日用化学1剖析

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1、 日常生活，衣食住行，都与化学密切相关。仅选择一些具 有普遍意义的问题，即不仅在日常生活中遇到，而且在工农业 生产及科研中也将大量用到的问题，作极其简单的介绍与说明 。 纤维 纤维都是由具有链非常长的聚合物分子组成的。它们 由小分子单体或由人工化学合成，或由动植物经生物 化学自然的合成。 天然的：天然的：棉花是由许多-葡萄糖单元经-糖苷键相联结而构成 重复序列的纤维素。 丝纤维则是由一定种类和数量的氨基酸通过酰胺键（ 肽）联结的重复序列的蛋白质分子。 皮毛纤维是由多种氨基酸缩聚成多个-螺旋的多肽键， 每条 -螺旋链链间还可以通过二硫键结合在一起。 合成的：合成的： 各种不同的单体（小分子化合物

2、）缩聚成长链分子是合成纤维 。 聚酯类：涤纶（的确良） 对苯二甲酸与乙二醇缩聚 耐皱 挺刮 聚酰胺类：锦纶 尼龙 二酸与二胺缩聚 耐磨 聚丙烯腈类：腈纶 奥纶 保暖 棉织物为什么使人感到舒适？的确良为什么令人觉得有湿冷 感？棉织物如何增加挺刮性和耐磨性？为什么棉织物易变皱 ？的确良为什么总是挺刮？熨烫为什么会出现衣裤线条？ 图4.1 不同纤维抗褶皱的情况 温度 形变 玻璃化温度 粘流温度 粘流态 高弹态 玻璃态 TgTf 高分子材料形态 随温度的变化 100C Tg = 20C纤 维处可塑状态 Tg = 80C纤维 仍处玻璃态 表面活性剂 表面（界面）化学、胶体化学都是研究相界面发 生的现象，

3、界面结构、性质及其变化规律的学科。其 中表面活性剂有着特别重要的地位。 表面能、表面张力表面能、表面张力 多相体系中相之间存在界面界面。习惯上人们仅将气-液，气-固 界面称为表面表面。 通常处于界面的分子与处于相本体内的分子由于周围环境不 同,分子受力不同，致使液体表面都有自动缩小的趋势。 表面能：表面能： 表面功 表面吉布斯自由焓变：表面吉布斯自由焓变： 比例常数称为比表面吉布斯自由焓变。常称为表面张力 。 表面张力是物质的特性，其数值与温度，与界面两相物 质的性质有关。 水水的表面张力为72.75 量纲： 293K下， 乙醇乙醇为22.32 正丁醇正丁醇为24.6 水水- -正丁醇正丁醇（

4、4.1）的界面张力为34 表面活性剂的特点和分类 一是从化学结构上看都是具有双亲基团的化合物分子 （亲水的基团和疏水、憎水或亲油基团构成）。 亲水基团：羧基、磺酸基、硫酸根、磷酸根、羟基、醚基 、胺基、酰胺基等 亲油基团烃基通常记以R，烃基包括烷基和芳香烃基 “小蝌蚪”来描述表面活性剂分子，它的头为极性的亲水基 团，它的尾是长链的亲油基团。 二是能明显改变界面状态和性质，如降低表面张力或 两相界面张力，容易形成胶束。 临界胶束浓度（以CMC表示）单分子层，球形、棒状或层 状的胶束、胶团甚至胶囊等。 图4.2 水中表面活性剂的分布和状态 表4-1表面活性剂分类 一个表面活性剂的性质可 以粗略的用

5、亲水基团的数 量、疏水基团的数量以及 它们的数量之比来判断。 表面活性剂的功能 润湿与渗透作用润湿与渗透作用 润湿是固体与液体接触时，扩大接触面而相互附着 的现象。接触角的大小可描述润湿的情况。如图4.3 。 图4.3 润湿与接触角 不同表面与界面的张力的作用力：不同表面与界面的张力的作用力： 如图4.4。当液体在固体表面静止（平衡）时，x点处必有 如下关系： 固体、液体既已选定，即 为定值，因此液体对固体的润 湿视材料不同而异。倘若设法降低液体的表面张力为 ，显然平衡 破坏了， 将大于 。在x处的液体势必沿着固体表面 扩展，接触角随之变小。液体对固体的润湿性增加。表面活性剂 的加入恰恰显著的

6、降低液体的表面张力，从而增加对固体的浸润。 图4.4接触角与表面张力的关系 乳化、分散、增溶作用乳化、分散、增溶作用 乳化乳化：两种互不混溶的液体，其一以 及其细小的液滴（直径约在0.1数十微 米数量）均匀分散到另一液体中的现 象。所形成的体系称为乳状液。 增溶作用增溶作用使乳状液变成透明溶液的作用 。增溶可视为乳化作用的极限。 乳状液可分为两种类型：一种是水包油 型，记以O/W，一种为油包水型，记以 W/O。乳状液中所形成的胶束便有两种 ，示意如图4.5。 表面活性剂为什么可以增溶？由于表面 活性剂形成了各种形式的胶束，分散质 可进入并分散在囊中或层间胶束膨胀又 不破裂，体系外观没有变化，因

