Forståelse af amfotere overfladeaktive stoffer i én artikel - aminosyretype og betaintype

Amfotere overfladeaktive stoffer er overfladeaktive stoffer, der indeholder både anioniske hydrofile grupper og kationiske hydrofile grupper i samme molekyle. Deres vigtigste egenskab er, at de både kan donere og modtage protoner. De har følgende egenskaber under brug: Amfotere overfladeaktive stoffer har generelt god ydeevne i vask, dispergering, emulgering, sterilisering, blødgøring af fibre og antistatisk, og kan bruges som tekstilbehandlingshjælpemidler, farvningshjælpemidler, calciumsæbedispergeringsmidler, renseri-overfladeaktive stoffer og metalkorrosionsinhibitorer osv. De har fremragende blødhed, glathed og antistatiske egenskaber til tekstiler; visse bakteriedræbende og skimmelhæmmende egenskaber; og gode emulgerende og dispergerende egenskaber. Denne type overfladeaktivt stof er dog relativt dyrt, og dets faktiske anvendelsesområde er mindre end for andre typer overfladeaktive stoffer. Det er et mildt overfladeaktivt stof. I modsætning til enkeltstående anioniske eller kationiske overfladeaktive stoffer har amfotere overfladeaktive molekyler både sure og basiske grupper i den ene ende af molekylet. De sure grupper er for det meste carboxyl-, sulfonsyre- eller fosfatgrupper, mens de basiske grupper er amino- eller kvaternære ammoniumgrupper. De kan blandes med anioniske og ikke-ioniske overfladeaktive stoffer og er resistente over for syrer, baser, salte og jordalkalimetalsalte.

I øjeblikket har almindeligt anvendte syntetiske amfotere overfladeaktive stoffer hovedsageligt carboxylatgrupper som deres anioniske dele, mens nogle få har sulfonatgrupper; deres kationiske dele er hovedsageligt aminsalte eller kvaternære ammoniumsalte. Dem med aminsalte som den kationiske del kaldes aminosyretypen; dem med kvaternære ammoniumsalte som den kationiske del kaldes betaintypen.

1. Aminosyretype

Den vandige opløsning af amfotere overfladeaktive stoffer af aminosyretypen er alkalisk. Når saltsyre tilsættes langsomt under omrøring, er der ingen ændring, når opløsningen bliver neutral. Der dannes et bundfald, når opløsningen bliver let sur. Hvis der tilsættes mere saltsyre for at gøre opløsningen stærkt sur, opløses bundfaldet igen. Dette indikerer, at det opfører sig som et anionisk overfladeaktivt stof i et alkalisk miljø og som et kationisk overfladeaktivt stof i et surt miljø. Men når de kationiske og anioniske egenskaber er nøjagtigt afbalancerede ved det isoelektriske punkt, falder hydrofiliciteten, hvilket resulterer i dannelsen af ​​et bundfald. Anionen i molekylet er en carboxylgruppe, og kationen er et ammoniumsalt. Denne type overfladeaktivt stof udviser forskellige overfladeaktiviteter med ændringer i mediets pH. For eksempel kan dodecylaminopropionsyre (C12H25N+H2CH2CH2COO-) omdannes til natriumdodecylaminopropionat (C12H25NHCH2CH2COO-Na+) i et natriumhydroxidmedium og opfører sig som et vandopløseligt anionisk overfladeaktivt stof. I et saltsyremedium kan det omdannes til hydrochloridsaltet af dodecylaminopropionsyre [(C12H25N+H2CH2CH2COOH)Cl-], der opfører sig som et vandopløseligt kationisk overfladeaktivt stof. Hvis mediets pH justeres, så de positive og negative ladninger er nøjagtigt afbalancerede, omdannes det til et indre salt (C12H25N+H2CH2CH2COO-), som er tungtopløseligt i vand og udfældes. pH-værdien på dette punkt kaldes det isoelektriske punkt. For at udøve den fulde effekt af amfotere overfladeaktive stoffer af aminosyretypen skal de anvendes i vandige opløsninger med en pH-værdi, der afviger fra det isoelektriske punkt. Almindelige råmaterialer, der anvendes til fremstilling af amfotere overfladeaktive stoffer af aminosyretypen, omfatter højere alifatiske primære aminer, methylacrylat (se acrylatestere), acrylonitril og chloreddikesyre.

