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1、表面活性剂（Surfactant） 及其应用,表面活性剂的一般结构,表面活性剂是指能显著降低水的表面张力的一类物质,表面活性剂从结构上看均为两亲分子，即同时具有亲水的极性基团和憎水的非极性基团。,非极性基团：,2. 全氟表面活性剂：将上述碳氢链中的氢原子全部用氟原子取代即可。其疏水作用强于碳氢链，其水溶液表面张力可低至20mN/m以下,3. 硅化合物类：如下所示的聚硅氧烷链疏水性很突出,表面活性剂分类,表面活性剂通常采用其极性基团的结构来分类，,阳离子型和阴离子型的表面活性剂不能混用， 否则可能会发生沉淀而失去活性作用。,常用表面活性剂,1.阴离子表面活性剂,羧酸盐 RCOO 例如： 肥皂中的
2、表面活性成分硬脂酸钠等,(2) 磺酸盐 R-SO3 例如： 洗衣粉中的十二烷基苯磺酸钠(ABS)等,(3) 硫酸酯盐 R-OSO3,(4) 磷酸酯盐 R-OPO32,2.阳离子表面活性剂 具有易吸附于一般固体表面及杀菌性两个特点,伯胺盐 R-NH3,(2)季胺盐 CH3 | 例如 C16H33-N+-CH3Br | CH3 十六烷基溴化铵(俗称1631),(3) 吡啶盐 例如 C12H25(NC5H5)+,常用表面活性剂,季胺盐水溶液具有强杀菌性，常用作消毒、杀菌剂,常用表面活性剂,3.两性表面活性剂,(3) 卵磷脂类 属天然表面活性剂，常用作食品添加剂,4.非离子表面活性剂,脂肪醇聚氧乙烯醚
3、 R-O-(CH2CH2O)nH 俗称平平加系列，具良好湿润性能,(2)烷基酚聚氧乙烯醚 R-(C6H4)-O(C2H4O)nH 俗称 OP系列，化学性质稳定，抗氧化性能强,(3)聚氧乙烯烷基酰胺 R-CONH(C2H4O)nH 常用作起泡剂、增粘剂,(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,亲水基多为聚氧乙烯基构成，由所含氧乙烯基数目控制其亲水性。稳定性高，与其他类型表面活性剂相容性好，可混合使用,Gemini,在Gemini表面活性剂中,两个离子头基是靠联接基团通过化
4、学键而连接的,由此造成了两个表面活性剂单体离子相当紧密的连接,致使其碳氢链间更容易产生强相互作用,即加强了碳氢链间的疏水结合力,而且离子头基间的排斥倾向受制于化学键力而被大大削弱这就是 Gemini 表面活性剂和单链单头基表面活性剂相比较,具有高表面活性的根本原因。,常用表面活性剂性能参数,C20 ：降低溶液表面张力 20mNm-1 时所需的表面活性剂浓度, 该值愈小表明表面活性剂在界面的吸附能力愈强。,2. 表面活性剂有效值,能够把水的表面张力 降低到的最小值。显然， 能把水的表面张力降得愈低，该表面活性剂愈有效。,C20,有效值,杂质的原因,20mN/m,常用表面活性剂性能参数,CMC,在
5、表面张力对浓度绘制的 曲线 上会出现转折。继续增 加活性剂浓度，表面张力不再 降低，,3. 临界胶束浓度 ( CMC ) (Critical Micelle Concentration),表面活性剂溶液中开始形成胶束的最低浓度称为 临界胶束浓度。,临界胶束浓度 (critical micelle concentration),表面活性剂浓度变大,C CMC 分子在溶液表面定向排列，表面张力迅速降低,C CMC 溶液表面定向排列已经饱和，表面张力达到最小值。开始形成小胶束,C CMC 溶液中的分子的憎水基相互吸引，分子自发聚集，形成球状、层状胶束，将憎水基埋在胶束内部,胶束(micelle),两
6、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接触，使体系能量下降，这种多分子有序聚集体称为胶束。,随着亲水基不同和浓度不同，形成的胶束可呈现棒状、层状或球状等多种形状。,球形胶束,棒状胶束,层状胶束,脂质双层与细胞膜,临界胶束浓度(critical micelle concentration),临界胶束浓度简称CMC,表面活性剂在溶液中开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度。,在CMC附近，表面活性剂溶液的许多性质都会出现转折，如表面张力、电导率、去污能力等,可以利用测定表面张力，电导率等方法达到测定临
7、界胶束浓度的目的,常用表面活性剂性能参数亲水亲油平衡值(hydrophile-lipophile balance),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：,石蜡无亲水基，所以HLB=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,HLB值,根据需要，可根据HLB值选择合适的表面活性剂。例如：HLB值在26之间，可作油包水型的乳化剂；810之间作润湿剂；1218之间作为水包油型乳化剂。,HLB值 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 | | | | | | 石蜡 W/O乳化剂 润湿剂 洗涤剂 增溶剂 | | 聚乙二醇 O/W乳化剂,表面活性剂的重要作用,表面活性剂的用途极广，主要有五个方面：,1.润湿作用,2.起泡作用,4.增溶作用,3.乳化作用,5.洗涤作用,
