表面活性剂化学-第一章.

《表面活性剂化学-第一章.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《表面活性剂化学-第一章.（83页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、表面活性剂化学 1 表面活性剂的结构、性能及相互关系 2 表面活性剂的特性及功能 3 在化学研究中的应用 对表面活性剂知多少？ 几乎无处不在，万金油 有关表面活性剂领域简介 化学科学部“十一 五”优先发展领域 （1）新的合成策略、概念与方法(模板，结构导向等） （2）化学反应过程、调控及实验与理论（界面性质，相转移催化 等） （3）分子聚集体的构筑、有序结构和功能（表面活性剂等） （4）复杂化学体系理论与计算方法 （5）分析测试原理和检测新技术、新方法（胶束光度法，胶束色谱 等） （6）生命体系的化学过程与功能调控（仿生细胞膜，酶固定化） （7）绿色化学与环境化学中的关键科学问题（胶束增溶，非

2、有机 萃取） （8）材料科学中的关键化学问题（纳米材料分散，生物材料相容性等） （9）能源和资源中的基本化学问题（石油开采，光化学太阳能转换和 储存） （10) 化学工程中的关键科学问题（工业味精等） 化学科学部“十二 五”优先发展领域 (1)合成化学 (2)化学结构、分子动态学与化学催化 (3)大分子和超分子化学 (4)复杂体系的理论、模拟与计算 (5)分析测试原理和检测新技术、新方 法 (6)污染物多介质环境过程、效应及控 制 (7)化学与生物医学交叉研究 (8)功能导向材料的分子设计与可控制 备 (9) 绿色与可持续化学 参考书目： （1）肖进新等，表面活性剂应用原理 化工出版社，200

3、3 （2）赵国玺等，表面活性剂作用原理 中国轻工业出版社， 2003 考试形式：开卷 要求：有目的的学 目的：开拓思维 第一章 表面活性剂概论 （1）表面活性剂是一种两亲（亲水和亲油） 分子独特的结构； （2）称之为“工业味精”；“浓缩的是精华”12)和CoSA与油相的比例较高时，便可形成更精细的乳剂(粒 径100 nm，微乳液)，其巨大的比表面积可更大的提高药物的生物利用度。 固定酶和模拟酶 固定酶（Immobilized enzyme) 反胶束是表面活性剂分散于连续有机相中 自发形成的与正常胶束结构相反的一种含水 聚合体。由于反胶束用于酶体系具有很多优 点，故在蛋白质的萃取分离和酶的固定化

4、方 面有优势。 与直接使用固体酶粉相比，酶经固定化后 其稳定性提高，更利于酶的回收和再利用。 对酶的纳米级固定化技术的研究主要包括 以下三个方面: (1)利用反胶团为酶模拟“自然环境”,将酶 限制在反胶团中进行催化反应,反应结束通 过膜反应器将酶和表面活性剂截留下来回收 利用; (2)利用反胶团作为“微反应器”进行纳米 级的聚合,以所得纳米材料作为固定酶的载 体; (3)高聚物中引入纳米级磁核,得到在磁场下 快速分离的磁性微球载体,并进行酶的固定 化。 W /O微乳液体系可以发生胶凝作用，以 此 可固定酶。反胶团(束)能在分子水平上把酶 分散在有机介质中,亲水性的酶定位在极性 水腔中,周围是一

5、个水层和一个表面活性剂 层,酶不与有机溶剂直接接触,所以避免了失 活；而相对疏水的酶,则定位在水池与表面 活性剂之间的界面上。因为界面的疏水性小 于水池,这样在此体系中大多数酶能保持催 化活性和稳定性, 有的甚至表现出超活性(superactivity)， 使得反胶团技术也被看成是生物催化 剂的固定化新方法。这种固定化方法 与传统固定化法不同的是它没有严格 意义上的载体。随着反胶团技术发展 和酶催化反应研究不断深入,一个新的 研究领域 胶束酶学 ( Micellar enzymology ) 开始产生和兴起。 对固定酶的包衣 由于酶的亲水性，所以固定化酶主要适 用于水溶液介质。若将固定化酶用表

