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1、1 3表面活性剂 SAA 的性能与应用原理 前言3 1表面活性剂 SAA 的定义3 1 1SAA的分类 结构特征3 1 2表面活性剂的性能3 1 3SAA在复配型精细化学品中的作用3 1 4SAA复配的应用与规律 2 无处不在的SAA 绿茶冰淇淋配方 绿茶汁5 全脂淡乳粉9 3 稀奶油25 甘油硬脂酸脂0 2 白砂糖15 明胶0 4 羧甲基纤维素钠0 1 水45 制备工艺白砂糖 稀奶油 全脂淡奶粉 稳定剂 乳化剂 水 混合配料 均质 杀菌 冷却 加茶汁 老化 凝冻 灌注 包装 检验 成品 甘油硬脂酸脂SAA 食品乳化剂作用 乳化 分散 发泡保型性的改善 增加室温下冰淇淋的耐热性贮藏性的改善 减
2、少贮藏中制品的变化防止或控制粗大冰晶形成 使冰淇淋的组织细腻 3 其它 塑料制品中的抗静电剂洗涤用品化妆品车用化学品等等 4 3 1 1表面活性剂 SAA 的定义 表面张力表面活性剂定义 5 3 1 1表面张力 表面表面张力 6 表面 界面 相与相之间的接触面固 液 固 固 固 气 液 液 液 气表面两相中一相为气相时形成的界面固 气 液 气说明界面实际上并不是一个几何面 它通常是约几个分子厚度的过渡区 7 表面张力 现象存在表面张力导致产生原因 定义导致结果 8 现象 露珠在荷叶 草叶上呈球形而不是铺在叶面上水银落到地上散落呈小球而不是其它形状曲别针或一角硬币可浮在水面 9 捅破有棉线肥皂水
3、的肥皂膜 10 表面张力产生原因 定义 原因液体内部分子受力平衡表面层分子受力不平衡 合力指向液体内部 表面层分子有被拉进液体内部趋势定义 11 表面张力定义 宏观表现为液体表面有收缩趋势 从而处于表面层内分子数减少 或者说表面恒有一种抵抗表面扩张的力 即表面张力 亦有用 表示的 其物理意义是垂直作用于单位长度相表面上的力 单位为 N m 1 12 导致结果 体系表面积越大 能量越高 界面相同 表面层分子要比内部分子多出一部分能量 即表面能 E 表面能等于表面张力 和表面积 A 的乘积 即 E A 13 3 1 2表面活性剂定义 纯溶剂的表面张力定值 恒T P 纯液体表面能的降低只能通过缩小表
4、面积来实现 叶面的水滴 水银球为球形的原因 E A溶液的表面张力 可变 恒T P下 SAA定义 14 溶液的表面张力 可随溶质浓度而变 第一类 曲线3增加略有上升 常接近于直线如NaCl溶液第二类 曲线2增加而逐渐下降在浓度很稀时下降较快 随浓度增加下降变慢如丁醇溶液第三类 曲线1在溶液浓度较稀时 表面张力急剧下降当溶液的浓度达到一定值后 溶液的表面张力就不再下降了如十二烷基苯磺酸钠SAA 15 SAA定义 掌握 以很低的浓度就能显著降低溶剂的表面张力的物质 16 3 1 3SAA的分类 结构特征 1saa结构特征2SAA种类 17 1saa结构特征 掌握 分子中具两亲结构极性基团 亲水基非极
5、性基团 长链烃基 亲油基 疏水基 18 2SAA种类 概述种类 19 概述 常见分类方法 按SAA在水溶液中能否解离及解离后所带电荷类型非离子型 离子型 阴离子 阳离子和两性SAA 按用途分类如润湿剂 渗透剂 乳化剂 分散剂 柔软剂 抗静电剂 洗涤剂等按SAA在水和油中的溶解性水溶性和油溶性SAA按分子量分类分子量大于10000者称为高分子SAA 分子量在1000 10000的称为中分子量SAA 分子量在100 1000的称为低分子量SAA前两种常见 20 saa种类 按离子类型 掌握 概述阴离子SAA阳离子SAA两性离子SAA非离子SAA特种表面活性剂 21 按离子类型分类 即按在水溶液中能
