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磷酸酯表面活性剂的合成与应用


发布时间:

2025-07-15

磷酸酯类表面活性剂是分子结构中含磷酸酯基或磷酸酯盐基团的表面活性剂的统称,是一类具有优良性能、被广泛应用的表面活性剂。

磷酸酯表面活性剂简介

磷酸酯表面活性剂按离子类型分类属于阴离子表面活性剂,但也有非离子型的。

按磷脂的来源不同可分为天然磷脂和合成磷脂,其主要区别在于天然磷脂的结构视自然条件而定,与天然磷脂不同,合成磷脂可按实际需要,如性能、结构多样化进行一定程度的分子设计。

其中R 为C8~C18 的烷基链,其碳原子个数是影响表面活性剂性能的重要因素,M 为Na+、K+,二乙(或三乙)醇胺等。n 为环氧乙烷聚合度。由于与烷基磷酸酯盐相比,此类表面活性剂受聚氧乙烯醚链的影响,其渗透性、抗静电性和乳化性等性能均好。但烷基磷酸酯相比于醇醚磷酸酯盐对酸和碱的稳定性要高一些,因此在酸性或碱性条件下被广泛应用。

磷酸酯表面活性剂的合成

磷酸表面活性剂的合成方法很多,其中最常见的方法为五氧化二磷(P2O5)法、聚磷酸法、三氯氧磷法和三氯化磷法。

合成磷酸酯类表面活性剂主要的磷酸化试剂有五氧化二磷(P2O5)、三氯化磷(PCl3)、三氯氧磷(POCl3)和聚磷酸等,将磷酸化试剂与脂肪醇、烷基苯酚、脂肪醇或烷基酚聚氧乙烯醚等含羟基(-OH)的化合物发生反应得到磷酸酯,再将所得的磷酸酯中和生成相应的磷酸酯盐产物。

▶ 五氧化二磷法

合成磷酸酯通常使用五氧化二磷(P2O5)法,即用P2O5和醇类物质直接进行酯化反应,这种方法操作简单、反应易进行,目前已有70%左右工业生产磷酸酯都采用这种方法。

这种方法主要包括三步,首先在常温下PCl3和羟基化合物反应,并除去HCl气体和氯代烷从而制备出有机磷酸二酯;然后再将磷酸二酯上的氢被氯取代,生成二烷氧基磷酰氯;最后水解中和得磷酸酯盐。

▶ 三氯氧磷法

同时在许多文献中也提到,为提高转化率防止POCl3发生水解反应而导致转化率降低,可在反应过程中加入催化剂AlCl3、Ti(OBu)4、Zr(OBu)4及有机碱类。这种方法中的POCl3挥发性强、毒性大,同时反应产生的氯化氢也会腐蚀反应设备,这些缺点都会给工业生产带来一定的危害。

磷酸酯表面活性剂的物化性能

与一般阴离子型表面活性剂相比,其耐硬水、耐酸(热碱)性、电解质性、抗静电性均好。磷酸酯因其结构不同,性能各异,各有侧重的应用范围。常用于渗透剂、抗静电剂、加脂剂、乳化剂等的制备。两性磷酸酯表面活性剂具有良好的生物降解性,环境污染周期短,程度小等优点。

磷酸酯表面活性剂的种类

目前,在磷酸酯表面活性剂的应用领域,常用的种类主要包括两种,一种是聚醚型磷酸酯,因为其分子结构中含有—(C2H4O)n—,因此,这类表面活性剂具有较好的亲水性能,结合磷酸酯表面活性剂所具有的共性,这类表面活性剂被广泛应用;另外一种是烷基磷酸酯表面活性剂。

作为商品的磷酸酯表面活性剂,可根据不同的使用要求,选择不同的原料,合成条件和组分含量来满足不同的性能要求。

磷酸酯表面活性剂的种类主要有:烷基磷酸酯、脂肪醇磷酸酯、脂肪醇(烷基酚)聚氧乙烯醚磷酸酯、硅氧烷磷酸酯、烷基醇酰胺磷酸酯、咪唑啉类磷酸酯、高分子聚磷酸酯等。

其它种类磷酸酯其他类型的磷酸主要包括:烷基醇酰胺磷酸酯、咪唑啉类、羟基类磷酸酯和高分子磷酸酯。

磷酸酯表面活性剂的应用

以磷酸酯系为代表的含磷表面活性剂具有优良的特性,主要有:

①低毒性;

②低刺激性,对皮肤比较温和;

③生物降解性好;

④有良好的配伍性,可与多种原料配合而发挥作用;

⑤具有良好的水溶性;

⑥具有良好的稳定性,耐酸碱、耐热、耐电解质;

⑦对织物具有抗静电性和阻燃性;⑧具有较低的表面张力,润湿性好,乳化性好。

含磷添加剂在工业的应用已有百年历史,它们显示的多功能性使得这些产品在被开发后其使用得到持续增长。其中磷酸酯类在金属加工液中得到广泛应用,常用作抗磨极压剂、缓蚀剂、抗氧剂、乳化剂等。

其可以显著提高润滑油的抗磨性能,酸性磷酸酯的承载能力强于中性磷酸酯,但酸性磷酸酯活性强,易造成金属腐蚀,使用受到了一些限制,但可以通过改变结构和基团来使其更加方便使用。磷酸酯及其EO化产品,在挤压抗磨的作用基础上,还兼具乳化、缓蚀等效果,特殊结构的膦酸酯对铝合金有优异的缓蚀效果,达到出色的润湿、润滑、脱脂以及减少泡沫的便利。

 

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