6、面活性 剂进行包衣，则包衣后的固定化酶可能象包 衣后的天然酶那样，由于受到表面活性剂分 子的保护变得更耐有机溶剂，从而提高酶的 活性。 有例表明酶固定化后再包衣，酶的比活较 未包衣前提高了6090。 模拟酶（Mimetic Enzyme) 天然过氧化物酶价格昂贵，且容易失活， 对催化反应条件要求苛刻。但模拟酶仅能模 拟辅基结构。由于处于游离状态，其催化活 性和特异性均不如天然酶 而创造适宜的微 环境可有效提高模拟酶的催化活性。如 Schiff碱铜配合物模拟酶具有类似辣根过氧 化物酶(HRP)的催化活性，而阴离子表面活 性剂十二烷基硫酸钠(SDS)的加入改善了模 拟酶所处的微环境，其增溶、增敏的

7、双重作 用使模拟酶的催化活性、稳定性均显著提高 。 SDS对模拟酶的增敏效果显著，但最大吸收波长未发 生改变，说明并无新的化合物生成，只是改变了模拟 酶所处的微环境。SDS与Cu(I)一(HNATS) 模拟酶间的 静电吸引对模拟酶有一定的固定作用 ，客观上起到 稳定模拟酶和提高其活性的作用。 新型分离方法 如反胶束萃取、双水相、浊点萃取、 微乳液、泡沫、液膜、强化胶团超滤 、 胶束电动色谱、胶束液相色谱等。 材料的改性（氧化铝/SDS） 聚硅氧烷分子量较大，通常的工业 乳化剂因不含硅氧烷结构而不能乳化 或乳化效果不好，可用吐温改性。 1.1 表面和界面现象 要想了解表面和界面现象，首先， 要了

8、解表面和界面。那么什么是表(界 )面呢? 众所周知，我们周围的物质有 三态：气、液、固，也就有了气、液 、固三相。除气体之间外，应有5种不 同的相界面。当有界面的两相其中之 一为气相时，这个界面常被称为表面 。 界面：两相的接触面。 气液界面 固气界面 液液界面 固液界面 固固界面 表面现象 气、液、固 表面：固、液相与气相的接触面。 (surface and interface) 界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区 ，若其中一相为气体，这种界面通常称为表面 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。 严格讲表面应是液体和固体与其饱和蒸气之间 的界面，但

9、习惯上把液体或固体与空气的界面称为 液体或固体的表面。 表面现象: 樟脑丸在洁净的水面“跳舞”； 两枚纸片在宽敞的水面自行分开；等 。 界面现象： 不光液体与气体之间有表面层，液 体与固体器壁之间也存在着“表面层” ，这一液体薄层通常叫做附着层。 液体和固体接触时，会出现两种现 象： 不浸润和浸润现象。水银掉到玻璃 上，呈现出球形不浸润。而水滴掉 到玻璃上，是慢慢地沿玻璃散开浸 润。浸润和不浸润两种现象，决定了 液体与固体器壁接触处形成两种不同 形状：凹形和凸形。 (surface and interface) 常见的界面有： 气-液界面 (surface and interface) 气-固

10、界面 (surface and interface) 液-固界面 (surface and interface) 液-液界面 (surface and interface) 固-固界面 界面现象的本质 最简单的例子是液体及其蒸气组成的表面。 液体内部分子所受的力可以 彼此抵销，但表面分子受到体相 分子的拉力大，受到气相分子的 拉力小（因为气相密度低），所 以表面分子受到被拉入体相的作 用力。 这种作用力使表面有自动收缩到最小的趋势，并 使表面层显示出一些独特性质，如表面张力、表面吸 附、毛细现象、过饱和状态等。 1.2 表面活性和表面活性剂 前面提到的表面和界面现象都和一 种物质有关表面活性剂

