新表面活性劑概述PPT課件

1、主要參考:表面活性劑應(yīng)用原理，肖進(jìn)新等, , 化學(xué)工業(yè)出版社，20032003表面活性劑作用原理，趙國璽等, , 中國輕工業(yè)出版社， 20032003表面活性劑- -合成性能應(yīng)用, , 王培義等，化學(xué)工業(yè)出版社, , 20072007 其它參考： 曾毓華. 氟碳表面活性劑. 北京： 化學(xué)工業(yè)出版社. 2001 梁治齊. 功能性表面活性劑. 北京：中國輕工業(yè)出版社. 2002 杜巧云，葛虹. 表面活性劑基礎(chǔ)及應(yīng)用. 北京：中國石化出版社.1996 徐燕莉. 表面活性劑的功能. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社. 2000第1頁/共37頁第一章：表面活性劑基礎(chǔ)1.1 1.1 表面活性劑概念1.2 1.2 表面

2、活性劑分類1.3 1.3 表面活性劑國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀第2頁/共37頁當(dāng)任意兩相接觸時(shí)當(dāng)任意兩相接觸時(shí), , 兩相之間決非是一個(gè)沒有厚兩相之間決非是一個(gè)沒有厚度的純幾何面度的純幾何面, ,而是一個(gè)具有相當(dāng)厚度的過渡區(qū)而是一個(gè)具有相當(dāng)厚度的過渡區(qū), , 這一過渡區(qū)通常稱之為這一過渡區(qū)通常稱之為界面界面。若其中一相為氣體，。若其中一相為氣體，這種界面通常稱為這種界面通常稱為表面表面。但由于歷史的原因。但由于歷史的原因, , 這這兩個(gè)概念常常混用。兩個(gè)概念常?；煊?。常見的界面有：氣常見的界面有：氣- -液界面，氣液界面，氣- -固界面，液固界面，液- -液液界面，液界面，液- -固界面，固固界面，固-

3、-固界面。固界面。第3頁/共37頁 界面：相與相之間的分界面 界面氣/液氣/固液/液固/固固/液表面誰見過沒有皮的饅頭?第4頁/共37頁 處于任何相態(tài)的任何物質(zhì)的表面與其體相相比較處于任何相態(tài)的任何物質(zhì)的表面與其體相相比較, , 二者在組成、結(jié)構(gòu)、分子所處的能量狀態(tài)和受力情二者在組成、結(jié)構(gòu)、分子所處的能量狀態(tài)和受力情況等方面均有差別，由此而產(chǎn)生的各種物理和化學(xué)況等方面均有差別，由此而產(chǎn)生的各種物理和化學(xué)現(xiàn)象稱之為現(xiàn)象稱之為表面表面( (界面界面) )現(xiàn)象現(xiàn)象。1g H1g H2 2O O 表面積表面積 (m(m2 2) ) 表面能表面能(J)(J)呈一球形水滴呈一球形水滴 4.844.8410

4、10-4-4 3.5 3.51010-5-51010-7-7 m m微小質(zhì)點(diǎn)微小質(zhì)點(diǎn) 6000 4346000 434 表面現(xiàn)象涉及的范圍很廣：自然現(xiàn)象、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過表面現(xiàn)象涉及的范圍很廣：自然現(xiàn)象、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程、生理現(xiàn)象、科學(xué)研究、多相催化甚至日常生活程、生理現(xiàn)象、科學(xué)研究、多相催化甚至日常生活第5頁/共37頁 常見的表面現(xiàn)象有：在光滑玻璃上的微小汞滴會(huì)自動(dòng)呈球形脫脂棉易于杯水潤濕水在玻璃毛細(xì)管中會(huì)自動(dòng)上升固體表面會(huì)自動(dòng)的吸附其他物質(zhì)微小的液滴易于蒸發(fā)微小晶體溶解度大等等第6頁/共37頁 表面活性劑基礎(chǔ)表面：把一個(gè)相和它本身蒸汽接觸的分界面稱之。 界面：把一相與另一相(結(jié)構(gòu)不同)接觸的分界

