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1、第六章 表面活性剂冰淇淋是我们最喜爱的食物；有了化妆品 我们的生活也变得如此美好。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指甲油香 水表面张力：使液体表面分子向内收缩至最小 面积的这种力。6.1表面活性剂的定义、应用和发 展趋势6.1.1表面活性剂的概念表面活性剂是指那些具有很强表面活性、 能使液体的表面张力显著下降的物质。 当在水中加入无机盐或糖类物质时 ，则水的表面张力略有升高；非表面活性 物质当在水中加入低级脂肪醇、脂肪酸时 ，则水的表面
2、张力下降，称此类物质为水 的表面活性物质。当在水中加入油酸钠、十二烷基硫酸 钠时，则水的表面张力能够显著的降低， 称此类物质为该溶剂的表面活性剂 (surfactant)。图1 荷叶上的水珠的表面张力作用现象6.1.2表面活性剂的应用表面活性剂涉及应用学科各 领域之中，如：化工、纺织、食品 、医药卫生、药学中更是应用广泛 ：制剂辅料、分析试剂、植物成分 的萃取等等。目前已有数千种之多 ，逐渐发展成为一门新兴的应用学 科。6.1.3表面活性剂的发展趋势远古时代：草木灰水、天然碱以及皂荚等碱 性物质。20世纪：肥皂20世纪中期：合成洗涤剂 1917年，德国化学家刚什尔合成烷基萘磺酸盐 ； 应用领域
3、：农药，医药，化妆品等 研究方向：安全，温和，易生物降解等6.2.表面活性剂的结构特征和分类 6.2.1表面活性剂的结构特征表面活性剂分子一般由非极性基团和一个以 上的极性基团组成。表面活性剂分子非极性烃链（疏水）极性基团（亲水）H2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 COHCH2C H2C H2CH2C H2C H2C H2C H2C H2CO硬脂酸阴离子表面活性剂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按离子类型6.2.2 表面活性剂的分类阳离子表面活性剂R-NH2
4、HCl伯胺盐CH3| R-N-HCl仲胺盐|HCH3| R-N-HCl叔胺盐|CH3CH3| R-N+-CH3Cl-季胺盐|CH3两性表面活性剂R-N+HCH2-CH2COO-H 氨基酸型CH3| R-N+-CH2COO-H 甜菜碱型|CH3R-(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(1)脂肪醇聚氧乙烯醚 R-O-(CH2CH2O)nH俗称平平加系列，具良好湿润性能(2)烷基酚聚氧乙烯
5、醚 R-(C6H4)-O(C2H4O)nH俗称 OP系列，化学性质稳定，抗氧化性能强(4) 多元醇型 主要是失水山梨醇的脂肪酸酯及其聚 氧乙烯加成物Span类 及 Tween类表面活性剂即属 此类；具有低毒的特点，广泛用于医药工业、食 品工业以及生化实验(3) 聚氧乙烯烷基酰胺 R-CONH(C2H4O)nH常用作起泡剂、增粘剂 Span Tween 6.3.1表面活性剂在水溶液中的性质6.3表面活性剂的基本性质和应用 （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。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
6、和水的接触 相对减少，水表面张力下降（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。水表面张力急剧下降。6.3.2、表面活性剂胶束 （一）临界胶束浓度 表面活性剂分子缔合形成胶束的最低浓度 即为临界胶束浓度（critical micell concentration, CMC）胶束的形成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
