表面活性劑理論

關(guān)于表面活性劑理論表面活性劑是20世紀(jì)40年代初開發(fā)研制、50年代迅速發(fā)展起來的一種新型化學(xué)品。表面活性劑是許多工業(yè)部門必要的化學(xué)助劑，廣泛地應(yīng)用于紡織、制藥、化妝品、食品、造紙、皮革、土建、采礦以及民用洗滌等各個領(lǐng)域，主要用作潤濕劑、滲透劑、洗滌劑、乳化劑、勻染劑、固色劑、發(fā)泡劑、消泡劑等，其用量雖小，但收效甚大，被喻為工業(yè)味精。概述第2頁,共134頁，星期六，2024年，5月

第一節(jié)表面活性劑的概述

第三節(jié)表面活性劑的基本性質(zhì)第四節(jié)表面活性劑的應(yīng)用

第二節(jié)表面活性劑的分類第3章表面活性劑理論第3頁,共134頁，星期六，2024年，5月第4頁,共134頁，星期六，2024年，5月水滴為什么是圓形而不是方形第5頁,共134頁，星期六，2024年，5月一、表面活性劑的概念

界面（interface）：是指物質(zhì)的相與相之間的交界面。兩相接觸的約幾個分子厚度的過渡區(qū)。（五類）表面（surface）：兩相中有一相是氣體的界面。嚴(yán)格講是液體和固體與其飽和蒸氣之間的界面氣/固、氣/液相（phase）：具有相同成分、相同物理化學(xué)性質(zhì)的均勻物質(zhì)第6頁,共134頁，星期六，2024年，5月界面吸附(interfaceabsorbent)：溶于液體中的物質(zhì)，被吸附于液體的表面，溶液表面層的濃度大于溶液內(nèi)部的濃度，這種現(xiàn)象稱為界面吸附。

界面現(xiàn)象（interfacephenomenon

）：界面分子和相內(nèi)分子所受力不相同，因而產(chǎn)生各種現(xiàn)象，習(xí)慣上稱表面現(xiàn)象。產(chǎn)生的主要原因是表面分子與相內(nèi)分子存在著能量差別。第7頁,共134頁，星期六，2024年，5月處于液態(tài)表面層的分子受到液體內(nèi)部分子的引力,液面分子有向液體內(nèi)部移動的傾向，即液體表面積具有自動收縮的能力,液體就像張緊的彈性膜一樣。表面現(xiàn)象的微觀成因第8頁,共134頁，星期六，2024年，5月表面張力升高----無機(jī)鹽，含羥基較多的鹽--無表面活性表面張力逐漸下降—低碳醇，羧酸等—表面活性物質(zhì)表面張力急劇下降—表面活性劑表面活性劑：具有很強(qiáng)表面活性、能使液體的表面張力顯著下降的物質(zhì)。第9頁,共134頁，星期六，2024年，5月表面活性物質(zhì)(Surfaceactivematerial)能使水的表面張力降低的溶質(zhì)稱為表面活性物質(zhì)。這種物質(zhì)通常含有親水的極性基團(tuán)和憎水的非極性碳鏈或碳環(huán)有機(jī)化合物。親水基團(tuán)進(jìn)入水中，憎水基團(tuán)企圖離開水而指向空氣，在界面定向排列。表面活性物質(zhì)的表面濃度大于本體濃度（正吸附），增加單位面積所需的功較純水小。非極性成分愈大，表面活性也愈大。第10頁,共134頁，星期六，2024年，5月非表面活性物質(zhì)能使水的表面張力升高的溶質(zhì)稱為非表面活性物質(zhì)。如無機(jī)鹽和不揮發(fā)的酸、堿等。這些物質(zhì)的離子有水合作用，趨向于把水分子拖入水中，非表面活性物質(zhì)在表面的濃度低于在本體的濃度。第11頁,共134頁，星期六，2024年，5月CompanyLogo非極性親油碳?xì)滏渉ydrophobicgroup表活劑結(jié)構(gòu)極性親水基團(tuán)hydrophilicgroup二、表面活性劑的structuresurfactant第12頁,共134頁，星期六，2024年，5月表面活性劑的結(jié)構(gòu)特征OOOSONa兩親結(jié)構(gòu)（amphiphilic）：由非極性烴鏈（憎水性即親油性）和一個以上的極性基團(tuán)（親水性）組成親油基團(tuán)和親水基團(tuán)強(qiáng)度的相互平衡(HLB值）第13頁,共134頁，星期六，2024年，5月直鏈烷基（C8～C20）；支鏈烷基（C8～C20）；烷基苯基（烷基為C8~C16）；烷基萘基（烷基碳原子數(shù)在3以上，且烷基數(shù)目一般為兩個）；松香衍生物；高分子量聚氧丙烯基；長鏈全氟（或高氟代）烷基；全氟聚氧丙烯基（低分子量）；聚硅氧烷基。表面活性劑的親油基第14頁,共134頁，星期六，2024年，5月

以上親油基的親油性強(qiáng)弱順序為：全氟代烴＞脂肪族烴基＞脂肪族側(cè)鏈芳烴基＞芳烴基＞帶弱親水基的烴基

表面活性劑的親油基第15頁,共134頁，星期六，2024年，5月①C＞8時，表面活性隨碳鏈的增長而提高。

C=8～12時（碳鏈較短），潤濕、滲透作用好；

C=12～18時（碳鏈較長），洗滌、乳化分散作用好。

例：烷基磺酸鈉：C=14～18，洗滌劑；

C<12時，潤濕劑。聚氧乙烯醚：滲透劑JFC：C8～C13

乳化劑平平加：C12～C20親油基與表面活性關(guān)系第16頁,共134頁，星期六，2024年，5月②直鏈的烴基：較好的洗滌、乳化、分散性能；（正十二烷基苯磺酸鈉）帶支鏈的烴基：較好的潤濕與滲透性能。（四聚丙烯苯磺酸鈉）③親水基在親油基一端：好的乳化、洗滌性能；親水基在親油基中間：潤濕、滲透性能好。