5、面稱之。特點(diǎn)：表面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，性質(zhì)相差懸殊，研究固體表面比研究表面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，性質(zhì)相差懸殊，研究固體表面比研究液體表面困難，難以定量描述。液體表面困難，難以定量描述。 習(xí)慣上把液- -氣界面、固- -氣界面稱為液體表面和固體表面。表面可以由一系列的物理化學(xué)數(shù)據(jù)來描述（表面積、表面組成、表面張力、表面自由能、熵、焓等），表面與界面的組成和結(jié)構(gòu)對(duì)其性能有著重要的影響。 1.1 表面活性劑概念第7頁/共37頁例如：石英的粉碎。1kg直徑為102米變成109米，表面積 和表面能增加143倍。由于高分散系比低分散系能量高得多，必然使物系由于分散度的變化而使性質(zhì)方面有很大差別。：熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、蒸汽壓、溶解度、吸

6、附、潤濕和燒結(jié)等：化學(xué)活性、催化、固相反應(yīng) 等 表面活性劑基礎(chǔ)在一般的情況下，界面的質(zhì)量和性質(zhì)與體相相比可以忽略，但當(dāng)物質(zhì)被高度分散時(shí)，界面的現(xiàn)象很明顯。對(duì)一定質(zhì)量的物質(zhì)而言，分散度越高，其表面積就越大，表面效應(yīng)也就越明顯。第8頁/共37頁 常規(guī) 15m2 um 90m2 nm 180m2 1g粉料具有如此大的空間，其界面占據(jù)總體積50以上，奇特的表面效應(yīng) 表面活性劑基礎(chǔ)第9頁/共37頁 比表面積As反比于d； d，比表面積，表面原子所占百分?jǐn)?shù) 顆粒尺寸小于 0.1微米時(shí) ，表面效應(yīng)將不容忽略 表面活性劑基礎(chǔ)物質(zhì)的分散度可用比表面積來表示As第10頁/共37頁 高倍率電子顯微鏡下：金-1nm，

7、實(shí)時(shí)觀察 無固定的形態(tài)，隨時(shí)間變化會(huì)自動(dòng)成各種形狀（如立方體、八面體，十面體，二十面體多孿晶等），不同于一般固體、液體，是一種準(zhǔn)固體；在電鏡電子束照射下，表面原子仿佛進(jìn)入了“沸騰”狀態(tài) 大于10納米后，微顆粒狀態(tài)穩(wěn)定 表面活性劑基礎(chǔ)第11頁/共37頁 【EgEg】表面效應(yīng)導(dǎo)致納米金屬特殊的光學(xué)性能 大塊金屬光澤、色澤：對(duì)可見光不同波長光反射與吸收能力不同 CuCu紫紅；金黃；鉛銀白帶藍(lán) 各種納米金屬屑幾乎全呈黑色 原因：強(qiáng)吸收率，低反射率導(dǎo)致粒子變黑黃色大塊金黃色大塊金黃綠色微米粒子黃綠色微米粒子黑色納米粒子黑色納米粒子 表面活性劑基礎(chǔ)第12頁/共37頁 【Eg】表面高活性導(dǎo)致納米（超微）顆粒

8、的迅速氧化燃燒/甚至空氣中自燃 防止：通過表面包裹防止自燃Li Li粉廠突然自燃粉廠突然自燃 表面活性劑基礎(chǔ)第13頁/共37頁 利用表面活性，超微顆?？沙蔀樾乱淮咝Т呋瘎?貯氣材料/低熔點(diǎn)材料 表面活性劑基礎(chǔ)第14頁/共37頁 表面與界面起突出作用的新型材料，如等發(fā)展如日中天 新物理現(xiàn)象、新效應(yīng) 巨大應(yīng)用潛力 表面活性劑基礎(chǔ)第15頁/共37頁1.2 1.2 表面活性劑的分類表面活性劑的分類161.2.1 表面活性劑按離子類型分類表面活性劑離子型非離子型陰離子型:陽離子型:兩性型:C12H25SO3Na十二烷基苯磺酸鈉 芐基三甲基氯化銨 CH2N CH3CH3CH3+.Cl-N CH2COOC

9、H3CH3+C12H25-十二烷基甜菜堿第16頁/共37頁1.2.2 1.2.2 按親水基的結(jié)構(gòu)分類按親水基的結(jié)構(gòu)分類C12H25SO3Na17表1-1 按親水基結(jié)構(gòu)分類的表面活性劑類型C12H25SO3Na親水基團(tuán)類型親水基團(tuán)結(jié)構(gòu)表面活性劑實(shí)例羧酸鹽型磺酸鹽型硫酸酯鹽型磷酸酯鹽型 單酯雙酯 C17H35COONaC18H37OSO3NaC12H25OPO3Na2(C12H25O)2PO2NaCOO-M+SO3-M+OSO3-M+OPOOMOMOPOOOMC12H25SO3Na第17頁/共37頁18胺鹽型伯胺鹽 仲胺鹽 叔胺鹽 季銨鹽 鎓鹽型鏻化合物 鉮化合物 锍化合物 碘鎓化合物多羥基型聚氧

