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1、结束结束结束结束3.1 3.1 概论概论3.4 3.4 阳离子离子阳离子离子表面活性剂表面活性剂3.3 3.3 阴离子阴离子表面活性剂表面活性剂3.6 3.6 非离子非离子表面活性剂表面活性剂3.5 3.5 两性离子两性离子表面活性剂表面活性剂3.2 3.2 表面活性剂表面活性剂的亲油基原料的亲油基原料结束结束3.1 概论概论三、表面活性剂的分类三、表面活性剂的分类二、表面活性剂的特点二、表面活性剂的特点主菜单主菜单下一节下一节一、一、表面活性剂的定义表面活性剂的定义四、表面活性剂的物化性质四、表面活性剂的物化性质五、表面活性剂的应用性能五、表面活性剂的应用性能结束结束表面的几个概念表面的几个
2、概念1. 界面：是指物质的相与相之间的交界面。相指体系中物理和化学性质均匀的部分，有固、液、气三相如：液/液（如乳剂），液/气（如气雾剂）、固/气（如散剂）、固/液（如悬浊液）、固/固等。2. 界面现象：是指物质在界面上发生的物理化学现象。3. 表面：两相中有一相是气体的界面。气/固、气/液。4. 表面现象：气/固、气/液界面上发生的物理化学现象。如荷叶上的水珠、水中的油滴5. 表面张力：指一种使表面分子具有向内运动的趋势，并使表面自动收缩至最小面积的力。这就是当一滴单一成分的液体在恒温、恒压下达到平衡时，总是球状，即具有最小的表面积。结束结束溶质对溶解表面张力的影响水溶液的表面张力与溶水溶液
3、的表面张力与溶质浓度的几种典型关系质浓度的几种典型关系在恒温恒压下，对于溶液，在恒温恒压下，对于溶液，由于至少存在两种或两种由于至少存在两种或两种以上的分子，因此其表面以上的分子，因此其表面张力会随溶质的浓度变化张力会随溶质的浓度变化而变化。而变化。物质的水溶液其表面张力物质的水溶液其表面张力随浓度的变化可分为三种随浓度的变化可分为三种类型。类型。结束结束第一类是表面张力随其溶质浓第一类是表面张力随其溶质浓度的增加略有上升，且往往近度的增加略有上升，且往往近于直线于直线(曲线曲线A)。如无机盐和不挥发的酸、碱等。第二类是表面张力随溶质浓度第二类是表面张力随溶质浓度增加而逐渐下降，在浓度很稀增加
4、而逐渐下降，在浓度很稀时，下降较快，随浓度增加下时，下降较快，随浓度增加下降变慢降变慢(曲线曲线B)。如有机酸、醇、醛溶液等。第三类是在溶液浓度稀时，溶第三类是在溶液浓度稀时，溶液的表面张力随溶质浓度的增液的表面张力随溶质浓度的增加急剧下降，当溶液的浓度增加急剧下降，当溶液的浓度增加到一定值后，溶液的表面张加到一定值后，溶液的表面张力就不再下降了力就不再下降了(曲线曲线C)。如肥皂、洗衣粉等。水溶液的表面张力与溶水溶液的表面张力与溶质浓度的几种典型关系质浓度的几种典型关系溶质对溶解表面张力的影响结束结束如果如果A物质能降低物质能降低B物物质的表面张力，通常质的表面张力，通常可以说可以说A物质物
5、质(溶质溶质)对对B物质物质(溶剂溶剂)有表面活有表面活性。若性。若A物质不仅不物质不仅不能使能使B物质的表面张物质的表面张力降低，甚至使其升力降低，甚至使其升高，那么高，那么A物质对物质对B物物质则无表面活性。由质则无表面活性。由于水是最重要的溶剂，于水是最重要的溶剂，因此表面活性往往是因此表面活性往往是对水而言。对水而言。水溶液的表面张力与溶水溶液的表面张力与溶质浓度的几种典型关系质浓度的几种典型关系溶质对溶解表面张力的影响结束结束右图中曲线右图中曲线A中的溶质中的溶质对于水无表面活性，对于水无表面活性，称之为称之为非表面活性物非表面活性物质质。曲线。曲线B和和C的溶质的溶质对水有表面活性