親油基與表面活性關(guān)系第17頁,共134頁，星期六，2024年，5月⑴有機(jī)酸鹽①羧酸鹽（-COOM），如快速浸水劑（環(huán)烷酸鈉）：②磺酸鹽（-SO3M），如洗衣粉的主要成分（活性成分）十二烷基苯磺酸鈉；③硫酸酯鹽（-OSO3M）如硫酸化蓖麻油；④磷酸酯鹽（-OPO3M），如磷酸化油。

（M為堿金屬、堿土金屬及其它金屬，NH4+

等）表面活性劑的親水基第18頁,共134頁，星期六，2024年，5月胺鹽及季銨鹽：包括伯胺鹽，仲胺鹽，叔胺鹽及季銨鹽；(3)不離解的羥基（-OH，一般為多個羥基），如“斯盤”（Span）；(4)醚鏈（-O-，與水形成氫鍵而具有親水性，一般為多個），如滲透劑JFC，其分子式RO(CH2CH2O)nH（R為C8～C13烷基）。

表面活性劑的親水基第19頁,共134頁，星期六，2024年，5月親水基類型不同，表面活性劑形成膠束的容易程度及降低液體表面張力的能力不同，順序如下（親油基相同的條件下）：

-COO-≈-N+(CH3)3＜-SO3-≤-OSO3-＜＜兩性型＜＜多元醇型≤聚氧乙烯型一個好的表面活性劑其親水基與親油基應(yīng)有一個很好的匹配關(guān)系:親水-親油平衡值（Hydrophilic-LipophilicBalance，縮寫為HLB）。只有具有適宜的親油親水性，才能聚集在油-水界面上形成定向排列，從而改變界面的性質(zhì)表面活性劑的親水基第20頁,共134頁，星期六，2024年，5月表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)與親水疏水性關(guān)系有些表面活性劑是優(yōu)良的洗滌劑，去污能力好，卻不適合做乳化劑？有些表面活性劑適合于做乳化劑，但濕潤性能卻不理想？表面活性劑的用途主要取決于表面活性劑的性質(zhì)，而其性質(zhì)又由他的結(jié)構(gòu)所決定，表面活性劑是由親水基和疏水基兩部分組成的，所以表面活性劑的性質(zhì)就取決于這兩部分基團(tuán)的種類、原子種類、結(jié)構(gòu)和電性等。第21頁,共134頁，星期六，2024年，5月表面活性劑在溶液的表面層聚集的現(xiàn)象稱為正吸附。正吸附改變了溶液表面的性質(zhì)，最外層呈現(xiàn)出碳?xì)滏溞再|(zhì)，體現(xiàn)出較低的表面張力，進(jìn)而產(chǎn)生較好的潤濕性、乳化性、起泡性等。三、表面活性劑的吸附性1.表面活性劑分子在溶液中的正吸附當(dāng)表面活性劑濃度很低，但降低表面活性張力很顯著，則它的表面活性越強(qiáng)，越容易形成正吸附。第22頁,共134頁，星期六，2024年，5月表面活性劑溶液與固體接觸時，表面活性劑分子可能在固體表面發(fā)生吸附，使固體表面性質(zhì)發(fā)生改變。2.表面活性劑在固體表面的吸附Solid對于極性固體物質(zhì)在表面活性劑濃度較低時形成單層吸附，當(dāng)其達(dá)到臨界膠束濃度時，轉(zhuǎn)為雙層吸附。對于非極性固體，一般只發(fā)生單分子層吸附。第23頁,共134頁，星期六，2024年，5月第二節(jié)表面活性劑分類表面活性劑通常采用按化學(xué)結(jié)構(gòu)來分類，分為離子型和非離子型兩大類，離子型中又可分為陽離子型、陰離子型和兩性型表面活性劑。顯然陽離子型和陰離子型的表面活性劑不能混用，否則可能會發(fā)生沉淀而失去活性作用。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特種型第24頁,共134頁，星期六，2024年，5月各種表面活性劑的結(jié)構(gòu)示意圖

無表面活性維持電中性的作用表面活性部分陰離子型陽離子型第25頁,共134頁，星期六，2024年，5月表面活性部分一個整體離解成兩部分兩性離子型表面活性劑第26頁,共134頁，星期六，2024年，5月非離子型表面活性劑親水基——與水形成氫鍵，而溶于水中親水基陰/非離子雜交型離子型表面活性劑

第27頁,共134頁，星期六，2024年，5月定義：溶于水后，分子電離后親水基為陰離子基團(tuán)，如羧基、磺酸基、硫酸基。疏水基為烷基或者烷基苯RCOONa

羧酸鹽R-OSO3Na

硫酸酯鹽R-SO3Na

磺酸鹽R-OPO3Na2

磷酸酯鹽分子中具有多種陰離子基團(tuán)3.3.1

陰離子表面活性劑第28頁,共134頁，星期六，2024年，5月最早使用的陰離子表面活性劑；主要成分是羧酸鈉或者羧酸鉀，俗稱脂肪酸皂；化學(xué)通式為RCOOM，其中R=C8~C22飽和或者不飽和的長鏈烴基，M為Na+，K+，N+H(CH2CH2OH)3等；C17H35COONa制取方法：油脂與堿溶液加熱皂化；脂肪酸與堿反應(yīng)制得。RCOOM

羧酸鹽3.3.1

陰離子表面活性劑第29頁,共134頁，星期六，2024年，5月特點：去污力好，便宜，原料豐富，不耐硬水，不耐酸，水溶液堿性-肥皂脂肪酸皂碳鏈越長，凝固點越高，硬度（鈉皂最硬，鉀皂次之，銨皂柔軟）越大，水溶性越差。不抗硬水RCOOM

羧酸鹽第30頁,共134頁，星期六，2024年，5月其中R是含8～18個碳原子的烴基，在碳?xì)滏溕弦灿锌赡芎衅渌倌軋F(tuán)；M是Na+，K+，N+H(CH2CH2OH)3等硫原子不直接與烴基相連，是通過氧原子與烴基相連，是通過硫酸酯形成的鹽；在硬水中穩(wěn)定；發(fā)泡能力好，洗滌能力強(qiáng)，溶液呈中性或者微堿性；制備方法：高級脂肪醇硫酸化后再以堿中和R-OSO3M

