表面活性劑概述及表面活性劑作用原理69頁課件

1、第一章 表面活性劑概述7/20/20221表面活性劑化學(xué) 冰淇淋是我們最喜愛的食物；有了洗滌劑我們的生活才能如此美好。若沒有表面活性劑，這兩樣?xùn)|西都不會有。這真是太可悲了。但是，如果真的沒有了表面活性劑，也不會有人為沒有冰淇淋和洗滌劑而哭泣。因?yàn)闆]有表面活性劑，人也沒有了。 英國著名界面化學(xué)家Ckint7/20/20222表面活性劑化學(xué)7/20/20223表面活性劑化學(xué)7/20/20224表面活性劑化學(xué)7/20/20225表面活性劑化學(xué)7/20/20226表面活性劑化學(xué)7/20/20227表面活性劑化學(xué)7/20/20228表面活性劑化學(xué)7/20/20229表面活性劑化學(xué)眼 影 7/20/202

2、210表面活性劑化學(xué)7/20/202211表面活性劑化學(xué)指甲油7/20/202212表面活性劑化學(xué)香 水7/20/202213表面活性劑化學(xué)1 消毒殺菌2 腈綸勻染劑3 抗靜電劑4 礦物浮選劑5 相轉(zhuǎn)移催化劑6 織物柔軟劑食品加工印染金屬加工電鍍采礦采油7/20/202214表面活性劑化學(xué)表面活性劑一詞來自英文Surfactant。它實(shí)際上是短語Surface（表面） Active（活性） Agent（添加劑）的縮合詞。它還有一個名字叫做Tenside。表面活性劑是這樣一種物質(zhì)，它活躍于表面和界面上，具有極高的降低表、界面張力的能力和效率。在一定濃度以上的溶液中形成分子有序組合體，從而具有一系

3、列應(yīng)用功能。7/20/202215表面活性劑化學(xué) 降低表面張力為正吸附，溶質(zhì)在溶液表面的濃度大于其在溶液本體中的濃度 此溶質(zhì)為表面活性物質(zhì) 增加表面張力為負(fù)吸附，溶質(zhì)在溶液表面的濃度小于其在溶液本體中的濃度 此溶質(zhì)為表面惰性物質(zhì) 溶入少量就能顯著降低表面張力的物質(zhì)也稱表面活性物質(zhì)或表面活性劑。7/20/202216表面活性劑化學(xué)7/20/202217表面活性劑化學(xué)(a)(b)7/20/202218表面活性劑化學(xué)1.1 表面活性劑分類表面活性劑分子 非極性烴鏈（疏水） 極性基團(tuán)（親水）H2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2COHCH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CO硬

4、脂酸7/20/202219表面活性劑化學(xué)陰離子表面活性劑RCOONa羧酸鹽R-OSO3Na硫酸酯鹽R-SO3Na磺酸鹽R-OPO3Na2磷酸酯鹽1.離子型2.非離子型陽離子型陰離子型兩性型表面活性劑1.1.1 按離子類型7/20/202220表面活性劑化學(xué)陽離子表面活性劑R-NH2HCl伯胺鹽 CH3 |R-N-HCl仲胺鹽 | H CH3 |R-N-HCl叔胺鹽 | CH3 CH3 |R-N+-CH3Cl-季胺鹽 | CH37/20/202221表面活性劑化學(xué)兩性表面活性劑R-N+HCH2-CH2COO-H 氨基酸型 CH3 |R-N+-CH2COO-H 甜菜堿型 | CH37/20/202

5、222表面活性劑化學(xué)R-(C6H4)-O(C2H4O)nH烷基酚聚氧乙烯醚非離子表面活性劑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7/20/202223表面活性劑化學(xué)1.1.2 按親水基的結(jié)構(gòu)分類極性基團(tuán)： 羧酸、磺酸、硫酸、磷酸酯鹽、 氨基或胺基及其鹽（伯、仲、叔、季） 鎓鹽型（磷、砷、硫、碘化合物） 羥基、酰胺基、醚鍵等。7/20/202224表面活性劑化學(xué)1.1.3 按疏水基的種類分類直鏈烷基支鏈烷基3. 烷基苯基4. 烷基萘基通常為烴基構(gòu)成5. 松香衍生物