6、，被对水有表面活性，被称为称为表面活性表面活性物质物质。而对于曲线而对于曲线C中的溶质中的溶质在很低浓度时就能明在很低浓度时就能明显地降低水的表面张显地降低水的表面张力，此类物质称之为力，此类物质称之为表面活性剂表面活性剂。而曲线。而曲线B中的溶质只能称为表中的溶质只能称为表面活性物质而不能称面活性物质而不能称为表面活性剂。为表面活性剂。水溶液的表面张力与溶水溶液的表面张力与溶质浓度的几种典型关系质浓度的几种典型关系特性特性1：在加入少量时就能在加入少量时就能显著降低显著降低溶液表面张力或溶液表面张力或界面张力并改变体系界面状态的物质界面张力并改变体系界面状态的物质结束结束这一类物质都是由这一
7、类物质都是由性质不同的两部分组成性质不同的两部分组成。一部。一部分是由分是由疏水亲油的碳氢链组成的非极性基团疏水亲油的碳氢链组成的非极性基团，称，称为为亲油基或疏水基亲油基或疏水基；另一部分为；另一部分为亲水疏油的极性亲水疏油的极性基，基，称为称为亲水基或疏油基亲水基或疏油基。这两部分分别处于表。这两部分分别处于表面活性剂分子的两端，形成面活性剂分子的两端，形成不对称的分子结构不对称的分子结构。极性头极性头818C 长链烷基等非极性基团长链烷基等非极性基团特性特性2：两亲结构两亲结构结束结束表面活性剂因能对两相界面性质产生影响，表面活性剂因能对两相界面性质产生影响，在实际应用中能显示出各种优异
8、的性能，如乳化、在实际应用中能显示出各种优异的性能，如乳化、洗涤、分散、湿润、渗透、起泡、消泡、增溶、洗涤、分散、湿润、渗透、起泡、消泡、增溶、去污、柔软、抗静电等。去污、柔软、抗静电等。 定定 义义 ： 表表 面面 活活 性性 剂剂 （ surface surface active active agent agent oror surfactant surfactant 缩缩写写成成SAASAA）是是指指一一类类具具有有两两亲亲结结构构的的有有机机化化合合物物，在在加加入入少少量量时时就就能能显显著著降降低低溶溶液液表表面面张张力力或或界界面面张张力并改变体系界面状态的物质。力并改变体系界
9、面状态的物质。结束结束u1917年德国化学家由煤焦油合成了第一个表面活性剂烷基萘磺酸年德国化学家由煤焦油合成了第一个表面活性剂烷基萘磺酸盐，为表面活性剂的开发奠定了基础。盐，为表面活性剂的开发奠定了基础。u其后，表面活性剂的发展经历了数次变革。其后，表面活性剂的发展经历了数次变革。30年代，德国化学家年代，德国化学家广泛进行表面活性剂的研制，开创了近代表面活性剂时期，并形广泛进行表面活性剂的研制，开创了近代表面活性剂时期，并形成合成表面活性剂与肥皂相竞争的局面。成合成表面活性剂与肥皂相竞争的局面。u40一一50年代支链烷基苯磺酸钠年代支链烷基苯磺酸钠(TPS)因优良的洗摄性和耐硬水性因优良的洗
10、摄性和耐硬水性占据洗摄剂的主导地位；随后由于占据洗摄剂的主导地位；随后由于TPS难以生物降解造成河流污难以生物降解造成河流污染，在染，在1964年被性能优异的直链烷基苯磺酸钠取代；年被性能优异的直链烷基苯磺酸钠取代；u同时，同时，50年代后石油化工的发展，促进了醇系表面活性剂的大力年代后石油化工的发展，促进了醇系表面活性剂的大力发展，其中酯醚非离子表面活性剂因其优异的低温洗摄性、低泡发展，其中酯醚非离子表面活性剂因其优异的低温洗摄性、低泡性、可生物降解性等，加之脂肪醇和环氧乙烷原料的充足供应获性、可生物降解性等，加之脂肪醇和环氧乙烷原料的充足供应获得迅猛发展，至今已有超过阴离子表面活性剂之势。