烷基硫酸酯鹽3.3.1

陰離子表面活性劑第31頁,共134頁，星期六，2024年，5月R為十二醇，與氯磺酸反應(yīng)，再經(jīng)氫氧化鈉中和后，得到月桂醇硫酸鈉K12。第32頁,共134頁，星期六，2024年，5月十二醇硫酸鈉：結(jié)構(gòu)簡式為C12H25O-SO3Na，俗稱為月桂醇硫酸酯鈉，商品代號為K12，白色粉末，可溶于水，可用作發(fā)泡劑，洗滌劑。月桂醇聚氧乙烯醚硫酸鈉，結(jié)構(gòu)簡式為C12H25（OCH2CH2)n-OSO3Na，俗稱AES，水溶性比K12更好，濃度較高的水溶液在低溫下仍可保持透明，適合配制透明液體香波。去污能力更強(qiáng)，如餐具洗滌劑，又其粘度較高，可用作增稠劑。R-OSO3M

烷基硫酸酯鹽第33頁,共134頁，星期六，2024年，5月通式為R-SO3M，R為直鏈烴，支鏈烴基或者烷基苯；應(yīng)用的最多的一類陰離子表面活性劑；它比烷基硫酸酯鹽的穩(wěn)定性更好，表面活性也更強(qiáng)，是配置各類合成洗滌劑的主要活性物質(zhì)；其疏水基不同時，可以表現(xiàn)出不同的表面活性，可以作為乳化劑，濕潤劑，發(fā)泡劑，洗滌劑使用R-SO3M

烷基磺酸鹽3.3.1

陰離子表面活性劑第34頁,共134頁，星期六，2024年，5月CH3-CH=CH24C12H24cat.cat.C12H25H2SO4+SO3orSO3C12H25SO3HSO3NaC12H25NaOH烷基苯磺酸鈉（ABS），結(jié)構(gòu)簡式為：ABS制備路線：R-SO3M

烷基磺酸鹽第35頁,共134頁，星期六，2024年，5月ABS特點：良好的發(fā)泡能力和去污力，綜合洗滌性能優(yōu)越，是合成洗衣粉中使用最多的表面活性劑；不易生物降解，排放后污染環(huán)境；正逐漸被直鏈烷基磺酸鈉所代替R-SO3M

烷基磺酸鹽第36頁,共134頁，星期六，2024年，5月仲烷基磺酸鈉（SAS）結(jié)構(gòu)簡式：平均碳原子數(shù)為C15~C16的正構(gòu)烷烴為原料制備方法（磺氧化法）RCH2R′+2SO2+O2+H2O紫外線NaOH+H2SO4R-SO3M

烷基磺酸鹽第37頁,共134頁，星期六，2024年，5月SAS特點：磺氧化法制備的SAS的副產(chǎn)品少，色澤淺，適宜于民用洗滌用品，他的表面活性與直鏈烷基苯磺酸鈉相近，溶解性及降解性優(yōu)于直鏈烷基苯磺酸鈉。缺點是他作為主要組分的洗衣粉發(fā)粘，不松散，因此僅用于液體洗滌劑中。R-SO3M

烷基磺酸鹽第38頁,共134頁，星期六，2024年，5月

α-烯基磺酸鹽——AOS

制備方法：石蠟裂解后得到C15~C18的α-烯烴后用SO3磺化，在進(jìn)行中和，便得到AOS，它的主要成分是：R-SO3M

烷基磺酸鹽第39頁,共134頁，星期六，2024年，5月1，3-磺內(nèi)酯1，4-磺內(nèi)酯2-烯烴磺酸3-烯烴磺酸40%40%R-SO3M

烷基磺酸鹽第40頁,共134頁，星期六，2024年，5月AOS特點：去污力優(yōu)于LAS(直鏈烷基苯磺酸鈉)，而且生物降解性能好，不會污染環(huán)境，刺激性小，毒性遠(yuǎn)低于LAS和AS（脂肪醇硫酸鹽）；AOS與非離子表面活性劑及陰離子表面活性劑都有良好的復(fù)配性能；AOS與酶也有良好的協(xié)同作用，是制造加酶洗滌劑的良好原料。R-SO3M

烷基磺酸鹽第41頁,共134頁，星期六，2024年，5月用高級脂肪醇與五氧化二磷直接酯化而得到，所得產(chǎn)品是磷酸單酯和磷酸雙酯的混合物。R-OPO3Na2

磷酸酯鹽單酯鹽雙酯鹽不同疏水基的產(chǎn)品及單酯鹽，雙酯鹽含量不同時，產(chǎn)品性能有較大差異；乳化、洗滌、抗靜電、消泡十二烷基磷酸酯鹽主要作為抗靜電劑。3.3.1

陰離子表面活性劑第42頁,共134頁，星期六，2024年，5月十二烷基聚氧乙烯醚磷酸酯特點：粘度高，去污力強(qiáng)，適合于配置餐具洗滌劑，兼有非離子表面活性劑的特點，因此綜合性能及復(fù)配性能俱佳。R-OPO3Na2

磷酸酯鹽第43頁,共134頁，星期六，2024年，5月脂肪醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸單酯二鈉3.3.1陰離子表面活性劑

分子中具有多種陰離子基團(tuán)性能溫和，生物降解性好，發(fā)泡力強(qiáng)；本身刺激性小，而且在復(fù)配時可以降低磷酸酯類表面活性劑的刺激性，可用于配置高檔香波和化妝品第44頁,共134頁，星期六，2024年，5月3.3.2陽離子表面活性劑