10、乙烯型HXNH2.HXNH.HXN.+XN.-+XP.-+X.-As+X.-S+X.-IOH(CH2CH2O)nC18H37NH2HCl.NHCH3C12H25.HClNCH3C12H25.HClCH3NCH3C12H25.ClCH3CH3+-PC12H25.Br+-CH3CH3+Br.-CH3AsC8H17CH3CH2+OSO3CH3.-CH3SC12H25CH3I+C15H31COOCH2CCH2OHCH2OHCH2OHC9H19O(CH2CH2O)nH 注：M為堿金屬離子或銨離子，X為Cl、Br、I、CH3COO或HSO4等 第18頁/共37頁 1.2.3 按疏水基種類分類（1）直鏈烷基

11、：CnH2n+1，n820；（2）支鏈烷基：CnH2n+1，n820；（3）烷基苯基： ，RCnH2n+1，n816；（4）烷基萘基： ，RCnH2n+1，n3；（5）松香衍生物；（6）高分子量聚氧丙烯基：(OC3H7)n；（7）長鏈代烷基：CnF2n+1，n610；（8）聚硅氧烷基：19第19頁/共37頁 1.2.4 按表面活性劑的特殊性分類（1）碳氟表面活性劑 CF3(CF2)6COONa 全氟代辛酸鈉 （2）含硅表面活性劑（3）高分子表面活性劑 分子量高于1000的表面活性劑 , 主要類型有聚乙 烯醇、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯等20第20頁/共37頁 （4）生物表面活性劑 生物表面活性劑是

12、細(xì)菌、酵母和真菌等微生物代謝產(chǎn)物過程中產(chǎn)生的。 （5）冠醚型表面活性劑21烷基烷基1212冠冠4 4第21頁/共37頁 按照表面活性劑的溶解性能可將其分為水溶性和油溶性表面活性劑； 按照分子量可分為低分子和高分子表面活性劑； 按照應(yīng)用功能可分為乳化劑、洗滌劑、潤濕劑、發(fā)泡劑、消泡劑、分散劑、絮凝劑、滲透劑及增溶劑等。 221.2.5 其它分類方法第22頁/共37頁1.3 1.3 表面活性劑的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r表面活性劑的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r1.3.1 世界表面活性劑工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r1.3.2 我國表面活性劑工業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)23第23頁/共37頁1.3.1 1.3.1 世界表面活性劑工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r世界表

13、面活性劑工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r 世界表面活性劑工業(yè)是在第二次世界大戰(zhàn)期間，由于制皂的油脂十分匱乏而得以發(fā)展。 二次世界大戰(zhàn)之后形成了獨(dú)立的工業(yè)體系，并隨著石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展而日趨完善，與合成橡膠、合成纖維一起成為新興的化工產(chǎn)品。 目前全世界表面活性劑的品種有6000多種，商品牌號(hào)上萬種，年產(chǎn)量接近1200萬噸。24第24頁/共37頁 在品質(zhì)、質(zhì)量、產(chǎn)量等方面均得到了迅速發(fā)展 由于表面活性劑具有潤濕、乳化、去污、分散等特性，被稱為工業(yè)味精。 目前全世界表面活性劑的品種有6000多種，商品牌號(hào)上萬種，年產(chǎn)量接近1200萬它的應(yīng)用領(lǐng)域在不斷的擴(kuò)大。 表面活性劑作用：家用占50%，個(gè)人護(hù)理6%，工業(yè)與公共設(shè)施

14、用占40%-50%。 從品種上，世界表面活性劑以陰離子為主，其次是非離子，陽離子和兩性消費(fèi)最小。 國外朝專用性和功能性發(fā)展。25第25頁/共37頁26 表面活性劑已成為精細(xì)化工的一個(gè)重要分支，亦是精細(xì)化工的一個(gè)基礎(chǔ)學(xué)科?？蓱?yīng)用于洗滌（工業(yè)和家用）、紡織、印染、皮革加工、礦選、金屬加工、石油開采與精制、建筑、食品、制藥、造紙、油漆油墨、涂料等工業(yè)。第26頁/共37頁1.3.1 1.3.1 世界表面活性劑工業(yè)的發(fā)展?fàn)钍澜绫砻婊钚詣┕I(yè)的發(fā)展?fàn)顩r況27表1-2 世界各地表面活性劑的消費(fèi)情況1995年2000年2005年消費(fèi)量（萬噸）占市場份額（）消費(fèi)量（萬噸）占市場份額（）消費(fèi)量（萬噸）占市場份額（