11、得迅猛发展，至今已有超过阴离子表面活性剂之势。u90年代，表面活性剂向无毒、无公害、高效、全天然发展，烷基年代，表面活性剂向无毒、无公害、高效、全天然发展，烷基多苷多苷(APG)成为第四代最具潜力的表面活性剂。成为第四代最具潜力的表面活性剂。表面活性剂的发展历程表面活性剂的发展历程结束结束u 中国的表面活性剂和合成洗涤剂工业起始于中国的表面活性剂和合成洗涤剂工业起始于50年代，尽管起步较晚，但发年代，尽管起步较晚，但发展较快。展较快。u1995年洗涤用品总量已达到年洗涤用品总量已达到310万吨，仅次于美国，排名世界第二位。其中万吨，仅次于美国，排名世界第二位。其中合成洗涤剂的生产量从合成洗涤剂
12、的生产量从1980年的年的40万吨上升到万吨上升到1995年的年的230万吨，净增万吨，净增倍，倍，并以年平均增长率大于并以年平均增长率大于10%的速度增长。的速度增长。u2010年产量达到年产量达到万吨，同比增长万吨，同比增长10.8%。同期中国表面活性剂的表观消费量。同期中国表面活性剂的表观消费量约为约为万吨，进口量为万吨，进口量为万吨，进口依存度达万吨，进口依存度达20.9%。我国表面活性剂的发展历程我国表面活性剂的发展历程结束结束二、表面活性剂的特点二、表面活性剂的特点结构特点：两亲结构两亲结构不论表面活性剂属于何种类型，都是由不论表面活性剂属于何种类型，都是由性质不同性质不同的两部分
13、组成的两部分组成。一部分是由。一部分是由疏水亲油的碳氢链组疏水亲油的碳氢链组成的非极性基团成的非极性基团，称为，称为亲油基或疏水基亲油基或疏水基；另一部；另一部分为分为亲水疏油的极性基，亲水疏油的极性基，称为称为亲水基或疏油基亲水基或疏油基。这两部分分别处于表面活性剂分子的两端，形成这两部分分别处于表面活性剂分子的两端，形成不对称的分子结构不对称的分子结构。极性头极性头818C 长链烷基等非极性基团长链烷基等非极性基团结束结束表面活性剂分子在其水溶液表面活性剂分子在其水溶液中很容易被吸附于气中很容易被吸附于气-水水(或油或油-水水)界面上形成独特的定向排界面上形成独特的定向排列的单分子膜。列的
14、单分子膜。 表面活性剂在溶液中超过某表面活性剂在溶液中超过某一特定浓度时（界面吸附达一特定浓度时（界面吸附达饱和）可通过碳氢键的疏水饱和）可通过碳氢键的疏水作用（作用（Hydrophobic Interaction）或）或“疏水效应疏水效应”缔合成胶团缔合成胶团 。表面活性剂在其溶液表面的定表面活性剂在其溶液表面的定向吸附和在溶液内部形成胶团向吸附和在溶液内部形成胶团 2. 定向排列（定向排列（or表面吸附）表面吸附）1. 显著降低表面张力显著降低表面张力性能特点：结束结束表面活性剂在溶液中超过某一特定浓度时（界面吸附达饱和）可通过碳氢表面活性剂在溶液中超过某一特定浓度时（界面吸附达饱和）可通
15、过碳氢键的疏水作用（键的疏水作用（Hydrophobic Interaction）或）或“疏水效应疏水效应”缔合成胶缔合成胶团团 。3. 定向排列（定向排列（or表面吸附）表面吸附）2. 显著降低表面张力显著降低表面张力性能特点：1. 溶解性溶解性表面活性剂分子在其水溶液中很容易表面活性剂分子在其水溶液中很容易被吸附于气被吸附于气-水水(或油或油-水水)界面上形成独界面上形成独特的定向排列的单分子膜。特的定向排列的单分子膜。4. 形成胶束形成胶束结束结束表面活性剂的分类方法有以下几种：表面活性剂的分类方法有以下几种：三、表面活性剂的分类三、表面活性剂的分类在这些分类方法中常用的是按表面活性剂在