7、而“增 加”了溶解度之故。 图4.5O/W型与W/O型乳 状液 起泡和消泡起泡和消泡 泡沫是未溶气体，分散于液体或熔 融固体中形成的分散系。能使泡沫稳定 的物质为起泡剂。气体进入液体（水） 中，被液膜包围形成气泡。表面活性剂 富集于气液界面，以它的疏水基伸向气 泡内，它的亲水基指向溶液，形成单分 子层膜。这种膜的形成降低了界面的张 力，而使气泡处于较稳定的热力学状态 。当气泡在溶液中上浮到液面并逸出时 ，泡膜已形成了双分子膜了，如图4.6。 倘若再加入另一类表面活性剂，部分替 代原气泡膜中起泡剂分子，从而改变膜 层分子间引力，使膜强度降低，泡沫的 稳定性下降，可达到消泡的目的。 洗涤作用洗涤作

8、用 从固体表面除掉污渍的过程为洗涤。 图4.6泡沫生成模式图 表面活性剂的应用 表面活性剂被广泛用作洗涤剂。草木灰（KOH等）皂 素（类固醇的糖苷结构的复杂化合物，它是一种表面活性剂） 肥皂（含12至18个碳的饱和或不饱和的脂肪酸钠盐，如硬 脂酸钠（C17H35COONa），油酸钠（C17H33COONa），后者含 有双键）。在中性或酸性情况下，及在硬水中失去洗涤效果。 合成高效级洗涤剂，如十二烷基苯磺酸钠，它的水溶性， 浸润性更好，洗涤力更强。由于磺酸钠不水解，因此在酸性溶 液中也可使用。合成非离子型的表面活性剂，它们的洗涤 力更强，形成泡沫较少，且可在硬水、酸性或碱性体系中使用 。阴离子型

9、和非离子型表面活性剂混用可以起到协同效应 ，增加洗涤力。添加碳酸钠作为碱性组分，三聚磷酸钠作 为软化硬水的组分，也兼作增量剂。含磷洗衣粉的使用将造成 河流湖泊营养成分过增，水草生长过于繁茂，以致破坏生态平 衡，引起磷公害。因此试图用硅酸钠、硅铝酸钠来代替消除钙 离子的影响： 三聚磷酸钠 沸石 至于厨房用洗涤剂及洗发用香波，常用高级醇环氧乙烯醚硫酸 酯油为其主要成分之一。 阳离子表面活性剂阳离子表面活性剂：用作纤维柔软剂，可降低摩擦系数，改 善平滑性，可作为抗静电剂和杀菌消毒剂，最著名的是氯化苄 烷铵（氯化十二烷基二甲基苯甲基胺： ） 。 v金属电镀中，常使用各种表面活性剂，以便使镀层均匀、致

10、密、牢固、平整、光亮等。 v金属切削加工时，常用切削乳化液以便保护刀具和保证加工 质量。 v在润滑油中可选用来作缓蚀剂、清净分散剂使油泥不致沉淀 影响机器正常运行。 v在化肥或灭火粉末填料中为防止结块，颜料、染料均匀分散 需要添加表面活性剂。 v在冶炼中选用来作为捕集剂和起泡剂。使特定的矿石细粉末 被捕集剂包围并随着吹入的空气所形成的气泡浮起得以富集， 而无用的岩石块等则沉底弃去。这就是浮选法选矿。 v原油实际上是油包水（W/O）型的乳状液。沥青乳化便于铺 路施工，提高路面质量。 v在食品中，牛奶是典型的水包油（O/W）型的乳状液，豆浆 也如此，它们是由氨基酸作为表面活性剂使牛奶、豆脂分散在

11、水中。我们所用的蛋黄酱，就是用蛋黄，主要是卵磷脂，使食 物油乳化（食油70份，蛋黄10份，醋10份，水4份，糖3.5份， 盐1.5份调配而成）。人造奶油、巧克力，剃须膏、雪花膏 ，面霜等都是利用了表面活性剂。医用药膏软膏，乳油的配制 也都用到表面活性剂。 总之，我们可以发现很多场合都使用表面活性剂，其用量尽管 很少，但却能起到很好的效果。 胶粘剂 胶粘剂（黏合剂或粘接剂），俗称为“胶”，是靠着 界面作用力能把多种材料牢固地粘接在一起的物质 。 发展胶接技术一直是人们所追求的目标和梦想： （5）胶接件表面光滑、平整，保证外观美丽，甚至有良好的空气动力 学性能； （1）替代或减少大量的铆、焊、螺栓

