可分为粉状 针 (粒) 状和液体 类产品,其中针状产品的销售比例最大工业上,粉状或针状 产品是由十二醇经硫酸化中和以及干燥等工艺制成干燥工艺可提高产品稳定性 降低包装和运输成本,但由于 是一种热敏性多泡黏性物质,其干燥条件十分苛刻,温度过高时,易分解,色泽加深;过低时,物料黏度较高,不易分散,不能达到较好的干燥效果目前[9]。

4.4十二烷基硫酸钠与茶皂素复配体系浮选去除废水中金属离子的作用

茶皂素(TS)就是一种从山茶科植物油茶籽中提取的天然非离子型生物表面活性剂,易溶于热水、甲醇、含水乙醇和正丁醇,具有良好的乳化、分散、发泡、渗透等能力。我国各类茶籽资源十分丰富,利用潜力巨大,开发TS的应用具有重要的现实意义。孟佑婷等将其应用于离子浮选法中处理废水中的Cd2+,取得了不错的效果,但与化学表面活性剂相比仍有差距。因此,为了增强TS的去除效果和解决化学表面活性剂成本较高、与环境的相容性不好等问题,可以考虑将这两种不同类型的表面活性剂进行复配后再应用于浮选。本实验考察的是TS和十二烷基硫酸钠(SDS)以不同比例复配得到的混合溶液的表面活性的变化规律,然后从中选出最佳的复配体系浮选去除废水中Cu2+[10]。

4.5十二烷基硫酸钠在表面处理中的应用

十二烷基硫酸钠已成为电镀工业广泛应用的表面活性剂之一,它在改善镀液性能、提高镀层质量、处理电镀废水、抑制碱雾等方面的作用日趋显著。

主要用于(1)工件表面的除油和除锈,(2)与海欧洗涤剂配合制成碱性氛化抑井剂,

(3)用于铜层的化学除膜等。

4.6十二烷基硫酸钠复合胶束液对甲烷的吸收作用

表面活性剂因其增溶作用和良好的润湿性能在瓦斯治理方面有重要的应用, 目前主要应用在瓦斯水合物的合成和煤层注水防止瓦斯突出的研究, 而对表面活性剂复合胶束液的研究比较少见。由于煤层中的瓦斯一般以甲烷为主, 其含量可达80%~90%, 因此本文以甲烷作为瓦斯的模型气体,选用阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠( SodiumDo

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