7、接触，使体系能量下降 ，这种多分子有序聚集体称为胶束。胶束胶束结构示意图可以利用测定 表面张力，电 导率等方法达 到测定临界胶 束浓度目的;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。CMC6.3.3、亲水亲油平衡值 （一）HLB值的概念 亲水亲油平衡值（hydrophile lipophile balance，HLB）表面活性 剂分子中亲水和亲油基团对油或水的 综合亲和力Griffin提出了用一个相对的值即HLB值来衡量表面活性物 质的亲水性。 对非离子型的表面活性剂，HLB的计算公式为：HLB值=亲水基质量亲水基质量+憎水基质量20石蜡无亲水基，所以HLB
8、=0聚乙二醇，全部是亲水基，HLB=20。 其余非离子型表面活性剂的HLB值介于020之间。在表面活性剂的应用中，需根据不同目的选择具备适当 亲水亲油性的表面活性剂不同 HLB值的 表面活 性剂的 应用范 围（二）HLB值的理论计算法 HLB=（亲水基团 HLB数）-（亲油 基团HLB数）+7 6.3.56.3.5表面活性剂的应用原理表面活性剂的应用原理表面活性剂的用途极广，主要有四个方面：2.润湿作用 4.浮选作用 3.乳化作用1.洗涤作用 洗涤剂中通常要加入多种辅助成分，增加对被清洗物体的润湿作用，又要有起泡、增白、占领清洁表面不被再次污染等功能。1.洗涤和去污作用 洗涤体系是复杂的多相分
9、散体系，润湿、渗透、吸附、乳化、分散、增溶、解吸、起泡等等的物理的化学的过程加入表面活性剂后， 憎水基团朝向织物表 面和吸附在污垢上， 使污垢逐步脱离表面 。 污垢悬在水中或随泡沫浮到水面后被去除，洁净表面被活性剂分子占领。其中占主要成分的表面活性剂的去污过程可用 示意图说明：作为一良好的洗涤剂应具备如下条件： 良好的润湿性能以使洗涤剂能与待清洁的表面紧密地接触 具有将油垢移入本体溶液的能力。 具有溶解或分散已被移去的油垢防止其重新沉积于固体表面或形成浮垢的能力。 表面活性剂在洗涤剂中具有两个基本作用：一 降低污垢与物体表面的结合力，具有促使污垢脱离物体表面的能力；二 具有防止污垢再沉积的功能
10、。表面活性剂在洗涤剂中的应用（二） 润湿作用润湿是固体表面的一种流体被另一种流体所取代的过程接触角的示意图：这种借助表面活性剂来润湿物体的作用叫 润湿作用在固体表面发生定向吸附这种能使液体湿润或能加速固体表面湿润的表面活性剂叫做湿润剂润湿方面的应用1 矿物的泡沫浮选2 金属的防锈、缓蚀3 织物的防水、防油处理4 农药中的应用（三）乳化作用一种或多种液体以微滴状分散 到另一种不相混溶的液体中所 形成的多相分散体系，称为乳 状液。这种形成乳状液的过程 称为乳化。分散相 (内相、不连续相)分散介质 (外相、连续相)水相 / 油相液珠大小/m乳液外观 1 0.110.050.14阳离子表面活性剂阴离子
11、表面活性剂1 按整体化学结构分类1 甜菜碱型阴离子部分还可以是磺酸基、硫酸酯基阳离子部分还可以是磷、硫2 两性表面活性剂的分类甜菜碱型表面活性剂，加水能呈透明溶液，泡沫多去污力好。可看成是两性表面活性剂的代表。最大的特点是无论是在酸性、中性或碱性都易溶于水。即使在等电点也无沉淀，且在任何pH值时均可使用。甜菜碱型表面活性剂2 咪唑啉型属于甜菜碱型具有其他表面活性剂无可比拟的温和 性质，对皮肤、眼 睛刺激极小，无过 敏反应。多用于高档、专用的洗发香波，而 且在婴儿用品上前 景广阔。3 氨基酸型特点是：对环境和生物体的安全性高，对皮肤和头发有亲和性，前景最好的是对安全性要求极高的化妆品。4 氧化胺