6、6. 高分子質(zhì)量聚氧丙烷基7. 長鏈全氟(或高氟代)烷基8. 聚硅氧烷基7/20/202225表面活性劑化學(xué)硅表面活性劑氟表面活性劑 1.1.4 按表面活性劑的特殊性分類元素表面活性劑是指碳氧鏈上的氫（碳）原子被其它元素所代替，而顯現(xiàn)出與普通表面活性劑不同的性能元素表面活性劑7/20/202226表面活性劑化學(xué)高分子表面活性劑3.合成高分子表面活性劑聚乙烯醇、聚丙烯酸鹽、聚丙烯酰胺2. 部分合成高分子表面活性劑羧甲基纖維素、羧甲基淀粉1.天然高分子表面活性劑阿拉伯樹膠、皂、蛋白質(zhì)（大豆蛋白、牛乳）7/20/202227表面活性劑化學(xué)生物表面活性劑1.糖脂系 鼠李糖脂、海藻糖脂、槐糖脂 2.?；?/p>

7、縮氨酸系 硫放線菌素、脂縮氨酸。由酵母、細(xì)菌作用于培養(yǎng)液。生成有特殊結(jié)構(gòu)的表面活性劑7/20/202228表面活性劑化學(xué)冠醚型表面活性劑冠醚能與金屬多價離子絡(luò)合作，用作相轉(zhuǎn)移催化劑、萃取劑等 7/20/202229表面活性劑化學(xué)1.1.5 其他分類方法 廣泛應(yīng)用于洗滌、醫(yī)藥、石油、食品、農(nóng)業(yè)等各個領(lǐng)域。水溶性的油溶性的低分子量的高分子量的 表面活性劑具有潤濕、分散、乳化、增溶、起泡、消泡、保濕、潤滑、洗滌、滲透、殺菌、防腐等功能，7/20/202230表面活性劑化學(xué)1.2 表面活性劑的國內(nèi)外發(fā)展1表面活性劑要易于生物降解，原料可再生，廣泛使用后， 對環(huán)境無污染，對人、畜安全溫和。 2表面活性劑

8、要高效、多功能，除有清潔作用外，還要 有抑菌、殺菌、滋潤皮膚等作用，并應(yīng)不斷開發(fā)新用途。3耐硬水、低溫洗滌效果好，濃縮的表面活性劑洗滌用品 是一個發(fā)展方向，這包括濃縮洗衣粉和濃縮液體洗滌劑。 7/20/202231表面活性劑化學(xué)表面活性劑的作用原理第二章 7/20/202232表面活性劑化學(xué)2.1 表面張力與表面活性當(dāng)任意兩相接觸時, 兩相之間決非是一個沒有厚度的純幾何面,而是一個具有相當(dāng)厚度的過渡區(qū), 這一過渡區(qū)通常稱之為界面。若其中一相為氣體，這種界面通常稱為表面。但由于歷史的原因, 這兩個概念常?；煊?。常見的界面有：氣-液界面，氣-固界面，液-液界面，液-固界面，固-固界面。7/20/2

9、02233表面活性劑化學(xué)氣-液界面7/20/202234表面活性劑化學(xué)氣-固界面7/20/202235表面活性劑化學(xué)液-液界面7/20/202236表面活性劑化學(xué)液-固界面7/20/202237表面活性劑化學(xué)固-固界面7/20/202238表面活性劑化學(xué)2.1.1 表面張力和表面自由能7/20/202239表面活性劑化學(xué)（a）（b）7/20/202240表面活性劑化學(xué)如果在活動邊框上掛一重物，使重物質(zhì)量W2與邊框質(zhì)量W1所產(chǎn)生的重力F（F=（W1+W2）g）與總的表面張力大小相等方向相反，則金屬絲不再滑動。 這時 l是滑動邊的長度，因膜有兩個面，所以邊界總長度為2l， 就是作用于單位邊界上的表

10、面張力。7/20/202241表面活性劑化學(xué) 由于表面層分子的受力情況與本體中不同，因此如果要把分子從內(nèi)部移到界面，或可逆的增加表面積，就必須克服系統(tǒng)內(nèi)部分子之間的作用力，對系統(tǒng)做功。 溫度、壓力和組成恒定時，可逆使表面積增加dA所需要對系統(tǒng)作的功，稱為表面功。 用公式表示為：把作用于單位邊界線上的這種力稱為表面張力，用 表示，單位是N/m。 也是增加單位表面積時所必須對系統(tǒng)做的功，單位J/m27/20/202242表面活性劑化學(xué)表面張力的測定1. 滴重法W=2Rf=W/2Rf7/20/202243表面活性劑化學(xué)滴落的高速攝影示意圖那為什么有個系數(shù)呢？7/20/202244表面活性劑化學(xué)2.毛

