《表面活性剂化学第二版课件教学课件 ppt 作者 王世荣 李祥高 刘东志 等编第3章 表面活性剂的功能与应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《表面活性剂化学第二版课件教学课件 ppt 作者 王世荣 李祥高 刘东志 等编第3章 表面活性剂的功能与应用（67页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,第 3 章 表面活性剂的功能与应用,3.1 增溶作用 3.2 乳化与破乳作用 3.3 润湿功能 3.4 起泡和消泡作用 3.5 洗涤和去污作用 3.6 分散和絮凝作用 3.7 表面活性剂的其它功能,2,3.1 增溶作用,3.1.1 增溶作用的定义和特点 3.1.2 增溶作用的方式 3.1.3 增溶作用的主要影响因素 3.1.4 增溶作用的应用,3,3.1.1 增溶作用的定义和特点,定义：由于表面活性剂胶束的存在，使得在溶剂中难溶乃至不溶的物质溶解度显著增加的现象 基础:胶束的形成，表面活性剂浓度越大，形成的胶束越多，难溶物或不溶物溶解得越多，增溶量越大,图 3-1 2-硝基二苯胺在月桂酸钾
2、水溶液中的溶解度,4,特点 自发进行的过程：使被增溶物的化学势降低，体系更加稳定 以分子团簇分散在表面活性剂的溶液中：增溶后溶液的沸点、凝固点和渗透压等没有明显改变，说明溶质并非以分子或离子形式存在 与使用混合溶剂提高溶解度不同：表面活性剂的用量很少，没有改变溶剂的性质 与乳化作用不同：增溶后没有两相界面存在，属热力学稳定体系,5,3.1.2 增溶作用的方式,非极性分子在胶束内核的增溶 饱和脂肪烃、环烷烃等不易极化的非极性有机化合物 增溶后胶束体积变大 在表面活性剂分子间的增溶 分子结构与表面活性剂相似的极性有机化合物，如长链的醇、胺、脂肪酸和极性染料等两亲分子 增溶于胶束的“栅栏”之间 ，增
3、溶后胶束并不变大,图3-2(a) 胶束内核的增溶方式,图 3-2(b) 表面活性剂分子间的增溶方式,6,在胶束表面的吸附增溶 苯二甲酸二甲酯等既不溶于水、也不溶于油的小分子极性有机化合物和一些高分子物质、甘油、蔗糖以及某些染料 这些化合物被吸附于胶束表面区域或是分子“栅栏” 靠近胶束表面的区域,聚氧乙烯链间的增溶 以聚氧乙烯基为亲水基团的非离子表面活性剂，通常将被增溶物包藏在胶束外层的聚氧乙烯链中 被增溶的物质主要是较易极化的碳氢化合物，如苯、乙苯、苯酚等短链芳香烃类化合物。,图 3-2(c) 胶束表面的吸附增溶,图 3-2(d) 聚氧乙烯链间的增溶,7,在表面活性剂溶液中四种形式的胶束增溶作
4、用对被增溶物的增溶量大小顺序如下： （4）（2）（1）（3）,8,3.1.3 增溶作用的主要影响因素,（1）具有相同亲油基的表面活性剂，对烃类及极性有机物的增溶作用大小顺序一般为： 非离子型阳离子型阴离子型。 （2）胶束越大，对于增溶到胶束内部的物质增溶量越大。 （3）亲油基部分带有分支结构的表面活性剂增溶作用较直链的小。 （4）带有不饱和结构的表面活性剂，或在活性剂分子上引入第二极性基团时，对烃类的增溶作用减小，而对长链极性物增溶作用增加。,3.1.3.1 表面活性剂的化学结构,9,脂肪烃与烷基芳烃被增溶的程度随其链长的增加而减小；随不饱和度及环化程度的增加而增大；带支链的饱和化合物与相应的
5、直链异构体增溶量大致相同。,图 3-3 烷烃和烷基芳烃在月桂 酸钾溶液（15）中的增溶量,3.1.3.2 被增溶物的化学结构,10,图 3-4 正庚烷和正庚醇在十四酸钾溶液中的增溶作用,烷烃的氢原子被羟基、氨基等极性基团取代后，其被表面活性剂增溶的程度明显增加,11,3.1.3.3 温度的影响 温度对增溶作用的影响，随表面活性剂类型和被增溶物结构的不同而不同。多数情况下，温度升高，增溶作用加大。 3.1.3.4 添加无机电解质的影响,在离子型表面活性剂溶液中添加少量无机电解质，可增加烃类化合物的增溶程度，但却使极性有机物的增溶程度减少。,图 3-5 氯化钠对偶氮苯增溶作用的影响,3.1.3.4
