表面活性剂课件教材

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1、第二章 表面活性剂 2.1 表面与表面张力 2.2 表面活性与表面活性剂 2.3 表活剂的分子结构特点 2.4 表面活性剂的分类 2.5 表活剂在溶液中的性质 2.6 亲水亲油平衡 2.7 非离子型表活剂的浊点 2.8 表面活性剂的一般性质 主目录 * Date Date Date Date Date Date Date Date Date 指甲油 Date 香 水 Date 生活小知识 1. 米浆洗碗为什么很干净？ 2.洗衣粉和肥皂能不能混合使用？ 3.泡沫越多、温度越高洗衣服越干净吗？ 4.洗发时洗发精用不用冲洗得很净？ 5.牙膏可以去出强污垢吗？ 6. 餐具洗涤剂有毒吗？ 这就是表面活性

2、剂，它广泛应用于工业、 农业、医药、建筑、化妆品等领域。美国是我国 人均使用量的1000倍。 Date 冰淇淋是我们最喜爱的食物；有了洗涤 剂我们的生活才能如此美好。若没有表面活性 剂，这两样东西都不会有。这真是太可悲了。 但是，如果真的没有了表面活性剂，也 不会有人为没有冰淇淋和洗涤剂而哭泣。因为 没有表面活性剂，人也没有了。 英国著名界面化学家Ckint Date 1.1 表面与表面张力 当任意两相接触时, 两相之间决非是一个没有 厚度的纯几何面,而是一个具有相当厚度的过渡区, 这一过渡区通常称之为界面。（ex:水皮儿）。 由于气相人眼往往看不到，所以常把由气相组 成的界面通常称为表面。

3、但由于历史的原因, 这两个概念常常混用。 常见的界面有：气-液界面，气-固界面，液-液 界面，液-固界面，固-固界面。 Date 气-液界面 Date 气-固界面 Date 液-液界面 Date 液-固界面 Date 固-固界面 Date 表面分子与体相内部分子所处的状态不同 ，ex:在液相（水）与气相中，水分子内部受 到周围水分子的作用力是对称的，其合力为零 ，水分子在液体内部移动不需要做功；而表面 分子，液相分子对它的作用力远大于稀疏气体 对它的作用力，因此所受的力是不对称的，其 合力指向液体内部，结果产生了表面分子受到 指向液体并垂直于表面的力。（如下图） 下 页返 回结 束主 页 Da

4、te 表面张力示意图 Date （a） （b） Date 结论：表面分子不稳定，它有向液体内部 迁移的趋势，即有缩小表面积的趋势。这 个力简称表面张力。ex:水珠、汞滴等。 表面张力的物理意义为：沿着与表面相 切的方向，垂直作用于液体表面上任一单位 长度的表面紧缩力，通常简称表面张力。 下 页返 回结 束主 页 Date 表面张力 f = rL2 r表面张力系数， 单位Nm-1。 书中有常见纯液体不同温度下的表面张力。 下 页返 回结 束主 页 Date 1.2 表面活性与表面活性剂 某些物质能使溶剂的表面张力降低的性 质称为表面活性。具有表面活性的物质叫表 面活性物质。 1肥皂、洗涤剂等；（

5、含杂质出现最低点） 2乙醇、丁醇、醋酸等 低级醇酸； 3无机物、蔗糖等。 r 3 2 1 c 下 页返 回结 束主 页 Date 由图可以看出：1、2为表面活性物质;3为 非表面活性物质。而1、2有明显的区别：一、 二者结构明显不同，且1分子能发生缔合形成 胶束。二、1类物质加入少量既有明显的表面 活性。三、1类物质具有一些实际生活所要求 的特性，如润湿、乳化、增溶、起泡、去污等 。1称为表面活性剂。 定义：加入很少量即能降低溶剂（一般为 水）的表面张力，改变体系界面状态，从而产 生润湿、乳化、增溶、起泡等一系列作用（或 其反作用）,以达到实际应用要求的一类物质。 下 页返 回结 束主 页 D

6、ate 2.3 表活剂的分子结构特点 表面活性剂结构复杂，数目繁多。 其结构为：烃分子上的一个或几个氢原 子被极性基团取代的产物；极性基团可 以是离子基团，也可以是非离子基团。 即表面活性剂是由极性基和非极性基构 成；极性基叫亲水基，非极性基叫亲酯 基。（如下图）。 下 页返 回结 束主 页 Date 阴离子表面活性剂 非离子表面活性剂 Date 表面活性剂亲水示意图 Date 1.4 表面活性剂的分类 表面活性剂分子 非极性烃链（疏水） 极性基团（亲水） H2 C H2 C H2 C H2 C H2 C H2 C H2 C H2 C OH C H2 C H2 C H2 C H2 C H2 C