1. Betaine-type

Amfotere overfladeaktive stoffer af betaintypen har den største egenskab, at de er opløselige i vandige opløsninger, uanset om de er sure, neutrale eller alkaliske. De udfældes ikke, selv ved det isoelektriske punkt. Derudover har de også gode egenskaber såsom permeabilitet, vaskeevne og antistatisk ydeevne. Derfor er de gode emulgatorer og blødgøringsmidler.

Carboxybetain

Anionen i molekylet er en carboxylgruppe, og kationen er en kvaternær ammoniumgruppe. For eksempel alkyldimethylbetain [RN+(CH3)2CH2COO-], hvor alkylgruppen R har 12 til 18 kulstofatomer. Sammenlignet med aminosyretyper kan betaintyper opløses i vand i sure, neutrale eller alkaliske medier og udfældes ikke, selv ved det isoelektriske punkt, så de kan anvendes i vandige opløsninger med enhver pH-værdi. I sure medier, når pH-værdien af ​​det isoelektriske punkt er lavere, opfører det sig som et vandopløseligt kationisk overfladeaktivt stof [[RN+(CH3)2CH2COOH]Cl-]; i neutrale eller alkaliske medier, dvs. når pH-værdien er lig med eller højere end det isoelektriske punkt, opfører det sig som et vandopløseligt amfotert overfladeaktivt stof og opfører sig ikke som et anionisk overfladeaktivt stof. Amfotere overfladeaktive stoffer har tendens til at danne udfældninger med anioniske overfladeaktive stoffer kun i sure medier. De kan anvendes i kombination med enhver type overfladeaktivt stof i medier med forskellige pH-værdier. Almindelige råmaterialer, der anvendes til fremstilling af amfotere overfladeaktive stoffer af betaintypen, omfatter alkyldimethyl-tertiære aminer og natriumchloracetat osv.

Sulfobetain

Den anioniske gruppe i molekylet er sulfogruppen (SO3-), og den kationiske gruppe er den kvaternære ammoniumgruppe. Almindeligt anvendte er alkyldimethylsulfonethylbetainer [RN+(CH3)2CH2CH2SO3-] og alkyldimethylsulfopropylbetainer [RN+(CH3)2CH2CH2CH2SO3-]. Antallet af kulstofatomer i alkylgruppen R i formlerne varierer fra 12 til 18. Sulfobetainer har omfattende egenskaber; de har ikke kun alle fordelene ved almindelige betainer, men har også unikke fordele såsom resistens over for høje koncentrationer af syrer, baser og salte. I øjeblikket bruges hydroxysulfopropyl [RN+(CH3)2CH2CH(OH)CH2SO3-] til at erstatte sulfopropylbetainer, som producerer stoffer, der er skadelige for den menneskelige krop under produktionen. På grund af tilstedeværelsen af ​​både anioniske og kationiske grupper med hydroxylgrupper i deres struktur har de ikke blot alle fordelene ved amfotere overfladeaktive stoffer, men udviser også resistens over for høje koncentrationer af syrer, baser og salte, gode emulgerende, dispergerende og antistatiske egenskaber, samt bakteriedræbende, svampedræbende og viskoelastiske egenskaber. De er overfladeaktive stoffer med fremragende samlet ydeevne og har været bredt anvendt inden for forskellige områder såsom daglig kemikaliebehandling, oliefortrængning i oliefelter, frakturering og syrebehandling.

Fosfolipidbetain

Den anioniske gruppe i molekylet er fosfatgruppen (HPO4-), og den kationiske gruppe er den kvaternære ammoniumgruppe. For eksempel alkyldimethylhydroxypropylphosphatbetain [RN+(CH3)2CH2CH(OH)CH2HPO4-], hvor alkylgruppen R har 12 til 18 kulstofatomer. Denne struktur bestemmer, at den ikke kun besidder de fremragende egenskaber ved amfotere overfladeaktive stoffer, såsom befugtningsevne, detergent, solubiliserings-, emulgerings- og dispergeringsegenskaber, antistatiske egenskaber, termisk stabilitet, samt god kompatibilitet, lav irritation og fordele i forhold til generelle anioniske overfladeaktive stoffer, såsom bedre alkaliresistens, elektrolytresistens og antistatiske egenskaber, men også har stærk calciumsæbedispergerbarhed, lav overfladespænding og fremragende skumningsevne.