Амфотерные поверхностно-активные вещества — это поверхностно-активные вещества, содержащие в одной молекуле как анионные, так и катионные гидрофильные группы. Их наиболее важной характеристикой является способность как отдавать, так и принимать протоны. В процессе использования они обладают следующими свойствами: амфотерные поверхностно-активные вещества, как правило, хорошо справляются с стиркой, диспергированием, эмульгированием, стерилизацией, смягчением волокон и обладают антистатическими свойствами, и могут использоваться в качестве вспомогательных средств для отделки тканей, красильных добавок, диспергаторов кальциевого мыла, поверхностно-активных веществ для химчистки и ингибиторов коррозии металлов и т. д. Они обладают превосходной мягкостью, гладкостью и антистатическими свойствами для тканей; определенными бактерицидными и противоплесневыми свойствами; а также хорошими эмульгирующими и диспергирующими свойствами. Однако этот тип поверхностно-активных веществ относительно дорог, и его реальный диапазон применения меньше, чем у других типов поверхностно-активных веществ. Это мягкое поверхностно-активное вещество. В отличие от анионных или катионных поверхностно-активных веществ, молекулы амфотерных поверхностно-активных веществ имеют как кислые, так и основные группы на одном конце молекулы. Кислотные группы в основном представлены карбоксильными, сульфокислотными или фосфатными группами, а основные группы — аминогруппами или четвертичными аммониевыми группами. Они могут смешиваться с анионными и неионогенными поверхностно-активными веществами и устойчивы к кислотам, щелочам, солям и солям щелочноземельных металлов.
В настоящее время широко используемые синтетические амфотерные поверхностно-активные вещества в основном имеют карбоксилатные группы в качестве анионных фрагментов, лишь немногие содержат сульфонатные группы; их катионные фрагменты в основном представляют собой аминные соли или четвертичные аммониевые соли. Те, у которых катионным фрагментом являются аминные соли, называются аминокислотными; те, у которых катионным фрагментом являются четвертичные аммониевые соли, называются бетаиновыми.
- Тип аминокислоты
Водный раствор амфотерных поверхностно-активных веществ аминокислотного типа имеет щелочную реакцию. При медленном добавлении соляной кислоты при перемешивании раствор не меняет своей нейтральности. При слабом подкислении раствора образуется осадок. Если добавить больше соляной кислоты, чтобы сделать раствор сильно кислым, осадок снова растворяется. Это указывает на то, что в щелочной среде он ведет себя как анионное поверхностно-активное вещество, а в кислой — как катионное. Однако, когда катионные и анионные свойства точно уравновешиваются в изоэлектрической точке, гидрофильность уменьшается, что приводит к образованию осадка. Анионом в молекуле является карбоксильная группа, а катионом — аммониевая соль. Этот тип поверхностно-активного вещества проявляет различную поверхностную активность при изменении pH среды. Например, додециламинопропионовая кислота (C12H25N+H2CH2CH2COO-) может быть превращена в додециламинопропионат натрия (C12H25NHCH2CH2COO-Na+) в среде гидроксида натрия, ведя себя как водорастворимое анионное поверхностно-активное вещество. В среде соляной кислоты она может быть превращена в гидрохлоридную соль додециламинопропионовой кислоты [(C12H25N+H2CH2CH2COOH)Cl-], ведущую себя как водорастворимое катионное поверхностно-активное вещество. Если отрегулировать pH среды так, чтобы положительные и отрицательные заряды были точно сбалансированы, она превращается во внутреннюю соль (C12H25N+H2CH2CH2COO-), которая плохо растворима в воде и выпадает в осадок. Значение pH в этой точке называется изоэлектрической точкой. Для полного проявления эффекта амфотерных поверхностно-активных веществ аминокислотного типа их необходимо использовать в водных растворах с pH, отклоняющимся от изоэлектрической точки. К распространенным сырьевым материалам, используемым при приготовлении амфотерных поверхностно-активных веществ аминокислотного типа, относятся высшие алифатические первичные амины, метилакрилат (см. акрилатные эфиры), акрилонитрил и хлоруксусная кислота.