6、 添加无机电解质的影响,12,3.1.3.5 有机物添加剂的影响 添加烃类等非极性化合物，会使其增溶于活性剂胶束内部，使胶束胀大，有利于极性有机物插入胶束的“栅栏”中，即提高了极性有机物的增溶程度 添加极性有机物后，增溶于胶束的“栅栏”中，使非极性碳氢化合物增溶的空间变大，增溶量增加 增溶了一种极性有机物后，会使表面活性剂对另一种极性有机物的增溶程度降低,13,3.1.4 增溶作用的应用,乳液聚合：聚合反应在胶束中进行 石油开采：“驱油”以提高开采率（二次采油和三次采油） 胶片生产：去除斑点 洗涤,14,3.2 乳化与破乳作用,乳状液：指一种或多种液体以液珠形式分散在与它不相混溶的液体中构成的
7、分散体系，由于体系呈现乳白色而被称为乳状液 乳化：形成乳状液的过程 内相和外相：在乳状液体系中，以液珠形式存在的一相称为内相，另一相连成一片，叫做外相 连续性和不连续相：外相也叫做连续相，内相由于其不连续性又称为不连续相。 分散相和分散介质：内相也称分散相，外相也称分散介质 水相和油相：由于大部分乳状液有一相是水或水溶液，另一相是与水不互溶的有机相，故乳液的两相也分别被称为水相和油相。,15,表 3-1 液滴大小对分散体系外观的影响,16,3.2.1 乳状液的类型及形成,3.2.1.1 乳状液的类型和鉴别 乳状液的类型通常有以下三种： （1）水包油型（O/W）：内相为油，外相为水，如人乳、牛奶
8、等。 （2）油包水型（W/O）：内相为水，外相为油，如原油、油性化妆品等。 （3）套圈型：由水相和油相一层一层交替分散形成的乳状液，主要有油包水再包油（O/W/O）和水包油再包水（W/O/W）两种形式。,17,乳状液类型的鉴别 （1）稀释法：利用乳状液能够与其外相液体混溶的特点，以水或油性液体稀释乳状液便可确定其类型。 （2）染料法：将少量水溶性染料加入乳状液中，若整体被染上颜色，表明乳状液是O/W型；若只有分散的液滴带色，表明乳液是W/O型。 （3）电导法：O/W型乳状液的导电性好，W/O型乳状液导电性差，测定分散体系的导电性即可判断乳状液的类型。 （4）滤纸润湿法：将一滴乳状液滴于滤纸上，
9、若液体迅速铺展，在中心留下油滴，则表明该乳状液为O/W型；若不能铺展，则该乳状液为W/O型。,18,Ostwald从纯几何学出发提出假设 乳状液不连续相的液珠是大小均匀的刚性圆球,则液珠最紧密堆积时，液珠相（分散相）的体积占总体积的74.02%，连续相的体积占总体积的25.98% 当液珠相的体积分数大于74.02%时，乳状液就会被破坏或发生转型。,(a) (b) (c) 图 3-6 乳状液液珠的堆积方式,3.2.1.2 影响乳状液类型的主要因素,相体积,19,乳化剂的分子结构和性质 通常乳化剂分子中的亲水基和疏水基的横截面积不相等，其分子犹如一头大一头小的楔子，小的一头可以插入液滴表面。,a.
10、一元金属皂对O/W型乳状液的稳定作用 b. 二元金属皂对W/O型乳状液的稳定作用 图 3-7 乳化剂分子在乳液液滴表面定向吸附示意图,20,乳化器的材质 通常情况下，器壁的亲水性强，容易得到O/W型乳状液，而器壁的亲油性强则容易得到W/O型乳状液。,表 3-2 不同器壁对乳液类型的影响,21,两相的聚结速度,Davies在1957年提出 在乳化剂、油和水一起摇荡时，油相与水相都破裂成液滴，最终形成的乳状液的类型取决于两种液滴的聚结速度 液滴的聚结速度与乳化剂的亲水亲油性质有很大关系,22,3.2.2 影响乳状液稳定性的因素,乳状液的稳定性:指防止相同液滴聚结在一起导致两个液相分离的能力,3.2
11、.2.1 表面张力 乳状液是热力学不稳定体系，分散相液滴总有自发聚结、减少界面面积，从而降低体系能量的倾向 低的油-水界面张力有助于体系的稳定,23,3.2.2.2 界面膜的性质 乳化剂的保护作用：在乳状液中，乳化剂以亲水基伸进水中，亲油基伸进油中，定向排列在油-水界面上形成界面吸附膜，对乳液起保护作用，防止液滴聚结 当乳化剂的浓度较低时，界面膜强度较低，乳状液的稳定性较差；当乳化剂的浓度较高时，在界面上排列紧密，膜的强度增加，乳液的稳定性较高。 界面膜的强度和紧密程度是决定乳状液稳定性的重要因素之一。 使用足量的乳化剂，形成高强度的界面膜 选择适宜分子结构的乳化剂，通常直链型乳化剂分子在界面