16、水溶液中能在这些分类方法中常用的是按表面活性剂在水溶液中能否解离及解离后所带电荷类型来分类。否解离及解离后所带电荷类型来分类。 1、按、按分子量分子量分类，可将分子量大于分类，可将分子量大于104者称为者称为高分子高分子表面活表面活性剂，分子量在性剂，分子量在103104者称为者称为中分子量中分子量表面活性剂及分子表面活性剂及分子量在量在102l03者称为者称为低分子量低分子量表面活性剂。表面活性剂。2、按表面活性剂在水和油中的、按表面活性剂在水和油中的溶解性溶解性可分为可分为水溶性水溶性和和油溶油溶性性表面活性剂；表面活性剂；3、按表面活性剂在水溶液中能否、按表面活性剂在水溶液中能否解离解离
17、（非离子型、离子型）（非离子型、离子型）及及解离后所带电荷类型解离后所带电荷类型分为阴离子型、阳离子型和两性离分为阴离子型、阳离子型和两性离子性；子性；结束结束 表面活性剂通常采用按分子结构中亲水基团的带电性来分类。显然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。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三、三、表面活性剂的分类表面活性剂的分类结束结束阴离子型表面活性是具有阴离子型表面活性是具有阴离阴离子亲水性基团子亲水性基团的表面活性剂。的表面活性剂。它们在整个表面活性剂生产中它们在整个表面活性剂生产中占有相当大的比重，据统计，占有相当大的比重，据统
18、计，世界表面活性剂总产量的世界表面活性剂总产量的40%属于这一类。属于这一类。去污力强，起泡性好。去污力强，起泡性好。通常显碱性，不能与酸性物合通常显碱性，不能与酸性物合用。用。1、阴离子表面活性剂、阴离子表面活性剂脂肪醇硫酸钠脂肪醇硫酸钠三、表面活性剂的分类三、表面活性剂的分类结束结束阴离子表面活性剂RCOONa羧酸盐R-OSO3Na 硫酸酯盐R-SO3Na磺酸盐R-OPO3Na2磷酸酯盐阴离子表面活性剂常见类型阴离子表面活性剂常见类型结束结束阳离子表面活性剂正好与阴离子表面活性剂结构相反。如阳离子表面活性剂正好与阴离子表面活性剂结构相反。如图所示，其图所示，其亲水基亲水基一端是一端是阳离子
19、阳离子，故常称之为，故常称之为“逆性肥皂逆性肥皂”或或“阳性皂阳性皂”。阳离子表面活性剂水溶液，。阳离子表面活性剂水溶液，大多呈酸性大多呈酸性。而阴离子表面活性剂水溶液，一般为中性或碱性，与前者而阴离子表面活性剂水溶液，一般为中性或碱性，与前者正好相反。这是因为在中和时，各自的酸碱强度不同而造正好相反。这是因为在中和时，各自的酸碱强度不同而造成的。成的。2、阳离子表面活性剂、阳离子表面活性剂烷基三甲基氯化铵烷基三甲基氯化铵三、表面活性剂的分类三、表面活性剂的分类结束结束阳离子表面活性剂R-NH2HCl伯胺盐 CH3 |R-N-HCl仲胺盐 | H CH3 |R-N-HCl叔胺盐 | CH3 C
20、H3 |R-N+-CH3Cl-季胺盐 | CH31. 抗静电性好，柔顺抗静电性好，柔顺乳化效果好。乳化效果好。2.阳离子型和阴离子型阳离子型和阴离子型的表面活性剂等碱性物的表面活性剂等碱性物不能混用，否则可能会不能混用，否则可能会发生沉淀而失去活性作发生沉淀而失去活性作用。用。胺盐型结束结束广义地说，所谓两性表面活性剂，是指广义地说，所谓两性表面活性剂，是指同时具有两种离子同时具有两种离子性质性质的表面活性剂。即是指由的表面活性剂。即是指由阴离子阴离子和和阳离子阳离子所组成的表所组成的表面活性剂。换言之，单就两性表面活性剂结构来讲，在亲面活性剂。换言之，单就两性表面活性剂结构来讲，在亲水基一端