7、 H2 C H2 C H2 C H2 C O 硬脂酸 Date 阴离子表面活性剂 RCOONa羧酸盐 R-OSO3Na 硫酸酯盐 R-SO3Na磺酸盐 R-OPO3Na2磷酸酯盐 1.离子型 2.非离子型 阳离子型 阴离子型 两性型 表面活性剂 2.4.1 按离子类型 Date 阳离子表面活性剂 R-NH2HCl伯胺盐 CH3 | R-N-HCl仲胺盐 | H CH3 | R-N-HCl叔胺盐 | CH3 CH3 | R-N+-CH3Cl-季胺盐 | CH3 Date 两性表面活性剂 R-N+HCH2-CH2COO-H 氨基酸型 CH3 | R-N+-CH2COO-H 甜菜碱型 | CH3 D

8、ate R-(C6H4)-O(C2H4O)nH 烷基酚聚氧乙烯醚 非离子表面活性剂 R2N-(C2H4O)nH 聚氧乙烯烷基胺 R-CONH(C2H4O)nH 聚氧乙烯烷基酰胺 R-COOCH2(CHOH)3H 多元醇型 R-O-(CH2CH2O)nH 脂肪醇聚氧乙烯醚 Date 2.4.2 按亲水基的结构分类 极性基团： 羧酸、磺酸、硫酸、磷酸酯盐、 氨基或胺基及其盐（伯、仲、叔、季） 鎓盐型（磷、砷、硫、碘化合物） 羟基、酰胺基、醚键等。 Date 2.4.3 按疏水基的种类分类 1. 直链烷基 支链烷基 3. 烷基苯基 4. 烷基萘基 通常为烃基构成 5. 松香衍生物 6. 高分子质量聚

9、氧丙烷基 7. 长链全氟(或高氟代)烷基 8. 聚硅氧烷基 Date 硅表面活性剂 氟表面活性剂 2.4.4 按表面活性剂的特殊性分类 元素表面活性剂 是指碳氧链上的氢（碳） 原子被其它元素所代替，而显现出与普通表面 活性剂不同的性能。 1.元素表面活性剂 Date 2.高分子表面活性剂 c. 合成高分子表面活性剂 聚乙烯醇、聚丙烯酸盐、聚丙烯酰胺 b. 部分合成高分子表面活性剂 羧甲基纤维素、羧甲基淀粉 a. 天然高分子表面活性剂 阿拉伯树胶、皂、蛋白质（大豆蛋白、牛乳） Date 3.生物表面活性剂 a.糖脂系 鼠李糖脂、海藻糖脂、槐糖脂。 b.酰基缩氨酸系 硫放线菌素、脂缩氨酸。 由酵母

10、、细菌作用于培养液。生成有 特殊结构的表面活性剂。 Date 4.冠醚型表面活性剂 冠醚能与金属多价离子络合，用作相 转移催化剂、萃取剂等。 Date 2.5.5 其他分类方法 广泛应用于洗涤、医药、石油、食 品、农业等各个领域。 水溶性 油溶性 低分子量 高分子量 表面活性剂具有润湿、分散、乳化、增溶 、起泡、消泡、保湿、润滑、洗涤、渗透、杀 菌、防腐等功能。 Date 表面活性剂分子具有“两亲结构”，当表面活性 剂溶于水时，亲水基力图进入水中，疏水基则力图 离开水伸向空气，结果是表面活动剂在界面上发生 相对聚集，这种现象叫做“吸附”。由于吸附，溶液 的表面张力降低。 2.5 表活剂在溶液中

11、的性质 返 回 结 束主 页 Date 当吸附达到一定程度后，吸附量不再增加，趋 于恒定，此值称为饱和吸附量，用表示。此时， 再增加表面活性剂，表面活性剂则于“胶束” 的形式 存在。此时，表面活性剂在水溶液中的性质发生质变 。常见的有球形、棒型、层状、长栅状。 Date 两亲分子溶解在水中达一定浓度时，其非极 性部分会互相吸引，从而使得分子自发形成有 序的聚集体，使憎水基向里、亲水基向外，减 小了憎水基与水分子的接触，使体系能量下降 ，这种多分子有序聚集体称为胶束。 1. 胶束的形成 2.5.1 表面活性剂胶束 胶束 Date 胶束结构示意图 Date a.球形胶束 2. 胶束的形状 Date