CH3|R-N+-CH3Cl-

季胺鹽|CH3分子電離后，親水基為陽離子，幾乎所有的陽離子表面活性劑為有機(jī)胺的衍生物，去污力差，主要用做殺菌劑、柔軟劑、破乳劑及抗靜電劑常用作殺菌劑咪唑啉鹽吡啶化合物環(huán)胺化合物，殺菌能力強(qiáng)，頭發(fā)滋潤劑、調(diào)理劑、殺菌劑，抗靜電劑殺菌力強(qiáng)，在食品加工，餐廳，飼養(yǎng)場和游泳場作為洗滌殺菌消毒劑使用第45頁,共134頁，星期六，2024年，5月季銨鹽是陽離子表面活性劑中最常用的一類，一般由脂肪叔胺與鹵代烴反應(yīng)得到。十二烷基二甲基胺與芐氯反應(yīng)生產(chǎn)的十二烷基二甲芐基氯化銨，俗稱潔爾滅，殺菌能力很強(qiáng)。

季胺鹽3.3.2陽離子表面活性劑第46頁,共134頁，星期六，2024年，5月3.3.3兩性表面活性劑分子中既有正電荷基團(tuán)，又有負(fù)電荷基團(tuán)，帶正電荷的基團(tuán)常為含氮基團(tuán)，帶負(fù)電荷的基團(tuán)是羧基或者磺酸基。電離后，所帶電性與溶液pH有關(guān)。表面活性劑溶液pH<等電點，溶液呈陽性，顯示陽離子表面活性劑作用；>等電點，顯示陰離子表面活性劑作用；=等電點，形成內(nèi)鹽，呈現(xiàn)非離子，此時表面活性較差，但仍溶于水；因此在任何pH值溶液中都可使用，與其他SA的相容性好。特點：耐硬水，發(fā)泡力強(qiáng)，無毒性，刺激性小第47頁,共134頁，星期六，2024年，5月R-NHCH2-CH2COOH氨基酸型

CH3|R-N+-CH2COO-

甜菜堿型|CH3咪唑啉型3.3.3兩性表面活性劑第48頁,共134頁，星期六，2024年，5月3.3.4非離子表面活性劑非離子表面活性劑在水中不電離，其親油性基團(tuán)與離子型表面活性劑相似，親水性基團(tuán)是分子中的羥基和醚基。在水中不呈離子狀態(tài)，化學(xué)穩(wěn)定性好，與其他表面活性劑的相容性好，在水及有機(jī)溶劑中均有好的溶解性。利用羥基數(shù)目的不同或聚氧乙烯鏈長度不同，可以得到親水性不同的表面活性劑。第49頁,共134頁，星期六，2024年，5月烷基酰醇胺失水山梨醇脂肪酸酯氧化胺聚氧乙烯烷基糖苷3.3.4非離子表面活性劑第50頁,共134頁，星期六，2024年，5月脂肪醇聚氧乙烯：通式R-O-(CH2CH2O)nH，其中R=C12~C18，n=3～30，n值稱為EO數(shù)。

制備方法：由脂肪醇與環(huán)氧乙烷加成而制得。

用途：

EO數(shù)較小時，用于生產(chǎn)AES的原料以及乳化劑，EO數(shù)較大時用于生產(chǎn)濕潤劑或者洗滌劑。

聚氧乙烯類非離子表面活性劑中生產(chǎn)量最大，用途最廣的一類由高級脂肪醇，高級脂肪酸，烷基酚，多元醇酯等與環(huán)氧乙烷加成而制得。3.3.4非離子表面活性劑第51頁,共134頁，星期六，2024年，5月烷基酚聚氧乙烯醚：

通式為：

R<C12,常用的壬基酚和辛基酚，根據(jù)n不同，可制得不同系列產(chǎn)品，如TX，OP系列產(chǎn)品

制備方法：由烷基酚與環(huán)氧乙烷加成而制得。

優(yōu)點:化學(xué)穩(wěn)定性好，即使高溫遇到酸、堿液不會被破壞。

聚氧乙烯醚類第52頁,共134頁，星期六，2024年，5月分子中具有酰胺基及羥基的非離子表面活性劑。制法：脂肪酸與二乙醇胺反應(yīng)制得。凈洗劑6501的合成：

烷基酰醇胺特點：水溶液呈堿性，有較好的洗滌，發(fā)泡和穩(wěn)泡性能，常作為穩(wěn)泡劑，且水溶液粘度較大，在液體洗滌劑中也可做增稠劑3.3.4非離子表面活性劑2第53頁,共134頁，星期六，2024年，5月制法：葡萄糖加氫還原得到的山梨醇，山梨醇與脂肪酸發(fā)生脫水、酯化反應(yīng)即得到失水山梨醇脂肪酸酯。斯盤（Span）：失水山梨醇脂肪酸酯表面活性劑的總稱，親水性較差，不易在水中溶解。吐溫（Tween）：斯盤化合物羥基引入聚氧乙烯醚后的衍生物。親水性較好。用途：吐溫與斯盤混合可得到何種HLB值的乳化劑，常用于食品，醫(yī)藥及化妝品工業(yè)中

失水山梨醇脂肪酸酯3.3.4非離子表面活性劑第54頁,共134頁，星期六，2024年，5月制法：脂肪叔胺與雙氧水反應(yīng)特點：中性和堿性溶液中，顯示非離子表面活性劑性質(zhì)，酸性條件下，顯示弱陽離子表面活性劑作用，在寬pH范圍內(nèi)與其他表面活性劑有好的相容性。溶液中產(chǎn)生細(xì)密的泡沫，刺激性好，有抗靜電、調(diào)理作用。用途：洗發(fā)香波，沐浴液，高檔餐具洗滌劑3.3.4非離子表面活性劑

氧化胺第55頁,共134頁，星期六，2024年，5月制法：葡萄糖的半縮醛羥基與脂肪醇羥基在酸催化下脫去一分子水而得到的苷化合物。APG性質(zhì)：有效的降低表面張力，優(yōu)良的水溶性。C8~10增溶；C10~C12洗滌；>C12乳化、濕潤優(yōu)勢：性能優(yōu)異；以植物油及淀粉為原料，為人體作用溫和無毒；綠色表面活性劑3.3.4非離子表面活性劑