11、。表面活性 剂的主要功能之一表现在改变液体的 表面，液液界面和液固界面的性 质，而其中液体的表(界)面是最重要 的。 那么何谓表面活性？它和表面活性 剂又有什么关联？ 醛、酮、醇、酸等有机物质在水中 的分布是不均匀的，即在液体表面的 浓度和液体内部的浓度不同。人们把 这种表面和溶液内部浓度不同的现象 称为吸附现象。使表面层的浓度大于 液体内部浓度的作用称为正吸附作用 （简称：吸附）。相反的作用称为负 吸附作用。这种因表面正吸附而使液 体表面张力降低的性质称为表面活性 。 表面活性物质很喜欢跑到两种物质 或者两相的表面上活动，从而改变表 面性质，人们把它叫做表面活性剂。 实质上，它活动的表面是一

12、个界面。 这个界面包括气、液、固各相的任何 两相的界面，因此人们又把它叫界面 活性剂。它就是通过界面活动的能力 ，发挥润湿、乳化、分散、发泡、增 溶、洗涤以及润滑等作用。通常为方 便起见统称之为表面活性剂。 不同表面活性物质的表面活性程度 是不同的。一般而言，在低浓度下能 大大降低溶液表面张力的物质也可以 说是具有良好表面活性的物质。使表 面张力降低越大的物质其表面活性就 越大。即使从其它表面性质来看，大 体也以此为基准来衡量。这就是为什 么像庚烷、丙酮等表面张力低，而不 是表面活性剂的原因。 表面活性剂定义： 表面活性剂是这样的一种物质，它能吸 附在表（界）面上，在加量很少时即可显著 改善表

13、（界）的物理化学性质；在浓度足够 大时，能形成分子有序组合体；从而产生一 系列应用功能。 表面活性剂所具有的润湿和反润湿，渗 透和防水，乳化和破乳，分散和凝聚，起泡 和消泡,洗涤，抗静电，润滑以及增溶等一 系列作用称为表面活性。 1.3 表面张力和表面自由能 表面张力是物质表面的一种作用 力，物质的表面性质基本上都与此有 关。因此，研究物质的各种表面现象 差不多都要从它的表面张力入手。 表面张力是分子间吸引力强弱的 一种量度，因此引起分子间吸引力变 化的因素都会引起表面张力的变化。 物质表面张力的大小，主要取决于 物质自身和与其接触的另一种物质， 就气液界面而言，当液体为醇、醛 、酮等有机物质

14、时，表面张力比较低 。与此相反，当液体为无机酸、水银 、水等无机液体时，表面张力比较大 。 用于此类物质根据浓度和表面张力 的关系，可分成表面活性剂、表面活 性物质和无表面活性的物质三类。 第一类是表面张力略上升且往往 近于直线(曲线A)，属于这类有无机盐 和蔗糖、甘露醇等多羟基有机物。 第二类是表面张力在浓度很稀时， 下降较快，随浓度增加下降变慢(曲线 B)。 的溶质有低分子量的醇类、酸类等大 部分极性有机物。 第三类是在溶液浓度稀时，溶液 的表面张力随溶质浓度的增加急剧下 降，当溶液的浓度增加到一定值后， 就不再下降了(曲线C)。属于这类的溶 质一般为八个碳以上的有机酸盐、有 机胺盐等。

15、丝线圈实验 （surface tension） 如果在金属线框中间系一线圈， 一起浸入肥皂液中，然后取出，上 面形成一液膜。 (a) (b) 由于以线圈为边界的两边表面张 力大小相等方向相反，所以线圈成任 意形状可在液膜上移动，见(a)图。 如果刺破线圈中央的液膜，线 圈内侧张力消失，外侧表面张力立 即将线圈绷成一个圆形，见(b)图， 清楚的显示出表面张力的存在。 证明表面张力存在试样图 表面张力（surface tension） 如果在活动边框上挂一重物， 使重物质量W2与边框质量W1所产生 的重力F（F=（W1+W2）g）与总的 表面张力大小相等方向相反，则金 属丝不再滑动。 这时 l是滑动边的长度，因膜有两个 面，所以边界总长度为2l， 就是作 用于单位边界上的表面张力。 液体的表面张力 ： 在单位长度作用线上液体表面的收 缩力，它存在于液体表面上的任何部 分，其方向是切于液面而垂直于作用 线，并指向液面缩小的方向。 的单位