6、否解离及解离后离子类型 亲水基结构 分类 22 阴离子SAA 定义在水中电离后 亲水基团带负电荷的表面活性剂称为阴离子表面活性剂种类和用途说明 阴离子表面活性剂的水溶液一般呈中性或碱性 因此一般在中性或碱性环境下使用 23 阴离子SAA种类和用途 24 脂肪族羧酸盐 RCOO M 亲水基为羧基包括高级脂肪酸的钾 钠 铵盐以及三乙醇铵盐 如肥皂是历史上开发最早的阴离子表面活性剂 也是重要的洗涤剂 目前仍是皮肤清洁剂的重要品种 25 磺酸盐 R SO3 M 亲水基为为磺酸根 R S03 包括烷基苯磺酸盐 烷基磺酸盐 烯烃磺酸盐 磺基单羧酸酯 脂肪酸磺烷基酯 琥珀酸酯磺酸盐 烷基萘磺酸盐 石油磺酸盐
7、 木质素磺酸盐 烷基甘油醚磺酸盐等多种类型 26 硫酸酯盐 脂肪族二元酸与醇类发生酯化反应生成硫酸单酯和硫酸双酯 硫酸单酯和碱中和生成的盐叫硫酸酯盐 RO SO2 ONa R OSO3Na 与磺酸盐区别结构 硫酸酯盐中的硫原子不与烃基中的碳原子直接相连性质 最大区别在于硫酸酯盐在酸性条件下可以发生水解主要种类 有脂肪醇硫酸酯盐 FAS或AS 和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯盐 AES 两类 27 烷基苯磺酸盐 种类直链烷基苯 LAS 易降解支链烷基苯ABS 不易降解 目前已基本被LAS取代用途烷基苯磺酸钠去污力强 起泡力和泡沫稳定性以及化学稳定性好 而且原料来源充足 生产成本低 在民用和工业用清洗剂中
8、有着广泛的用途是阴离子表面活性剂中最重要的一种品种 也是中国合成洗涤剂的主要活性成分 28 烷基磺酸盐 AS和SAS 通式为RSO3M M为碱金属或碱土金属 R为C12 C20范围的烷基 其中以十六烷基磺酸盐性能最好 国内商品名为601洗涤剂它的毒性和对皮肤的刺激性都比LAS低 生物降解性好 是具有很好水溶性 润湿力 除油力的洗涤剂 用途是配制重垢液体洗涤剂的主要原料 可做个人卫生盥洗制品 各种洗衣物以及硬表面清洗剂使用时常与醇醚硫酸 AES 烯烃磺酸盐 AOS 复配 以弥补SAS在硬水中泡沫性差的缺点 29 烯烃磺酸盐 在硬水中和有肥皂存在时具有很好的起泡力和优良的去污力 毒性低 对皮肤刺激
9、性小 性能温和用途 在家庭和工业 清洗中均有广泛的用途 常用作个人保护 卫生用品 手洗餐具清洗剂 重垢衣物洗涤剂 羽毛清洗剂 洗衣用合成皂 液体皂以及家庭用和工业用硬表面清洗剂的主要成分 30 阳离子SAA 定义在水溶液中电离时 亲水基团带正电荷的saa 其疏水基与阴离子表面活性剂相似 种类用途工业上 直接利用其表面活性的不多 而是利用其派生性质 它除用作纤维柔软剂 抗静电剂 防水剂 染色助剂等之外 还用作矿物浮选剂 防锈剂 杀菌剂 防腐剂等说明 阳离子型表面活性剂的水溶液通常显酸性 31 阳离子SAA种类 32 两性离子SAA 定义通常把亲水基结构中同时含有阳 阴离子的表面活性剂叫两性表面活
10、性剂 种类用途它在酸 碱溶液中 可分别离解成阳离子或阴离子 是近年来发展速度最快的一类表面活性剂除了有良好的表面活性 去污 乳化 分散 润湿作用外 同时具备杀菌 抗静电 柔软等特性 并有相容性好 易于生物降解的优点 因此在民用和工业应用日趋扩大但目前价格高是其缺陷 33 两性离子SAA种类 在大多数情况下 阳离子部分都是由铵盐或季铵盐作为亲水基 而阴离子部分可以是羧酸盐 硫酸酯盐 磺酸盐等其中阴离子部分为羧酸盐 阳离子为胺盐的称氨基酸型 阳离子部分由季铵盐构成的则称为甜菜碱性 34 非离子SAA 定义在水中不电离 其亲水基主要是由一定数量的含氧基团 一般为醚键或羟基 构成的saa种类用途 35
11、 非离子SAA种类 36 非离子SAA用途 特点稳定性高 不易受强电解质无机盆类存在的影响 也不易受酸碱的影响 在溶液中不是离子状态在水及有机溶剂中皆有良好的溶解性能 但结构不同而有所差异 相容性好 能很好地复配使用有良好的耐硬水能力 低起泡性的特点大多具有良好的乳化 润湿 渗透性能及起泡 洗涤 稳泡 抗静电 增溶等作用 且无毒 因此广泛用作纺织业 化妆品 食品 药物等行业 是目前应用最为广泛的一类SAA之一在数量上仅次于阴离子表面活性剂 是一类大量使用的重要品种 37 特种表面活性剂 38 3 1 3saa的性能参数 临界胶束浓度 CMC 定义掌握 saa的亲疏平衡值 HLB 浊点 掌握 3