15、）北美27029.029026.931024.8西歐20021.522020.424019.2亞洲29031.236033.344035.2其它17018.321019.426020.8合計(jì)930100.01080100.01250100.0第27頁/共37頁 我國表面活性劑始于20世紀(jì)50年代末60年代初。1958年中科院植物保護(hù)研究所開發(fā)成功我國第一個(gè)表面活性劑蓖麻油聚氧乙烯醚，標(biāo)志著我國表面活性劑工業(yè)的形成。 “七五”和“八五”通過引進(jìn)國外先進(jìn)的三氧化硫連續(xù)磺化裝置、乙氧基化裝置、油脂水解裝置、以及脂肪醇、脂肪胺和烷基酚的生產(chǎn)裝置，使我國多種表面活性劑基本原料的生產(chǎn)能力達(dá)到世界水平，解決

16、了原料問題。 九十年代后品種的數(shù)量增長較快，從1990年的290種增加至現(xiàn)在的2000多種。281.3.2 我國表面活性劑工業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)第28頁/共37頁（1）表面活性劑的品種少，產(chǎn)量低，不能滿足國內(nèi)需求 （2）人均消費(fèi)水平低，美國13.9Kg 日本9.7Kg 中國0.5Kg（3）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理,高檔產(chǎn)品少，低檔產(chǎn)品多（4）工業(yè)應(yīng)用比例偏低（5）基礎(chǔ)理論研究比較薄弱，缺乏復(fù)配和深加工技術(shù)的理論指導(dǎo)，生產(chǎn)工藝落后29主要差距：第29頁/共37頁30 （1）調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)； （2）加強(qiáng)應(yīng)用基礎(chǔ)理論研究。復(fù)配、新產(chǎn)品開發(fā) ； （3）將應(yīng)用基礎(chǔ)研究與應(yīng)用開發(fā)有機(jī)結(jié)合起來； （4）積極開發(fā)專用化和功

17、能化表面活性劑。提高產(chǎn)品檔次和性能 ； （5）大力開發(fā)綠色表面活性劑和生物表面活性劑。具有高活性，生物降解好、低毒、無刺激、可再生，綠色產(chǎn)品； 今后我國表面活性劑的發(fā)展主要有以下幾方面：第30頁/共37頁表面活性劑的發(fā)展 我國表面活性劑“十一五”發(fā)展規(guī)劃 (黃洪周, 全國工業(yè)表面活性劑中心, 遼寧大連)摘要: 介紹我國表面活性劑工業(yè)的生產(chǎn)和發(fā)展現(xiàn)狀、以及發(fā)展特點(diǎn)。我國表面活性劑產(chǎn)量已居世界第二位, 全行業(yè)裝備水平有了較大提高, 且能生產(chǎn)50大系列所有常規(guī)表面活性劑,目前正在向綠色化、多功能、專用化方向發(fā)展。對(duì)我國表面活性劑工業(yè)存在的問題和差距進(jìn)行了分析,并提出了相應(yīng)的對(duì)策和措施。第31頁/共3

18、7頁第32頁/共37頁2. 我國是表面活性劑進(jìn)口大國,出口小國我國每年進(jìn)口大量表面活性劑, 2004 年進(jìn)口206565 t, 用外匯31807 萬美元, 2005 年達(dá)231151 t, 用外匯39041萬美元;而出口卻很少, 2005 年出口73191 t,創(chuàng)匯僅8387萬美元, 出口量是進(jìn)口量的1 /3,出口額是進(jìn)口額的不到1 /5。第33頁/共37頁存在問題和差距1. 1. 我國現(xiàn)在是表面活性劑生產(chǎn)大國,但不是強(qiáng)國表面活性劑人均擁有量盡管由1994年的0.138kg/ a上升到2005 年的2.3kg/ a,但與世界表面活性劑強(qiáng)國相比, 仍有較大差距, 如我國表面活性劑人均擁有量是美國的1 /13,不到日本的1 /4。第34頁/共37頁3. 表面活性劑原料短缺,仍需大量進(jìn)口4. 產(chǎn)品和裝備更新?lián)Q代任務(wù)仍很繁重大型乙氧基化裝置已進(jìn)口11 套,大型磺化裝置進(jìn)口60套5. 缺