两性表面活性剂-甜菜碱型两性表面活性剂

在英文名称中，“amphoterics(两性表面活性剂)”和“zwitterionics(两性离子表面活性剂)”可以区分得很清楚，但中文名称却不能清楚区分。因此，广义的“两性表面活性剂”是狭义的“两性表面活性剂”和“两性离子表面活性剂”的统称：是指分子结构中，同时具有阴离子、阳离子和非离子两种及以上亲水基的表面活性剂。这里主要讨论两性离子表面活性剂。

两性离子表面活性剂(zwitterionic surfactants)是指在同一分子结构中同时存在被桥链 (碳氢链、碳氟链等)连接的一个或多个正、负电荷中心(或偶极中心)的表面活性剂。换言之，两性离子表面活性剂也可以定义为具有表面活性的分子残基中同时包含彼此不可被电离的正、负电荷中心(或偶极中心)的表面活性剂，如N-十二烷基二甲基甜菜碱：

两性离子表面活性剂的熔点较高，如甜菜碱型大都在120~180°C左右。两性离子表面活性剂可溶于水，不大容易溶解于有机溶剂中。两性离子表面活性剂虽然其化学结构各有所不同，但均具有下列共同性能：①耐硬水，钙皂分散力强，耐高浓度电解质；②可与阴、阳、非离子表面活性剂混配，产生增效的协同效应；③与阴离子表面活性剂混合使用时与皮肤相容性好；④低毒性和对皮肤、眼睛的低刺激性；⑤有一定的抗菌性和抑霉性；⑥良好的生物降解性；⑦对硬表面及织物有较好的润湿性和去污性; ⑧具有抗静电及织物柔软平滑性能；⑨有良好的乳化性和分散性。由于两性离子表面活性剂的上述特性，在日用化工、纺织 工业、染料、颜料、食品、制药、机械、冶金、洗涤等领域得到广泛应用。

两性离子表面活性剂在洗涤剂中一般不作为主剂，而主要是利用它兼有洗涤和抗静电、柔软作用来改善洗后的手感。两性离子表面活性剂若按亲水基中的阴离子结构分类，可分为羧酸盐类、硫酸酯盐类、磺酸盐类、磷酸酯盐类等；若按阳离子结构分类，可分为甜菜碱型、咪唑啉型、氨基酸型、氧化胺型等。

甜菜碱型两性离子表面活性剂

甜菜碱是由Sheihler于1869年从甜菜中提取出来的一种天然含氮化合物，其化学名称为三甲基乙酸铵。

1876年Briihl建议将甜菜碱(betaines)命名所有具有类似结构的化合物。现在，这一名称也用于描述含硫及含磷的类似化合物。天然甜菜碱因为分子中不具备足够长的疏水基而缺乏表面活性，只有当分子结构中一个-CH3被一个C8〜C20长链烷基取代后才具有表面活性。具有表面活性的甜菜碱被统称为甜菜碱型两性离子表面活性剂。最简单的甜菜碱取代产物的分子中只含有一个长链烷基(R = C8〜C18),称作烷基甜菜碱。

当然，天然甜菜碱分子中的甲基也可以被其他取代基取代，得到诸如烷基芳基甜菜碱或烷基酰胺丙基甜菜碱(AAPB)等；连接正、负电荷中心的碳链可以增长，得到丙基甜菜碱、丁基甜菜碱等；乙酸基也可被其他基团取代、得到磺乙基甜菜碱、磺丙基甜菜碱或硫酸乙基甜菜碱、磷酸乙基甜菜碱等。

甜菜碱型两性离子表面活性剂与其他两性离子表面活性剂的区别在于：由于分子中季铵氮的存在，使其在碱性溶液中不具有阴离子性质。在不同的pH范围，甜菜碱两性离子表面活性剂只会以两性离子或阳离子表面活性剂的形式存在。因此，在等电点区，甜菜碱两性离子表面活性剂不会像其他具有弱碱性氮的两性离子表面活性剂那样出现溶解度急剧降低的现象。甜菜碱型两性离子表面活性剂为一内盐，与阳离子表面活性剂这类“外季铵盐型表面活性剂”不同，甜菜碱型两性离子表面活性剂可以与阴离子表面活性剂配伍使用，不会形成水不溶性“电中性”化合物。