12、9 临界胶束浓度 CMC 定义表面活性剂形成胶束的最低浓度说明此时 表面活性剂分子在表面饱和 表面张力降低到最低值胶束 表面活性剂分子三三两两聚集在一起 憎水基靠在一起 形成的小胶团 影响CMC的因素SAA的结构 主要包括SAA的碳氢链链长 C CMC 碳氢链分支数目 分支多 烃链间作用力 CMC 极性基位置 极性基位于烃链中间 CMC 碳氢链中其它取代基 烃链中有极性基团时 CMC 亲水基团 CMC离子 CMC非离子 外部条件温度 T CMC非离子 等 40 胶束的结构 41 saa的亲疏平衡值 HLB 定义指表面活性剂分子中亲油和亲水基团的大小和力量的平衡 说明HLB值可以通过计算或由实验
13、测定HLB值越大 亲水性越强 HLB值越小 亲油性越强 HLB值的计算 42 HLB值的计算 掌握 单一SAA的HLB值计算混和saa的HLB值计算 43 单一SAA的HLB值计算 聚氧乙烯醚类和多元醇类非离子SAA多元醇脂肪酸酯类非离子SAA通用的表面活性剂HLB值经验计算式 44 聚氧乙烯醚类和多元醇类非离子SAA 例1求壬基酚聚氧乙烯醚 的HLB值已知 壬基酚聚氧乙烯醚的相对分子量为616解 亲水基团的相对分子量 MH MH 14 14 16 9 396故 HLB MH M 396 616 20 12 86 45 多元醇脂肪酸酯类非离子SAA 式中S为多元醇酯的皂化值 SoapValue
14、 A为原料脂肪酸的酸值 AcidityValue 皂化值S表征了SAA相对分子质量的大小 1克油脂完全皂化时所需要的氢氧化钾的毫克数 酸值A代表亲油基的大小 中和1克油中的酸性物质所需氢氧化钾的毫克数谓之酸值 酸值过大 说明油品氧化变质严重所以S A是亲油基质量在SAA质量中所占百分数1 S A代表亲水基质量在SAA质量中所占百分数例2 硬脂酸单甘酯的酸值A测得为198 皂化值为161 所以其HLB 20 1 161 198 3 8 46 通用的表面活性剂HLB值经验计算式 基团数法该式的意义 在求SAA的HLB值时 可以把SAA的分子分为一些基团 每一个基团对HLB的贡献称为基团数 HLB是
15、各基团贡献之和 示例 47 例3 太古油的分子式为求其HLB值解 亲水基 一个基团数为1 11一个 COOH 基团数为1 2 1一个 O 基团数为1 1 3亲水基团数之和为 11 1 3 2 1 14 4亲油基 13个 CH2 基团数为13 0 4753个 基团数为3 0 475一个 CH3为1 0 475亲油基团数之和为 13 3 1 0 475 8 075太古油的HLB值应为 HLB 7 14 4 8 075 13 3 48 混和saa的HLB值计算 具有加和性 式中WA和WB为混合SAA中A和B的重量 HLBA和HLBB为纯A和B的HLB值例470 的吐温 80 HLB 15 和30 的
16、司盘 80 HLB 4 3 组成混合表面活性剂 求该混合物的HLB值 49 不同HLB值的SAA用途 增溶剂 15 18去污剂 13 16O W乳化剂 8 16润湿剂 7 9W O乳化剂 3 8消泡剂 1 3 50 浊点 非离子SAA 非离子SAA的水溶性非离子SAA的浊点 51 非离子SAA的水溶性 它能溶于水是因为乙氧基及羟基中的氧原子都有可能与水分子形成氢键 52 非离子SAA的浊点 定义升高温度时非离子型表面活性剂溶液由透明变浑浊 降低温度溶液又会由浑浊变透明 由透明变浑浊和由浑浊变透明的平均温度称做为非离子SAA的浊点原因氢键键能较小 所以醚键氧原子与水分子的结合力比较松弛 如果将聚氧乙烯类非离子SAA的水溶液加热时 随着温度的上升 结合的水分子则由于热运动而逐渐脱离 因而亲水性也逐渐降低而变为不溶于水 以致开始的透明溶液变成浑浊的液体 当冷却时 氢键又恢复 因而又变为透明溶液 53 3 2saa在复配型精细化学品中的作用 3 2 1saa的界面吸附 掌握应用例子 3 2 2润湿与渗透作用 掌握应用例子 3 2 3发泡与消泡作用 掌握应用例子 3 2 4乳化作用3 2 5分散