烷基糖苷第56頁,共134頁，星期六，2024年，5月是指高分子表面活性劑和含有氟、硅和硼等非金屬元素的表面活性劑，其分子量一般在數(shù)千以上；后者顯示出高表面活性，高化學(xué)惰性，高耐熱性以及優(yōu)良的阻燃性和抗靜電性。特種表面活性劑一般的表面活性劑主要含有C，H，O，N，S，P等元素。第57頁,共134頁，星期六，2024年，5月相對分子質(zhì)量在數(shù)千以上，具有表面活性功能的高分子化合物；同樣由親水基和疏水基組成；分為無規(guī)型、嵌段性和接枝型；在石油工業(yè)，高分子表面活性劑在三次采油，原油運(yùn)輸及廢水處理方面都有重要作用；制備：由不同結(jié)構(gòu)的表面活性大單體，制備制定結(jié)構(gòu)的高分子表面活性劑；特種表面活性劑高分子表面活性劑第58頁,共134頁，星期六，2024年，5月定義：碳?xì)滏溕系臍湓颖环尤〈纬商挤?，具有碳氟鏈?zhǔn)杷谋砻婊钚詣Ｌ攸c：氟表面活性劑的獨(dú)特性能常被概括為“三高”、“兩憎”。是迄今為止具有最高表面活性的表面活性劑特種表面活性劑含氟表面活性劑高熱穩(wěn)定性高化學(xué)惰性高表面活性憎水憎油第59頁,共134頁，星期六，2024年，5月特種表面活性劑Gemini表面活性劑Gemini表面活性劑中,兩個離子頭基是靠聯(lián)接基團(tuán)通過化學(xué)鍵連接的;兩個表面活性劑單體離子相當(dāng)緊密的連接,致使其碳?xì)滏滈g更容易產(chǎn)生強(qiáng)相互作用,即加強(qiáng)了碳?xì)滏滈g的疏水結(jié)合力,而且離子頭基間的排斥傾向受制于化學(xué)鍵力而被大大削弱這就是Gemini表面活性劑和單鏈單頭基表面活性劑相比較,具有高表面活性的根本原因。第60頁,共134頁，星期六，2024年，5月硅表面活性劑特種表面活性劑有機(jī)硅表面活性劑主要是指以聚二甲基硅氧烷為疏水主鏈，在其中間位或端位連接一個或多個有機(jī)極性基團(tuán)而構(gòu)成的一類表面活性劑。硅氧烷表面活性劑在水溶液和非水溶液中都具有表面活性。是除氟SAa之外，目前發(fā)現(xiàn)的表面活性劑中最優(yōu)良的品種第61頁,共134頁，星期六，2024年，5月兩親分子在氣液界面上的定向排列，形成一層單分子疏水膜，改變?nèi)芤罕砻嫘再|(zhì)，表面張力降低。在溶液中形成膠束，隨著表面活性劑濃度的增加，膠束不斷增多，增大；成親水性膠束。第三節(jié)

表面活性劑的基本性質(zhì)第62頁,共134頁，星期六，2024年，5月疏水作用導(dǎo)致表面活性劑在溶液表面吸附成膜、在溶液中締合成膠束。兩親分子在氣液界面上的定向排列第63頁,共134頁，星期六，2024年，5月膠束(micelle)表面活性劑是兩親分子。溶解在水中達(dá)一定濃度時，其非極性部分會自相結(jié)合，形成聚集體，使憎水基向里、親水基向外，這種多分子聚集體稱為膠束。隨著親水基不同和濃度不同，形成的膠束可呈現(xiàn)棒狀、層狀或球狀等多種形狀。第64頁,共134頁，星期六，2024年，5月膠束(micelle)第65頁,共134頁，星期六，2024年，5月膠束(micelle)第66頁,共134頁，星期六，2024年，5月第67頁,共134頁，星期六，2024年，5月膠束(micelle)第68頁,共134頁，星期六，2024年，5月第69頁,共134頁，星期六，2024年，5月膠束(micelle)第70頁,共134頁，星期六，2024年，5月第71頁,共134頁，星期六，2024年，5月臨界膠束濃度(criticalmicelleconcentration)臨界膠束濃度簡稱CMC

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纏繞，聚集在一起形成膠束，開始形成膠束的最低濃度稱為臨界膠束濃度。

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。第72頁,共134頁，星期六，2024年，5月臨界膠束濃度(criticalmicelleconcentration)第73頁,共134頁，星期六，2024年，5月臨界膠束濃度(criticalmicelleconcentration表面活性劑濃度變大C<CMC表活分子在溶液表面定向排列，表面張力迅速降低C＝CMC溶液表面定向排列已經(jīng)飽和，表面張力達(dá)到最小值。開始形成小膠束C>CMC溶液中表活分子的憎水基相互吸引，分子自發(fā)聚集，形成球狀、層狀膠束，將憎水基埋在膠束內(nèi)部第74頁,共134頁，星期六，2024年，5月單體二（三）聚體膠團(tuán)棒狀膠團(tuán)棒狀膠團(tuán)的六角團(tuán)H2O層狀膠團(tuán)1.0-3.5nmH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2O水柱的六角堆積H2O微乳狀液表面活性劑結(jié)晶油醇膠束的大小形狀隨溶液濃度變化而改變，一般從球形變?yōu)楸馇驙?、棒狀、六角棒狀直至層狀膠束（已屬于液晶相）。影響膠束聚集數(shù)的因素：表面活性劑的結(jié)構(gòu)、電解質(zhì)、有機(jī)添加劑、溫度等。第75頁,共134頁，星期六，2024年，5月膠束形成機(jī)理溶于水中的SA分子均被水包圍，疏水基與水分子之間排斥，親水基與水分子相互吸引；SA能否存在于水中，取決于斥力與引力的相對大小；引力大于斥力，則可以溶于水中，但是大多數(shù)情況下，SA都不能單靠親水基與水分子的吸引作用而溶于水中。斥力大于引力，則不能穩(wěn)定存在。第76頁,共134頁，星期六，2024年，5月SA分子向水表面運(yùn)動，親水基伸入水中，親油基伸出水面，這樣疏水基就不受水分子斥力作用，從而穩(wěn)定存在?！砻嫘纬蓡畏肿邮杷?，表面張力顯著降低要使SA穩(wěn)定存在，必然要減少斥力，盡量減少親油基與水的接觸面積，那么怎樣才能減少接觸面積呢？表面活性劑穩(wěn)定存在的方式之一第77頁,共134頁，星期六，2024年，5月當(dāng)水表面被SA分子所飽和后，為了減少疏水基與水分子的接觸面積，疏水基將相互接近并結(jié)合在一起——形成了親水性膠束。表面活性劑穩(wěn)定存在的方式之二隨著SA濃度增大，膠束逐漸增大，增多，疏水基完全被包在膠束內(nèi)部，與水不接觸，斥力降到最低。第78頁,共134頁，星期六，2024年，5月親水親油平衡(hydrophile-lipophilebalance)