12、 b.棒状胶束 Date Date c.层状胶束 Date Date 3. 临界胶束浓度CMC （Critical Micell Concentration） 表面活性剂在水中随着浓度增大，表面上聚集的活性 剂分子形成定向排列的紧密单分子层，多余的分子在体相 内部也三三两两的以憎水基互相靠拢，聚集在一起形成胶 束，这开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度。 Date （b）浓度相对升高，很快 地聚集到水表面上，即表 面吸附量大为增加、空气 和水的接触相对减少，水 表面张力下降。 （a）是极稀溶液，界面 上没聚集很多的表面活性 剂，空气和水直接接触， 水的表面张力下降不多， 接近于纯水的状态。

13、Date （c）表面活性剂浓度逐渐升高，表面活性剂毫无间 隙地密集于液面上，形成了单分子吸附膜。空气与 水处于完全隔离状态，表面吸附达饱和。在溶液内 部，增加表面活性剂,先是三三两两以疏水基互相靠 拢，形成球形胶束的最初形式。 Date 表面活性剂浓度由小变大 C CMC 溶液中的分子的 憎水基相互吸引，分 子自发聚集，形成球 状、层状胶束，将憎 水基埋在胶束内部。 Date 脂质双层与细胞膜 Date 2.5.2 临界胶束浓度时溶液的性质 表面活性剂在溶 液中，开始形成胶束 的最低浓度称为临界 胶束浓度简称CMC 。 在CMC附近，表面活性剂溶液的许多性质都会出现 转折，如表面张力、电导率、

14、去污能力等。 Date CMC 这时溶液性质 与理想性质发生偏 离，在表面张力对 浓度绘制的曲线上 会出现转折。继续 增加活性剂浓度， 表面张力不再降低 ，而体相中胶束不 断增多、增大。 Date 表面活性剂水溶液其浓度只 有稍高于其CMC值时，才能充分 显示其作用。 可以利用测定表面张力，电导率 等方法达到测定临界胶束浓度目的。 Date 4.胶束的作用 乳化作用 泡沫作用 分散作用 增溶作用 催化作用 Date 1.5.3 影响临界胶束浓度的因素 1. 表面活性剂的碳氢链长度 离子型表面活性剂的碳氢链长816，CMC 值随碳链增加而降低。 2 .碳氢链分支 疏水碳链有分支的，CMC值较大。

15、 Date 3 .极性基团的位置 极性基团靠近碳链中间的，CMC较大。 4 .碳氢链中其它取代基的影响 碳链中存在极性基团， CMC较大。 5 .疏水链的性质 疏水链越大， CMC越小。 Date 6 .亲水基团的种类 离子型表面活性剂 ，CMC较大。 非离子型表面活性剂 ，CMC较小。 7 .温度的影响 a.离子型：克拉夫特点以上使用。 b.非离子型：浊点 以下使用。 随着温度的升高, CMC 值呈下降趋势,这是因 为活性剂溶于水是水合过程,该过程是放热的。 Date 2.6 亲水亲油平衡 2.6.1 亲水一亲油平衡值 (Hydrophile-Lipophile Balance) 指表面活性

16、剂的亲水基和疏水基之间在大小和力 量的平衡关系。反映着一平衡程度的量被称为亲水 亲油平衡值（简称HLB值）。是一个相对值。 石蜡的HLB值为0、油酸的HLB值为1、油酸钾的 HLB值为20、十二烷基硫酸钠的HLB值为40作为标准 ，由此则可得到阴、阳离子型表面活性剂的HLB值为 140，非离子表面活性剂的HLB值为120。 下 页返 回结 束主 页 Date HLB值= 亲水基质量 亲水基质量+憎水基质量 100/5 2.6.2 HLB的计算 a.非离子型 多元醇脂肪酸酯HLB = 20(1-S/A) 聚氧乙烯型 皂化值不易得到的 HLB = (E+P)/5 b.离子型HLB=(亲水基团HLB)+(亲油基团HLB)+7 c.混合型HLB混合=(HLBi qi) Date 按表面活性剂在实际中的不同用途，选择合适 的HLB值。若过小，不溶于水；过大，不能形成胶 束。其应用如下。 2.6.3 表面活性剂HLB值的应用 （重点） 下 页返 回结 束主