目前生产和应用最为广泛的甜菜碱型两性离子表面活性剂主要有：烷基甜菜碱、烷基酰胺甜菜碱、磺基甜菜碱等。

(1)烷基甜菜碱烷基甜菜碱也称烷基二甲基甜菜碱，其中烷基一般为C12〜C14，国内习惯将十二烷基甜基碱(LB)或椰油基甜菜碱(COB)称作BS-12。工业上一般釆用十二叔胺或椰油叔胺与氯乙酸钠在碱性水溶液中反应制得。

在水溶液中反应制得的甜菜碱两性离子表面活性剂的浓度一般在30%〜35%之间。易溶于水，具有优良的去污、柔软、抗静电、发泡和润湿性能，对皮肤刺激性小，手感好，易生物降解、毒性低，有良好的抗硬水性和对金属的缓蚀性。可广泛用于配制洗发香波、泡沫浴和儿童用浴剂，也用作纺织品的柔软剂、抗静电剂、羊毛缩绒剂、杀菌清毒剂、金属防蚀剂、乳化剂及橡胶工业的凝胶乳化剂等。

(2) 烷基酰胺甜菜碱(AAPB)

烷基酰胺甜菜碱一般先由低相对分子质量的叔-伯型二胺如-二甲基丙二胺与脂肪酸、脂肪酸甲酯或甘油酯反应生成烷基酰胺基叔胺，第二步则由上述反应生成的烷基酰胺基叔胺与氯乙酸钠作用生成烷基酰胺甜菜碱。

烷基酰胺甜菜碱成品中一般活性物含量为30%。烷基酰胺甜菜碱与烷基甜菜碱的区别仅在于起始原料叔胺的不同。烷基甜菜碱由于分子中季铵氮的特性，在酸性和碱性介质中均具有很好的化学稳定性。烷基酰胺甜菜碱由于分子中酰胺键的存在，在强酸性或强碱性溶液中表现岀水解稳定性。烷基酰胺甜菜碱由于烷基碳原子数的不同有各种产品，主要有月桂酰胺丙基甜菜碱(LAB)、椰油酰胺丙基甜菜碱(CAB)、油酰胺丙基甜菜碱(OAB)等，该类表面活性剂与阳离子、阴离子、非离子表面活性剂配伍性好，不但具有理想的洗涤、调理、抗静电和杀菌作用，而且刺激性低、柔软性好，对皮肤作用温和，泡沫丰富，有良好的黏度调节作用。可广泛用于配制香波、浴液、洗面奶、婴儿洗涤用品、餐洗等。由于其优良的性能，在商业应用上的地位愈来愈重要，大有超过烷基甜菜碱的发展趋势。

(3)烷基磺基甜菜碱(SB)

磺基甜菜碱(SB)与烷基甜菜碱相似，也是三烷基铵内盐化合物，只是用烷基磺酸取代了羧基甜菜碱中的烷基羧酸，故名磺基甜菜碱。

羧酸型甜菜碱在强酸性(如盐酸)介质中能够形成一种外盐)，而显示阳离子特征。但磺基甜菜碱因分子结构中的负电荷中心是强酸性的磺酸基官能团，强碱性的季铵离子与具有同样强酸性的磺酸基离子相平衡，因而其情形与羧基甜菜碱不一样，它们不会形成外盐，在几乎所有pH范围内均维持两性离子状态，并可与其他所有表面活性剂配伍。它们可在酸、碱和强电解质中稳定存在，可以与碱金属、碱土金属及其他金属离子配伍。羧基甜菜碱性能温和，但化学稳定性、钙皂分散性不强，而磺基甜菜碱在这些性能上有所改善。

磺基甜菜碱的水溶性要比羧基或硫酸基甜菜碱为低。为此，对其性能进行改进，如烷基酰胺羟磺基甜菜碱。

烷基酰胺羟磺基甜菜碱除了保持烷基磺基甜菜碱的优点外，其钙皂分散性、水溶性、临界胶束浓度等性能均有所改善。

磺基甜菜碱具有优良的钙皂分散力，常用于洗涤剂及纺织制品的配方中。在洗涤剂配方中使用少量的磺基甜菜碱，可提高产品的润湿、起泡和去污等性能，更适合在硬水和海水中使用。磺基甜菜碱性能温和，刺激性低，与阴离子表面活性剂混合，可降低其刺激性，因此，广泛用于配制香波、浴液、洗面奶等个人保护用品。

除上述主要品种外，还有其他各种甜菜碱型两性离子表面活性剂，如硫酸基甜菜碱、磷酸基甜菜碱、锍鎓型甜菜碱、 鏻鎓型甜菜碱等。