- Bтип этайн
Амфотерные поверхностно-активные вещества бетаинового типа обладают главным преимуществом — растворимостью в водных растворах, независимо от их кислотности, нейтральности или щелочности. Они не выпадают в осадок даже в изоэлектрической точке. Кроме того, они обладают хорошими свойствами, такими как проницаемость, моющие и антистатические свойства. Поэтому они являются хорошими эмульгаторами и смягчителями.
Карбоксибетаин
Анион в молекуле представляет собой карбоксильную группу, а катион — четвертичную аммониевую группу. Например, алкилдиметилбетаин [RN+(CH3)2CH2COO-], где алкильная группа R содержит от 12 до 18 атомов углерода. По сравнению с аминокислотными типами, бетаиновые соединения растворяются в воде в кислой, нейтральной или щелочной среде и не выпадают в осадок даже при изоэлектрической точке, поэтому их можно использовать в водных растворах с любым pH. В кислой среде, когда pH изоэлектрической точки ниже, он ведет себя как водорастворимое катионное поверхностно-активное вещество [[RN+(CH3)2CH2COOH]Cl-]; в нейтральной или щелочной среде, то есть когда pH равен или выше изоэлектрической точки, он ведет себя как водорастворимое амфотерное поверхностно-активное вещество и не ведет себя как анионное поверхностно-активное вещество. Амфотерные поверхностно-активные вещества склонны к образованию осадков с анионными поверхностно-активными веществами только в кислой среде. Их можно использовать в сочетании с любым типом поверхностно-активных веществ в средах с различными значениями pH. К распространенным сырьевым материалам, используемым для получения амфотерных поверхностно-активных веществ бетаинового типа, относятся алкилдиметилтретичные амины и хлорацетат натрия и др.
Сульфобетаин
Анионная группа в молекуле — сульфогруппа (SO3-), а катионная группа — четвертичная аммониевая группа. Наиболее часто используются алкилдиметилсульфонэтилбетаины [RN+(CH3)2CH2CH2SO3-] и алкилдиметилсульфопропилбетаины [RN+(CH3)2CH2CH2CH2SO3-]. Число атомов углерода в алкильной группе R в формулах варьируется от 12 до 18. Сульфобетаины обладают комплексными свойствами; они не только обладают всеми преимуществами обычных бетаинов, но и имеют уникальные преимущества, такие как устойчивость к высоким концентрациям кислот, щелочей и солей. В настоящее время гидроксисульфопропил [RN+(CH3)2CH2CH(OH)CH2SO3-] используется для замены сульфопропилбетаинов, которые в процессе производства содержат вещества, вредные для организма человека. Благодаря наличию в своей структуре как анионных, так и катионных групп с гидроксильными группами, они обладают не только всеми преимуществами амфотерных поверхностно-активных веществ, но и проявляют устойчивость к высоким концентрациям кислот, щелочей и солей, обладают хорошими эмульгирующими, диспергирующими и антистатическими свойствами, а также бактерицидными, противогрибковыми и вязкоупругими свойствами. Это поверхностно-активные вещества с превосходными общими характеристиками, широко применяемые в различных областях, таких как бытовая химия, вытеснение нефти на нефтяных месторождениях, гидроразрыв пласта и кислотная обработка.
Фосфолипид бетаин
Анионная группа в молекуле — это фосфатная группа (HPO4-), а катионная группа — это четвертичная аммониевая группа. Например, алкилдиметилгидроксипропилфосфат бетаин [RN+(CH3)2CH2CH(OH)CH2HPO4-], где алкильная группа R содержит от 12 до 18 атомов углерода. Такая структура определяет, что он не только обладает превосходными свойствами амфотерных поверхностно-активных веществ, такими как смачиваемость, моющие свойства, растворимость, эмульгирующие и диспергирующие свойства, антистатические свойства, термостабильность, а также хорошей совместимостью, низкой раздражающей способностью и преимуществами перед обычными анионными поверхностно-активными веществами, такими как лучшая щелочестойкость, электролитостойкость и антистатические свойства, но также обладает сильной диспергируемостью кальциевого мыла, низким поверхностным натяжением и превосходными пенообразующими свойствами.
Дата публикации: 04.02.2026