表面活性劑都是兩親分子，由于親水和親油基團(tuán)的不同，很難用相同的單位來衡量，所以，格里菲（Griffin）提出了用一個相對的值即HLB（0～40）值來表示表面活性物質(zhì)的親水性。規(guī)定：石蠟無親水基，HLB=0親油性強(qiáng)的油酸HLB=1親水性強(qiáng)的油酸鈉LBL=18 聚乙二醇，全部是親水基，HLB=20。

十二烷基硫酸鈉的HLB=40第79頁,共134頁，星期六，2024年，5月第80頁,共134頁，星期六，2024年，5月親水親油平衡與用途的關(guān)系根據(jù)需要，可根據(jù)HLB值選擇合適的表面活性劑。例如：HLB值在3～6之間，可作油包水型的乳化劑；7～9之間作潤濕劑；8～13之間作為水包油型乳化劑。HLB值0346791315151820 ||———||——||——||——||

石蠟W/O乳化劑潤濕劑洗滌劑增溶劑| |——| 聚乙二醇

O/W乳化劑第81頁,共134頁，星期六，2024年，5月表面活性劑的HLB值范圍用途表面活性劑的HLB值范圍用途1~3消泡劑8~13O/W型乳化劑3~6W/O型乳化劑13~15洗滌劑7~9潤濕劑15~18增溶劑HLB是經(jīng)驗數(shù)據(jù)，不可能完全準(zhǔn)確，但它是一個重要的參考數(shù)據(jù)，具體應(yīng)用時，必須通過實驗來確定某種表面活性劑的用途。第82頁,共134頁，星期六，2024年，5月表面活性劑加入水中后的狀況HLB值加入水中后的狀況HLB值不分散1~4穩(wěn)定的乳狀液8~10分散不好3~6半透明或透明溶液10~13激烈振蕩后成乳狀液6~8透明溶液13以上親水親油平衡值計算

溶度法根據(jù)表面活性劑在水中的分散情況和外觀對HLB值做出初步估算第83頁,共134頁，星期六，2024年，5月HLB=Σ(親水基團(tuán)HLB)+Σ(親油基團(tuán)HLB)+7

結(jié)構(gòu)因子法

將表面活性劑分子看作是許多簡單基團(tuán)組成，每個小基團(tuán)對HLB都有貢獻(xiàn)，有其固有的HLB值。整個表面活性劑的HLB值可以看作是各個基團(tuán)的HLB值的代數(shù)和。CH3(CH2)10COOK第84頁,共134頁，星期六，2024年，5月一些常見基團(tuán)的HLB值----------親水性基團(tuán)親油性基團(tuán)第85頁,共134頁，星期六，2024年，5月HLB值=親水基質(zhì)量親水基質(zhì)量+憎水基質(zhì)量×100/5

質(zhì)量法對于聚氧乙烯類表面活性劑，其親水性與分子中所含氧乙烯基的數(shù)量成正比。其HLB值與親水基占整個表面活性劑分子的質(zhì)量成正比。親水基質(zhì)量：親水基中各元素的相對原子質(zhì)量之和十二烷基聚氧乙烯(7)醚：CH3(CH2)10CH2O(CH2CH2O)7H這類非離子型表面活性劑的HLB值介于0～20之間。第86頁,共134頁，星期六，2024年，5月

混合表面活性劑HLB計算法表面活性劑HLB值有加和性，取決于各個表面活性劑本身的HLB值和該表面活性劑在表面活性劑混合體中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。將40%的C8H17O(C2H4O)6H與60%的C12H25SO4Na的混合，求混合溶液的HLB值。已知:HLB(-SO4Na)=38.7,HLB(-CH3,-CH2)=-0.475第87頁,共134頁，星期六，2024年，5月3.增溶作用

非極性有機(jī)物如苯在水中溶解度很小，加入油酸鈉等表面活性劑后，苯在水中的溶解度大大增加，這稱為增溶作用。增溶作用：表面活性劑在水溶液中達(dá)到CMC值后，一些水不溶性或微溶性物質(zhì)在膠束溶液中的溶解度可顯著增加，形成透明膠體溶液，這種作用稱為增溶(solubilization)。第88頁,共134頁，星期六，2024年，5月增溶作用與普通的溶解概念是不同的，增溶的苯不是均勻分散在水中，而是分散在表面活性劑分子形成的膠束中。增溶作用的方式:1聚氧乙烯型SA親水基部分的分子鏈較長，在水中呈卷曲狀態(tài)，有機(jī)物可以被包裹在其中,被增溶物被束縛在膠束外表面的聚氧乙烯分子鏈上，被增溶物被聚氧乙烯鏈纏繞。如苯，苯酚第89頁,共134頁，星期六，2024年，5月2離子型表面活性劑（a）被增溶物進(jìn)入膠束內(nèi)部，膠束內(nèi)部可認(rèn)為是單純的烴類化合物，根據(jù)相似相容原理，簡單的一些非極性烴類物質(zhì)可以溶于其中，如苯，乙苯，正庚烷。（b）對于一些極性有機(jī)物可以在膠束中與表面活性劑分子相間并列分布。（c）被增溶物被吸附于膠束表面第90頁,共134頁，星期六，2024年，5月經(jīng)X射線衍射證實，增溶后各種膠束都有不同程度的增大，而整個溶液的的依數(shù)性變化不大。