11、細(xì)管上升法r 毛細(xì)管半徑界面兩相的密度差g 重力加速度h 高度差7/20/202245表面活性劑化學(xué)3. 環(huán)法4.吊片法5.最大汽泡壓力法6. 滴外形法7/20/202246表面活性劑化學(xué)濃度122.1.2 表面活性和表面活性劑 具有第三類曲線的物質(zhì)才叫表面活性劑。特勞貝規(guī)則37/20/202247表面活性劑化學(xué)2.1.3 表面活性劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)7/20/202248表面活性劑化學(xué)7/20/202249表面活性劑化學(xué)2.2 表面活性劑膠束2.2.1 膠束的形成7/20/202250表面活性劑化學(xué)膠束結(jié)構(gòu)示意圖7/20/202251表面活性劑化學(xué)2.2.2 臨界膠束濃度 CMC Critical

12、Micell Concentration表面活性劑在水中隨著濃度增大，表面上聚集的活性劑分子形成定向排列的緊密單分子層，多余的分子在體相內(nèi)部也三三兩兩的以憎水基互相靠攏，聚集在一起形成膠束，這開始形成膠束的最低濃度稱為臨界膠束濃度。7/20/202252表面活性劑化學(xué) 這時溶液性質(zhì)與理想性質(zhì)發(fā)生偏離，在表面張力對濃度繪制的曲線上會出現(xiàn)轉(zhuǎn)折。繼續(xù)增加活性劑濃度，表面張力不再降低，而體相中的膠束不斷增多、增大。7/20/202253表面活性劑化學(xué)2.2.2.1 臨界膠束濃度的測定方法1. 表面張力法界面張力儀7/20/202254表面活性劑化學(xué)2. 電導(dǎo)法3. 增溶作用法4. 染料法7/20/20

13、2255表面活性劑化學(xué)5. 光散射法7/20/202256表面活性劑化學(xué)2.2.2.2 影響臨界膠束濃度的因素表面活性劑的碳?xì)滏滈L碳?xì)滏湻种?極性基團(tuán)的位置碳?xì)滏溨衅渌〈挠绊懹H水基團(tuán)的種類疏水鏈的性質(zhì)溫度離子型 Krafft point非離子型 濁點(diǎn) cloud point 7/20/202257表面活性劑化學(xué)2.2.3 膠束的形狀和大小球 狀7/20/202258表面活性劑化學(xué)7/20/202259表面活性劑化學(xué)7/20/202260表面活性劑化學(xué)2.2.4 膠束的作用乳化作用泡沫作用分散作用增溶作用催化作用7/20/202261表面活性劑化學(xué)2.3 表面活性劑結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系2.3.

14、1 表面活性劑的親水性 HLB親水親油平衡值(Hydrophile-Lipophile Balance)表面活性劑分子中親水和親油基團(tuán)對油或水的綜合親合力，是用來表示表面活性劑的親水親油性強(qiáng)弱的數(shù)值。Griffin7/20/202262表面活性劑化學(xué)HLB值=親水基質(zhì)量親水基質(zhì)量+憎水基質(zhì)量100/52.3.1.1 HLB的確定非離子型多元醇脂肪酸酯HLB=20(1-S/A)聚氧乙烯型皂化值不易得到的HLB= (E+P)/57/20/202263表面活性劑化學(xué)離子型HLB=(親水基團(tuán)HLB)+(親油基團(tuán)HLB)+7混合型HLB混合=(HLBi qi)7/20/202264表面活性劑化學(xué) 親油 | 親水 HLB值 0 1 3 6 7 8 10 12 13 15 18 20 | |消泡| | | 潤濕劑 |增溶劑| | 石蠟 W/O乳化劑 |去污| 聚乙二醇 | 滲透作用 | | O/W 乳化劑 |2.3.1.2 HLB與表面活性劑應(yīng)用關(guān)系7/20/202265表面活性劑化學(xué)2.3.2 親油基的影響氟代烴基 硅氧烴基 脂肪族烷烴基,環(huán)烷烴基 脂肪族烯烴 脂肪族芳香烴 芳香烴 帶弱親水基的烴基疏水性2.3.3 親水基的影響7/20/202266表面活性劑化學(xué)2.3.4 分子形態(tài)的影響2