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1、3 表面活性剂（SAA）的性能与应用原理 n 前言n3.1 表面活性剂（SAA）的定义 n3.1.1 SAA的分类、结构特征n3. 1.2 表面活性剂的性能n3.1.3 SAA在复配型精细化学品中的作用n3.1.4 SAA复配的应用与规律1 1无处不在的SAAn绿茶冰淇淋配方：n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。n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。 n甘油硬脂酸脂 SAA:食品乳化剂 作用：n乳化、分散、发泡n保型性的改善
2、： 增加室温下冰淇淋的耐热 性n贮藏性的改善： 减少贮藏中制品的变化n防止或控制粗大冰晶形成，使 冰淇淋的组织细腻 2 2其它n塑料制品中的抗静 电剂n洗涤用品n化妆品n车用化学品等等3 33.1.1 表面活性剂（SAA）的定义n表面张力n表面活性剂定义4 43.1.1 表面张力n表面n表面张力5 5表面n界面： 相与相之间的接触面 固液、固固、固气 、液液、液气n表面 两相中一相为气相时形成 的界面 固气、液气n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 6 6表面张力n现象 存在表面张力导致 n产生原因、定义 n导致结果 7 7现象n露珠在荷叶、草叶 上呈球形而不
3、是铺 在叶面上 n水银落到地上散落 呈小球而不是其它 形状 n曲别针或一角硬币 可浮在水面8 8捅破有棉线肥皂水的肥皂膜9 9表面张力产生原因、定义n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n定义 1010表面张力定义n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）n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-11111导致结果n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
4、能等于表面张力()和表面积(A)的乘 积，即： E = A 12123.1.2 表面活性剂定义n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面积来实 现(叶面的水滴、水银球为球形的原因)：E = A n溶液的表面张力：可变（恒T、P下）nSAA定义1313溶液的表面张力（可随溶质浓度而变 ）n第一类：曲线3 增加略有上升，常接近于直线 如NaCl溶液n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n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 SA
5、A 1414SAA定义 (掌握）n以很低的浓度就能显著降低溶剂的表面 张力的物质15153.1.3 SAA的分类、结构特征n1 saa结构特征n2 SAA 种类 16161 saa结构特征（掌握）n分子中具两 亲结构 极性基团： 亲水基 非极性基团( 长链烃基)： 亲油基/疏水 基17172 SAA 种类n概述 n种类 1818概述（常见分类方法）n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）n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 n按SAA在水和油中的溶解性 水溶性和油溶性SAAn按分子量分类 分子量大于
6、10 000者称为高分子SAA；分子量在100010 000的 称为中分子量SAA；分子量在1001000的称为低分子量SAAn前两种常见1919saa种类（按离子类型）（掌握）n概述 n阴离子SAA n阳离子SAA n两性离子SAA n非离子SAAn特种表面活性剂 2020按离子类型分类：即按在水溶液中能否解离及解离后离子类型（亲水基结构）分类 2121阴离子SAAn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n种类和用途n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 2222阴离子SAA种类和用途2323脂肪族羧酸盐(RC
7、OO-M+) n亲水基为羧基n包括高级脂肪酸的钾、钠、铵盐以及三 乙醇铵盐。如肥皂 n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 2424磺酸盐(RSO3-M+) n亲水基为为磺酸根(R-S03-)n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、木质素磺酸盐、烷基 甘油醚磺酸盐等多种类型。 2525硫酸酯盐 n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-SO2ONa（ROSO3Na）n与磺酸盐区别 结构：硫酸酯盐中
8、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n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 2626烷基苯磺酸盐n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n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。2727烷基磺酸盐(AS和SAS) n通式为RSO3M(M为碱金属或碱土金属)，R为C12C20 范围
9、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n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。n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n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 2828-烯烃磺酸盐n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 性小、性能温和n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
10、皂以及家庭用和工业用硬表面清洗剂的主 要成分 2929阳离子SAA n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。n种类n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n说明：阳离子型表面活性剂的水溶液通常 显酸性 3030阳离子SAA种类3131两性离子SAAn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 叫两性表面活性剂。n种类 n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
11、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 3232两性离子SAA种类n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n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3333非离子SAAn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 saan种类n用途 3434非离子SAA种类3535非离子SAA用途 n特
12、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n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 n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3636特种表面活性剂37373.1.3 saa的性能参数n临界胶束浓度（CMC）（定义掌握）nsaa的亲疏平衡值（HLB） n浊点（掌握）3838临界
13、胶束浓度（CMC）n定义 表面活性剂形成胶束的最低浓度 说明n此时，表面活性剂分子在表面饱和，表面张力降低到最低值n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。n影响CMC的因素 SAA的结构：n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n温度（T，CMC非离子）等 3939胶束的结构4040saa的亲疏平衡值（HLB）n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
14、衡。 说明nHLB值可以通过计算或由实验测定nHLB值越大，亲水性越强；HLB值越小，亲油性越强 。nHLB值的计算4141HLB值的计算（掌握）n单一SAA的HLB值计算n混和saa的HLB值计算4242单一SAA的HLB值计算n聚氧乙烯醚类和多元醇类非离子SAAn多元醇脂肪酸酯类非离子SAAn通用的表面活性剂HLB值经验计算式 4343聚氧乙烯醚类和多元醇类非离子SAAn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616n解：亲水基团的相对分子量（MH）：nMH（141416）9396 故：HLBMH/M(396/616)20=12.864444多元醇脂肪酸
15、酯类非离子SAAn式中S为多元醇酯的皂化值(Soap Value)；A为原料脂肪酸的酸值 (Acidity Value) 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。) n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 1S/A代表亲水基质量在SAA质量中所占百分数n例2，硬脂酸单甘酯 的酸值A测得为198，皂化值为161，所以其nHLB20（1161/198）3.84545通用的表面活性剂HLB值经验计算式n基团数法 该式的意义:n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是各 基团贡献之和。n示例4646n例3：太古油的分子式为 求其HLB 值n解： 亲水基：n一个 基团数为111n一个COOH、基团数为12.1n一个O、基团数为11.3n亲水基团数之和为：111.3+2.1=