21、既有阳离子水基一端既有阳离子(+)也有阴离子也有阴离子(-)，是两者结合在一起，是两者结合在一起的表面活性剂。的表面活性剂。 3、两性表面活性剂、两性表面活性剂三、表面活性剂的分类三、表面活性剂的分类结束结束两性表面活性剂R-NHCH2-CH2COOH 氨基酸型 CH3 |R-N+-CH2COO-甜菜碱型 | CH3两性表面活性剂常见类型两性表面活性剂常见类型常见的两性表面活性常见的两性表面活性剂的剂的阳离子阳离子部分分别部分分别是是季胺盐季胺盐和和胺盐胺盐，阴阴离子离子部分是部分是羧酸盐羧酸盐。甜菜碱（Betaine）首先是在欧洲发现的，它主要存在于甜菜糖的糖蜜中，故而得名。学名：N-三甲基
22、甘氨酸。结束结束甜菜碱型表面活性剂，加水能呈透明溶液，泡沫多去污力甜菜碱型表面活性剂，加水能呈透明溶液，泡沫多去污力好。可看成是好。可看成是两性表面活性剂的代表两性表面活性剂的代表。甜菜碱型两性表面活性剂与氨基甜菜碱型两性表面活性剂与氨基酸型两性表面活性剂最大的差别酸型两性表面活性剂最大的差别是前者是前者无论是在酸性、中性或碱无论是在酸性、中性或碱性都易溶于水性都易溶于水。即使在。即使在等电点等电点也也无沉淀，且在无沉淀，且在任何任何pH值值时均可时均可使用。使用。3、两性表面活性剂、两性表面活性剂甜菜碱型表面活性剂甜菜碱型表面活性剂 三、表面活性剂的分类三、表面活性剂的分类结束结束补充：等电
23、点（补充：等电点（pI,isoelectric point） 4、非离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚脂肪醇聚氧乙烯醚 三、表面活性剂的分类三、表面活性剂的分类结束结束非离子表面活性剂R-COOCH2(CHOH)3H多元醇型R-O-(CH2CH2O)nH聚乙二醇型4、非离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂亲水由所含亲水基团的亲水由所含亲水基团的数目控制其亲水性。非数目控制其亲水性。非离子型表面活性剂离子型表面活性剂稳定稳定性性高，与其他类型表面高，与其他类型表面活性剂活性剂相容性相容性好，可混好，可混合使用合使用结束结束亲水亲油平衡值亲水亲油平衡值HLB临界胶束浓度临界胶束浓
24、度cmc溶解性溶解性临界溶解温度临界溶解温度Tk离子型表面活性剂离子型表面活性剂浊点浊点Tp非离子型表面活性剂非离子型表面活性剂四、表面活性剂的物化性质四、表面活性剂的物化性质结束结束表面活性剂的应用性能取决于分子中亲水和亲油两部分的组成和结构，这两部分的亲水和亲油能力的不同，就使它的应用范围和应用性能有差别。表面活性剂分子中亲水基的强度与亲油基的强度之比值，就称为亲水亲油平衡值，简称HLB值。通常说表面活性剂的亲水性。HLB值是用来表示表面活性剂的亲水亲油性强弱的数值。亲水亲油平衡(hydrophile-lipophile balance HLB)结束结束亲水性的大小（即亲水性的大小（即亲水
25、性的大小（即亲水性的大小（即HLBHLB的大小）决定了表面活性剂是的大小）决定了表面活性剂是的大小）决定了表面活性剂是的大小）决定了表面活性剂是否易溶于水否易溶于水否易溶于水否易溶于水 HLBHLBHLBHLB值值值值= = = =（亲水基的亲水性）（亲水基的亲水性）（亲水基的亲水性）（亲水基的亲水性）/ / / /（憎水基的憎水性）（憎水基的憎水性）（憎水基的憎水性）（憎水基的憎水性） HLBHLB的确定：的确定：的确定：的确定：通常用以下物质作为标准通常用以下物质作为标准HLB（石蜡）（石蜡）0HLB（油酸）（油酸）1HLB（油酸钠）（油酸钠） 18HLB（十二烷基硫酸酯钠盐）（十二烷基硫
26、酸酯钠盐） 40结束结束 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乳化剂结束结束理论计算法：如果HLB值是由表面活性剂分子中各种结构基团贡献的总和，则每个基团对HLB值的贡献可用数值表示，此数值称为HLB基团数(groupnumber)。HLB=(亲水基团亲水基团HLB)-(亲油基团亲油基团HLB)+7HLB值计算值计算例1计算十二烷