12、型增泡、稳泡作用明显复配时能降低刺激性特点是：一、 碳氟表面活性剂含氟表面活性剂是指碳氢链中氢原子被 氟取代了的表面活性剂。氢原子可以部分被氟原子取代，也可全部 被氟原子取代，后者称为全氟表面活性剂。这类表面活性剂性能特殊，具有憎水、憎 油的双重特性，降低表面张力的能力极为显 著，其应用越来越引人注目。第六节 其他表面活性剂1 化学稳定性和热稳定性能好1 碳氟表面活性剂的性质耐高温耐强酸、强碱甚至强氧化剂也不能将其破坏2 溶解性全氟表面活性剂不但能降低水的表面张力氟表面活性剂具有高熔点、高Krafft点和在溶剂中溶解度底的特点。而且也能降低液态碳氢化合物的表面张力同时具有既疏水又疏油的性质碳氟
13、表面活性剂有极高的表面活性，其 水溶液的表面张力可低至20nN/m以下(有的 甚至可低到12nN/m)，这是其它类型表面活 性剂所远不及的。3 表面活性碳氟表面活性剂在6个碳原子的时候就有 很好的表面活性。812个碳原子最佳。4 CMC2 碳氟表面活性剂的分类离子型非离子型阳离子型阴离子型两性型1 高效灭火剂轻水泡沫灭火剂在油面上迅速铺展成膜缩短灭火时间提高灭火性能抗复燃型好2 电镀抑铬酸雾剂安全生产3 织物整理剂4 高聚物添加剂 5 感光材料 4 碳氟表面活性剂的合成二、 含硅表面活性剂Si-O 键要比 C-C 键稳定，不易断裂。因而含硅表面活性剂具有较高的耐热稳定性离子型非离子型阳离子型阴
14、离子型两性型季铵盐含硅表面活性剂的杀菌能力很强，一般配成稀溶液，就能杀死各种细菌例如革兰氏阴性细菌、葡萄球菌、真菌等。硅氧烷表面活性剂具有化妆品配方要求的润滑性、光泽、调理性、耐水性和特殊触感等良好特性在这一领域应用前景很好。 大多用于洗发剂、护发素和调理香波中。它们能改善头发的梳理性、光泽和触感。三、 含硼表面活性剂四、 木质素磺酸盐五、 冠醚型表面活性剂相转移 催化剂对不同的阳离子有选择性络合模拟生物膜 传输六、 高分子表面活性剂表面活性 较差乳化效果好稳泡剂分散性 和 絮凝性增稠性七、 生物表面活性剂生物表面活性剂是指由细菌、酵母和真菌等多种微生物产生的具有表面活性剂特征的化合物。微生物
15、在代谢过程中常分泌出一些具有表面活性的代谢产物。如简单脂类、复杂脂类或类脂衍生物。在这些物质分子中存在着非极性的疏水基团和极性的亲水基团。用微生物制取的表面活性剂产物易于被生物完全降解、无毒性，在生态学上是安全的根据亲水基的类别可分为 糖脂系列酰基缩氨酸系列 磷脂系列脂肪酸系列高分子生物表面活性剂用废弃的油培养微生物，能加速其分解，同时能制取的表面活性剂同时解决了炼油厂的污染问题又能得到性能很好的表面活性剂反应型表面活性剂能同纤维织物反应柔软性防水性防缩性防皱性防虫、防霉、防静电1、表面活性剂v 石油化学产品为原料：烷基苯磺酸钠、烷基硫酸钠、脂肪醇硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、环氧 乙烷、环氧丙烷
16、的共聚物等。v 润湿、渗透、分散、乳化和增溶2、无机助剂三聚磷酸钠、水玻璃（硅酸钠）、纯碱（碳酸钠）、硫酸钠和过硼酸钠6.96.9合成洗涤剂合成洗涤剂三聚磷酸钠的主要作用： 将硬水中的钙、镁离子鳌合起来，使硬水变成软水。 对微细的无机粒子或油脂微滴具有分散、乳化、胶溶作用，防止污垢再沉积到衣物上，提高洗衣粉 的去污能力。 维持水溶液为弱碱性（pH值为9.7），有助于增强洗衣粉的洗涤效能。 使洗衣粉不易吸潮结块。q含磷污水被排放到河流湖泊中以后；使水中磷含量升高，水质出现富营养化造成的。q富营养化是指水体富集养分，是含磷和氮的化合物过多地排入水体后引起的二次污染现象。q主要表现为：藻类蔓延，水生植物大量生长，藻类成簇状，并严重影响水质。 磷污染水玻璃的主要作用： 防止磷酸盐对洗衣机金属表面的腐蚀作用； 对水溶液中的污垢和微粒固体具有悬