12、上的排列比带有支链的乳化剂更为紧密，界面膜更加致密,24,乳状液液滴表面电荷的来源 使用离子型表面活性剂作为乳化剂，乳化剂分子发生解离 使用不能发生解离的非离子表面活性剂为乳化剂时，液滴从水相中吸附离子使自身表面带电 液滴与分散介质发生摩擦，也可以使液滴表面带电,3.2.2.3 界面电荷,稳定机理：液滴表面带电后，在其周围会形成类似Stern模型的扩散双电层，阻止了液滴之间的聚结 液滴表面的电荷密度越大，乳状液的稳定性越高。,图3-8 O/W型乳状液中油滴表面带电示意图,25,3.2.2.4 乳状液分散介质的粘度,分散介质的粘度越大，液滴布朗运动的速度越慢，减少了液滴之间相互碰撞的几率，有利于
13、乳状液的稳定,r分散相液滴的半径； 1和2分散相和分散介质的密度 分散介质的粘度,Stocks沉降速度公式,26,图3-9 固体粉末对乳状液的稳定作用,稳定作用：聚集于油-水界面的固体粉末增加了界面膜的机械强度 固体粉末排列得越紧密，乳状液越稳定 固体粉末既要能被水润湿，又能被油润湿，否则不能排列在液滴表面,3.2.2.5 固体粉末的加入,在苯与水的乳化过程中，碳酸钙、二氧化硅和氢氧化铁等对O/W型乳状液有稳定作用，而炭黑、松香等对W/O型乳液有稳定作用。,27,3.2.3 乳化剂及其选择依据,HLB值法：每一个乳化体系都可以通过实验确定其最为适宜的乳化剂的HLB值，根据此HLB值可以确定乳化
14、剂的种类和比例。 PIT法（Phase Inversion Temperature，相转变温度法） 指在某一特定的体系中，表面活性剂的亲水、亲油性质达到平衡时的温度 确定方法：在等量的油和水中加入35的表面活性剂，配制成O/W型乳状液。在不断搅拌和振荡下缓慢加热升温，当乳状液由O/W型转变为W/O型时的温度即为此体系的相转变温度，即PIT,28,3.2.4 乳状液的破乳,乳液的破坏的三种方式 分层：指由于分散相和分散介质的密度不同，在重力或其它外力的作用下，分散相液滴上升或下降的现象 变型：指乳状液从一种类型转变为另一种类型 破乳：指乳状液完全被破坏，发生油水分层的现象,破乳的三种方法 机械法
15、：利用外力使乳液破乳的方法，如离心分离法 物理法：常用的方法有电沉积、超声波和过滤法 化学法：通过改变乳状液的类型或界面性质，降低乳液的稳定性从而使其破乳。例如在W/O型乳状液中加入有利于O/W型乳状液生成的乳化剂，使乳液发生变型从而破乳。,29,破乳剂的作用原理 顶替作用：低表面张力和高表面活性的破乳剂容易吸附于油-水界面上，将原来的乳化剂从界面上顶替下来，降低界面膜的强度 润湿作用：以润湿性能良好的润湿剂，改变固体粉末的亲水亲油性，使其从两相界面上进入水相或油相，降低乳状液的稳定性 絮凝-聚结作用：以分子量较大的非离子表面活性剂引起细小的液滴絮凝、聚结 破坏界面膜：破乳剂吸附于两相界面，使
16、界面膜发生褶皱和变形，或因碰撞将界面膜击破,30,3.2.5 乳化和破乳的应用,在农药中的应用 可溶解性乳状液 水包油型乳状液 浓乳状液 在金属加工中的应用 冷却作用降低切削温度 润湿作用减少切削力 清洗作用去除切屑 在化妆品中的应用 在原油开采中的应用 乳化沥青,31,3.3 润湿功能,润湿：指一种流体被另一种流体从固体表面或固液界面所取代的过程 润湿过程：往往涉及三相，其中至少两相为流体 润湿是广泛存在于自然界的一种现象，最为普遍的润湿过程是固体表面的气体被液体取代，或是固液界面上的一种液体被另一种液体所取代。,32,3.3.1 润湿过程,沾湿：液-气界面和固-气界面上的气体被液体取代的过程 SGSLLG0 SG、SL和LG分别为气-固、气-液和液-固界面的界面张力 浸湿:固体浸入液体的过程 SGSL0 铺展:液体取代固体表面上的气体，将固-气界面用固-液界面代替的同时，液体表面能够扩展的现象即为铺展 SGSL