12、紧固等繁重机械加工，大大减轻 整个工件的重量，节省材料； （2）工艺简便，便于实现机械化、自动化，提高生产效率，降低成本 ；（3）适应范围广，不受材料种类的限制，可在金属、玻璃、陶瓷、塑 料、橡胶、织物、木材、水泥及各材料之间的胶接，不受几何形状的 限制，尤其适用于微小型、薄片型、复杂型构件的胶接； （4）胶接时由于应力分布均匀，因而耐 疲劳强度高，使用寿命、机械 强度都能提高； （6）密封性优良并防腐蚀； 无庸置疑，胶粘剂材料本身及其性能 是决定材料胶接好坏的最关键的问题 。 （7）灵活性好，有时可赋予导电、绝缘、绝热、导热、导磁，抗震等 特殊性能。 合成胶粘剂组成合成胶粘剂组成 组成组成主

13、料与多种辅料混配而成。 主料主料又称粘料，是胶粘剂的基本成分。许多高分子化合物 都可作为粘料。常用的有环氧树脂，酚醛树脂，聚氨酯，聚醋 酸乙烯酯，聚丙烯酸酯，丁腈橡胶，硅橡胶等。无机胶粘剂中 通常水玻璃（硅酸钠），磷酸盐等作主料。 辅料辅料最主要的是固化剂（使原来线型的主料聚合物交联 成坚韧和坚硬的三维网状结构，提高性能）；促进剂（调节胶 粘剂固化速度和降低固化温度）；增型剂（提高其柔韧性）； 偶联剂（可与胶粘剂主料分子和被粘物相结合的基团，使两者 “偶联”起来，提高胶接强度）；稀释剂（降低黏度，提高浸透 力，改进工艺性能）；填料（增稠，补强，降低固化过程的收 缩率，赋予特殊的物化性能）；增塑

14、剂和防老剂等。 分类分类 表4-2若干胶粘剂的种类和用途 常用胶粘剂常用胶粘剂 环氧树脂胶粘剂环氧树脂胶粘剂（结构胶、万能胶）（结构胶、万能胶） 分子中含有多个环氧基的树脂统称为环氧树脂。以它 为主料的胶粘剂称为环氧树脂胶粘剂。应用最多的是由双 酚A型环氧树脂，例如由两端具有羟基（OH）的二酚基丙 烷（简称双酚A）和环氧氯丙烷在碱中脱HCl缩聚而成，反 应产物是聚合度n（大约n=020）的线性高分子化合物。 再加入固化剂在环氧基处发生化学交联反应，便形成网状体型 结构的大分子，变成不溶不熔的固化物。固化剂大致有三类， 胺类如乙二胺等；酸类如顺丁烯二酸酐等；含活性基团的合成 树脂类，如酚醛树脂等

15、。现以乙二胺为例其固化反应为： 显然环氧树脂分子链中含有许多极性基团，如 ，O ， 等，对金属与非金属材料，陶瓷，玻璃，木材，纤 维等材料都具有牢固的粘附力，是一种通用的胶粘剂，常称为“ “ 万能胶万能胶” ”。 酚醛树脂胶粘剂酚醛树脂胶粘剂（耐热性好，高胶接强度，性脆） 酚醛树脂是由酚类（如苯酚、甲基苯酚、间苯二酚等）与醛类 （如甲醛、糠醛等）经加成缩合反应制成的高分子化合物。如 苯酚与甲醛在不同条件下可得到不同交联的酚醛树脂： 它经过加成产生 等，缩聚得 进一步固化交联成网状分子 。 酚醛树脂中含有-OH、-CH2OH等极性基团，表现出树脂的胶粘能力 。 碱性 酸性 ， 烯烃类胶粘剂烯烃类

16、胶粘剂（非结构胶粘剂） 最重要的有丙烯类的和含乙烯类的胶粘剂。广泛应用于木材加 工，图书刊物的装订与包装，机械，建筑，电子，医学等领域 。 丙烯酸类胶粘剂是指丙烯酸、甲基丙烯酸及其酯类为主体 的聚合物或共聚物配制成的胶粘剂。 瞬干胶（快干胶）：-氰基丙烯酸酯CH2=C(CN)COOR（R为甲基 或乙基）在微量水作用下极易发生加聚反应而迅速固化。在室温下， 暴露在空气（湿气）中，几分钟甚至于基秒几秒钟即可固化得名。广 泛用于胶接金属、塑料、橡胶、陶瓷、玻璃等。若R是丁基，辛基， 则是较理想的生物医学胶粘剂，可用于动物体组织手术后缝合、止血 、烫伤、不开刀的绝育手术等。“502胶”就是常用的一种快干胶。 厌氧胶：厌氧胶粘剂是一种液态胶液，在空气中可较长期的贮存，但 一旦使用因隔绝空气（缺氧）便很快固化并起胶接作用得名。如用丙 烯酸与乙二醇发生酯化反应生成丙烯酸乙二醇酯 CH2=