磷酸酯類表面活性劑是分子結構中含磷酸酯基或磷酸酯鹽基團的表面活性劑的統稱,是一類具有優良性能、被廣泛應用的表面活性劑。
01 磷酸酯表面活性劑簡介
磷酸酯表面活性劑按離子類型分類屬于陰離子表面活性劑,但也有非離子型的。
按磷脂的來源不同可分為天然磷脂和合成磷脂,其主要區別在于天然磷脂的結構視自然條件而定,與天然磷脂不同,合成磷脂可按實際需要,如性能、結構多樣化進行一定程度的分子設計。
其結構通式如下所示:

其中R 為C8~C18 的烷基鏈,其碳原子個數是影響表面活性劑性能的重要因素,M 為Na+、K+,二乙(或三乙)醇胺等。n 為環氧乙烷聚合度。由于與烷基磷酸酯鹽相比,此類表面活性劑受聚氧乙烯醚鏈的影響,其滲透性、抗靜電性和乳化性等性能均好。但烷基磷酸酯相比于醇醚磷酸酯鹽對酸和堿的穩定性要高一些,因此在酸性或堿性條件下被廣泛應用。
02 磷酸酯表面活性劑的合成
磷酸表面活性劑的合成方法很多,其中常見的方法為五氧化二磷(P2O5)法、聚磷酸法、三氯氧磷法和三氯化磷法。
合成磷酸酯類表面活性劑主要的磷酸化試劑有五氧化二磷(P2O5)、三氯化磷(PCl3)、三氯氧磷(POCl3)和聚磷酸等,將磷酸化試劑與脂肪醇、烷基苯酚、脂肪醇或烷基酚聚氧乙烯醚等含羥基(-OH)的化合物發生反應得到磷酸酯,再將所得的磷酸酯中和生成相應的磷酸酯鹽產物。
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和醇類物質直接進行酯化反應,這種方法操作簡單、反應易進行,目前已有70%左右工業生產磷酸酯都采用這種方法。
這種方法主要包括三步,先在常溫下PCl3和羥基化合物反應,并除去HCl氣體和氯代烷從而制備出有機磷酸二酯;然后再將磷酸二酯上的氫被氯取代,生成二烷氧基磷酰氯;并水解中和得磷酸酯鹽。
三氯氧磷法
同時在許多文獻中也提到,為提高轉化率防止POCl3發生水解反應而導致轉化率降低,可在反應過程中加入催化劑AlCl3、Ti(OBu)4、Zr(OBu)4及有機堿類。這種方法中的POCl3揮發性強、毒性大,同時反應產生的氯化氫也會腐蝕反應設備,這些缺點都會給工業生產帶來一定的危害。
03 磷酸酯表面活性劑的物化性能
與一般陰離子型表面活性劑相比,其耐硬水、耐酸(熱堿)性、電解質性、抗靜電性均好。磷酸酯因其結構不同,性能各異,各有側重的應用范圍。常用于滲透劑、抗靜電劑、加脂劑、乳化劑等的制備。兩性磷酸酯表面活性劑具有良好的生物降解性,環境污染周期短,程度小等優點。
04 磷酸酯表面活性劑的種類
目前,在磷酸酯表面活性劑的應用領域,常用的種類主要包括兩種,一種是聚醚型磷酸酯,因為其分子結構中含有—(C2H4O)n—,因此,這類表面活性劑具有較好的親水性能,結合磷酸酯表面活性劑所具有的共性,這類表面活性劑被廣泛應用;另外一種是烷基磷酸酯表面活性劑。
作為商品的磷酸酯表面活性劑,可根據不同的使用要求,選擇不同的原料,合成條件和組分含量來滿足不同的性能要求。
磷酸酯表面活性劑的種類主要有: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、咪唑啉類磷酸酯、高分子聚磷酸酯等,
詳細如下。

其它種類磷酸酯其他類型的磷酸主要包括:烷基醇酰胺磷酸酯、咪唑啉類、羥基類磷酸酯和高分子磷酸酯。
磷酸酯表面活性劑的應用
以磷酸酯系為代表的含磷表面活性劑具有優良的特性,主要有:
- ①低毒性;
- ②低刺激性,對皮膚比較溫和;
- ③生物降解性好;
- ④有良好的配伍性,可與多種原料配合而發揮作用;
- ⑤具有良好的水溶性;
- ⑥具有良好的穩定性,耐酸堿、耐熱、耐電解質;
- ⑦對織物具有抗靜電性和阻燃性;
- ⑧具有較低的表面張力,潤濕性好,乳化性好。
含磷添加劑在工業的應用較早,顯示的多功能性使得這些產品在被開發后其使用得到持續增長。其中磷酸酯類在金屬加工液中得到廣泛應用,常用作抗磨極壓劑、緩蝕劑、抗氧劑、乳化劑等。
其可以顯著提高潤滑油的抗磨性能,酸性磷酸酯的承載能力強于中性磷酸酯,但酸性磷酸酯活性強,易造成金屬腐蝕,使用受到了一些限制,但可以通過改變結構和基團來使其更加方便使用。磷酸酯及其EO化產品,在擠壓抗磨的作用基礎上,還兼具乳化、緩蝕等效果,特殊結構的膦酸酯對鋁合金有優異的緩蝕效果,達到出色的潤濕、潤滑、脫脂以及減少泡沫的便利。

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