27、基磺酸钠的HLB值？亲水基：一个-SO3Na基团亲油基：一个-CH3，十一个-CH2-HLB=37.4-（）+7结束结束例2计算油酸钠的HLB值？亲水基：一个-COONa基团亲油基：一个=CH-，一个-CH3，十五个-CH2-HLB=19.1-17*0.475+7=18结束结束CMC 在表面张力对浓度绘制的在表面张力对浓度绘制的曲线上会出现转折。继续增曲线上会出现转折。继续增加活性剂浓度，表面张力不再加活性剂浓度，表面张力不再降低，降低，临界胶束浓度临界胶束浓度 ( ( cmc ) ) (Critical Micelle Concentration)(Critical Micelle Conc
28、entration) 表面活性剂溶液中表面活性剂溶液中开始形成胶束的最低浓度称为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cmccmc。结束结束临界胶束浓度临界胶束浓度(critical micelle concentration)表面活性剂浓度变大表面活性剂浓度变大C CMC溶液中的分子的憎水溶液中的分子的憎水基相互吸引，分子自基相互吸引，分子自发聚集，形成球状、发聚集，形成球状、层状胶束，将憎水基层状胶束，将憎水基埋在胶束内部埋在胶束内部结束结束球形胶束球形胶束结束结束棒状胶束棒状胶束结束结束层状胶束层状胶束结束结束 CMC表面活性剂浓度去污力渗透力表面张力起泡力溶液性质表面活性剂
29、浓度与溶液性质的关系可以利用测定可以利用测定表面张力，电表面张力，电导率等方法达导率等方法达到测定临界胶到测定临界胶束浓度的目的束浓度的目的结束结束临界溶解温度界溶解温度Tk（krafft点）点）溶解性 krafft点亦是离子表面活性剂应用温度的下限，点亦是离子表面活性剂应用温度的下限，即只有高于即只有高于krafft点，表面活性剂才能更大地发挥作点，表面活性剂才能更大地发挥作用。用。 低温低温时，离子型表面活性剂一般时，离子型表面活性剂一般很难溶解很难溶解 当温度升高至某一温度时，当温度升高至某一温度时，离子表面活性剂离子表面活性剂在水中在水中的溶解度急剧升高，的溶解度急剧升高， 该温度称为
30、克拉夫（该温度称为克拉夫（krafft）点点，也称也称临界溶解温度临界溶解温度。结束结束结束结束浊点（或点（或昙点）点）对聚氧乙烯型非离子表面活性剂，温度升高可导致聚氧乙烯链与水之间的氢键断裂，表面活剂溶解度急剧下降和析出，溶液出现混浊，此现象称为起昙，此时温度称为浊点 (或昙点）。过程可逆。T浊点，浑浊。TCMC （ HLB1318）结束结束4.乳化作用 一种或几种液体以大于10-7m直径的液珠分散在另一不相混溶的液体之中形成的粗分散体系称为乳状液。 要使它稳定存在必须加乳化剂。根据乳化剂结构的不同可以形成以水为连续相的水包油乳状液(O/W)，或以油为连续相的油包水乳状液(W/O)。 有时为了破坏乳状液需加入另一种表面活性剂，称为破乳剂，将乳状液中的分散相和分散介质分开。例如原油中需要加入破乳剂将油与水分开。HLB：3-8 W /O型乳化剂型乳化剂HLB：8-16 O/W型乳化剂型乳化剂结束结束B.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。C.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。A.水的表面张力大，对油污润湿性能差，不容易把油污洗掉。5.洗涤作用 HLB值一般在值一般在1214