溶液的依數(shù)性：稀溶液中溶劑的蒸氣壓下降、凝固點降低、沸點升高和滲透壓、電導(dǎo)率等數(shù)值只與溶液中溶質(zhì)的量有關(guān)，與溶質(zhì)的本性無關(guān)，稀溶液的依數(shù)性。

第91頁,共134頁，星期六，2024年，5月表面活性劑效率使水的表面張力明顯降低需要的表面活性劑的濃度。顯然，所需濃度愈低，表面活性劑的性能愈好。表面活性劑有效值表面活性劑降低水的表面張力的最小值

。能把水的表面張力降得愈低，該表面活性劑愈有效。

表面活性劑的效率與有效值在數(shù)值上常常是相反的。例如，當(dāng)憎水基團(tuán)的鏈長增加時，效率提高而有效值降低。3.4表面活性劑效率和有效值第92頁,共134頁，星期六，2024年，5月C20

：降低溶液表面張力20mN·m-1

時所需的表面活性劑濃度,該值愈小表明表面活性劑在界面的吸附能力愈強(qiáng)。雜質(zhì)的原因20mN/m第93頁,共134頁，星期六，2024年，5月3.5.1

潤濕作用——液－固界面3.5表面活性劑的重要作用

濕潤過程簡單說是液體附著在固體上的現(xiàn)象,根據(jù)濕潤過程中液體在固體表面的行為特征，可將濕潤過程分為三類：沾濕，浸濕與鋪展從能量角度分析，表面張力實際上指單位界面的過剩自由能。第94頁,共134頁，星期六，2024年，5月O點有三種界面張力相互作用：①固體表面張力

sg：傾向于使液滴鋪展開來；②液固界面張力

sl

：傾向于使液滴收縮③液體表面張力

lg

：粘附潤濕時是使液滴收縮，不潤濕時則使液滴鋪開第95頁,共134頁，星期六，2024年，5月沾濕（固—液）液體與固體相互接觸，原來的氣—固和氣—液界面消失，形成液-固界面的過程。第96頁,共134頁，星期六，2024年，5月沾濕發(fā)生的條件Wa叫做粘附功，是液體在固體表面發(fā)生粘附的過程中體系對外界所能做的最大功;Wa是固液兩相界面結(jié)合能及兩相分子間相互作用力大小的表征;

Wa值越大，固液界面結(jié)合越牢。

第97頁,共134頁，星期六，2024年，5月沾濕（同種液—液）Wc的大小反映了液體自身間結(jié)合的牢固程度，是液體分子間相互作用力大小的表征，叫做內(nèi)聚功或自粘功。第98頁,共134頁，星期六，2024年，5月浸濕固體浸入到液體之中的過程叫做浸濕，是固氣界面為固液界面所替代的過程，而液體表面在整個過程中并無變化。第99頁,共134頁，星期六，2024年，5月浸濕發(fā)生的條件Wi叫做浸潤功。浸潤功的大小反映了液體在固體表面上取代氣體的能力。第100頁,共134頁，星期六，2024年，5月鋪展液體在固體表面展開的過程叫做鋪展，在鋪展過程中，一方面固氣界面為固液界面所替代，同時也擴(kuò)大了液氣界面第101頁,共134頁，星期六，2024年，5月鋪展發(fā)生的條件當(dāng)鋪展的面積為單位面積時，體系自由能的變化為:

S鋪展系數(shù)。在恒溫恒壓條件下，當(dāng)S>0時，鋪展過程是一個自由能降低的過程，鋪展可自發(fā)進(jìn)行，液體可以在固體表面上自動展開，液體會逐漸連續(xù)地從固體表面取代氣體。只要液體的量足夠多，液體將會自發(fā)地鋪展在整個固體表面上。

第102頁,共134頁，星期六，2024年，5月潤濕是一種界面現(xiàn)象，潤濕過程中界面的性質(zhì)和體系的能量會發(fā)生變化。潤濕發(fā)生的條件為：沾濕浸濕鋪展第103頁,共134頁，星期六，2024年，5月如果S>0，則一定是Wa>0，Wi>0，也就是說，鋪展的標(biāo)準(zhǔn)是濕潤的最高標(biāo)準(zhǔn)。能鋪展則必能沾濕和浸濕。反之則不然，所以將鋪展系數(shù)作為體系潤濕性的指標(biāo)。

沾濕浸濕鋪展第104頁,共134頁，星期六，2024年，5月從Wa，Wi和S的定義可以看出：固氣，固液和氣液對潤濕過程的影響為：

sg越大，Wa，Wi和S就越大，就越有利于沾濕、浸濕和鋪展等潤濕過程。

sl越小，Wa，Wi和S就越大，就越有利于沾濕、浸濕和鋪展等潤濕過程。

lg

對三種潤濕過程的影響不相同。

lg越大，越有利于沾濕。

lg越小，越有利于鋪展。浸濕過程與它無關(guān)。沾濕浸濕鋪展第105頁,共134頁，星期六，2024年，5月

接觸角與濕潤過程在氣、液、固三相交界點，氣-液與氣-固界面張力之間的夾角稱為接觸角，通常用q表示。第106頁,共134頁，星期六，2024年，5月●當(dāng)Wa，Wi和S大于零過程自發(fā)進(jìn)行，因液體的表面張力

lg＞0，

★θ＜1800，沾濕過程即可進(jìn)行。

沾濕過程是任何液體和固體之間都能進(jìn)行的過程。

★θ＜900

浸濕過程即可進(jìn)行

★若θ=00或不存在，鋪展過程即可進(jìn)行沾濕：Wa=

ls+lg-sg=lg(cosθ+1)浸潤：Wi=ls-sg=lgcosθ鋪展：S=ls+lg-sg=lg(cosθ-1)第107頁,共134頁，星期六，2024年，5月習(xí)慣上人們更常用接觸角來判斷液體對固體的潤濕

θ＜90o

潤濕；θ＞90o不潤濕；θ=00或不存在完全潤濕；θ=180o完全不潤濕。第108頁,共134頁，星期六，2024年，5月(1)提高液體的潤濕能力（在水中加入表面活性劑降低表面張力，使水在固體發(fā)生鋪展）---潤濕劑(2)改變固體表面的潤濕性質(zhì)（極性基團(tuán)吸附在固體表面，非極性基團(tuán)朝向氣體形成定向排列吸附層，反潤濕作用）----防水劑

表面活性劑的濕潤功能

第109頁,共134頁，星期六，2024年，5月農(nóng)業(yè)：要農(nóng)藥潤濕帶蠟的植物表面，要在農(nóng)藥中加表面活性劑；材料工業(yè)：如果要制造防水材料，就要在表面涂憎水的表面活性劑，使接觸角大于90°；

潤濕現(xiàn)象的應(yīng)用

鋼鐵工業(yè)：在熔煉中要求鋼水與爐渣不潤濕，否則彼此不易分離冶金工業(yè)：澆鑄工藝中熔融金屬和模具間的潤濕程度直接關(guān)系到澆鑄的質(zhì)量能源：熱電廠滴狀冷凝；三次采油第110頁,共134頁，星期六，2024年，5月3.5.2起泡作用

“泡”就是由液體薄膜包圍著氣體。即：氣體分散在液體中的一種分散體系。氣體是分散相，流體是分散介質(zhì)。表面活性劑和水可以形成一定強(qiáng)度的薄膜，包圍著空氣而形成泡沫，這種表面活性劑稱為起泡劑（foamingagent）。

起泡劑的定義第111頁,共134頁，星期六，2024年，5月起泡劑分子在氣泡表面定向排列以后，當(dāng)兩個氣泡接觸碰撞時，中間墊著兩層起泡劑分子及它們極性基的水化層，因此氣泡較難兼并，小氣泡容易保存下來，同時小氣泡比大氣泡更能經(jīng)受外力的振動，其穩(wěn)定性更強(qiáng)。

起泡劑的作用原理第112頁,共134頁，星期六，2024年，5月起泡劑分子以一定的取向吸附于氣—液界面上，非極性基朝向空氣，亦即指向氣泡內(nèi)部。極性基朝向水，并吸引著水分子（極性端被水化）。所以起泡劑分子能夠降低泡壁間水層流動速度及蒸發(fā)速度，這樣就防止了泡壁的破裂。第113頁,共134頁，星期六，2024年，5月起泡劑使氣泡表面具有彈性，如同具有彈性的橡皮薄膜一樣。起泡劑分子的定向排列降低了表面張力，氣泡受到外力作用變形時，泡壁界面也增大，就引起氣泡表面層起泡劑分子濃度降低，而氣液界面的表面張力則顯著增大，這種表面張力的增大一方面有利于約束氣泡內(nèi)氣體分子向外沖出，另一方面使氣泡產(chǎn)生較大的收縮力，克服了使氣泡發(fā)生破裂的外力。第114頁,共134頁，星期六，2024年，5月起泡能力和泡沫穩(wěn)定性是兩個概念。有些表面活性劑的起泡能力較好，但生成的泡沫的穩(wěn)定性不一定好，此時可加入穩(wěn)泡劑來改善泡沫的穩(wěn)定性。起泡劑主要是各種表面活性劑，如十二烷基硫酸鈉、十二烷基磺酸鈉和十二胺的鹽酸鹽等。而蛋白質(zhì)、明膠、炭末和礦粉對泡沫也有良好的穩(wěn)定作用。

穩(wěn)泡劑及泡沫穩(wěn)定性起泡劑通常有較強(qiáng)的親水性和較高的HLB值，在溶液中可降低溶液的界面張力而使泡沫穩(wěn)定。第115頁,共134頁，星期六，2024年，5月在產(chǎn)生穩(wěn)定的泡沫情況下，加入一些HLB值為1~3的親油性較強(qiáng)的表面活性劑，則可與泡沫液層爭奪液膜表面而吸附在泡沫表面上，代替原來的起泡劑，而其本身并不能形成穩(wěn)定的液膜，故使泡沫破壞，這種用來消除泡沫的表面活性劑稱為消泡劑少量的辛醇、戊醇、醚類、硅酮等也可起到消泡作用。也有時要使用消泡劑

（antifoamingagent），在制糖、制中藥過程中泡沫太多，要加入適當(dāng)?shù)谋砻婊钚詣┙档捅∧?qiáng)度，消除氣泡，防止事故。

消泡劑第116頁,共134頁，星期六，2024年，5月用于浮游選礦、泡沫滅火和洗滌去污等。

發(fā)泡、消泡劑的應(yīng)用第117頁,共134頁，星期六，2024年，5月浮游選礦首先將粗礦磨碎，傾入浮選池中。在池水中加入捕集劑和起泡劑等表面活性劑。攪拌并從池底鼓氣，帶有有效礦粉的氣泡聚集表面，收集并滅泡濃縮，從而達(dá)到了富集的目的。不含礦石的泥砂、巖石留在池底，定時清除。 捕集劑是將親水的礦物表面變?yōu)槭杷谋砻?，以利于礦物易粘附于氣泡上的藥劑。起泡劑是為使有用礦物有效地富集在空氣與水的界面上，加入起泡劑造成大量的界面，產(chǎn)生大量的泡沫。第118頁,共134頁，星期六，2024年，5月浮游選礦的原理圖選擇合適的捕集劑，使它的親水基團(tuán)只吸在礦砂的表面，憎水基朝向水。當(dāng)?shù)V砂表面有5%被捕集劑覆蓋時，就使表面產(chǎn)生憎水性，它會附在氣泡上一起升到液面，便于收集。第119頁,共134頁，星期六，2024年，5月浮游選礦的過程第120頁,共134頁，星期六，2024年，5月4.乳化作用一種或幾種液體以大于10-7m直徑的液珠分散在另一不相混溶的液體之中形成的粗分散體系稱為乳狀液。1.水包油乳狀液，用O/W表示。內(nèi)相為油，外相為水，這種乳狀液能用水稀釋，如牛奶等。2.油包水乳狀液，用W/O表示。內(nèi)相為水，外相為油，如油井中噴出的原油。

簡單的乳狀液通常分為兩大類。習(xí)慣上將不溶于水的有機(jī)