表面活性劑優(yōu)秀課件

表面活性劑,1、定義將少量物質(zhì)加到溶劑(溶液)中即可顯著降低溶劑(溶液)的表(界)面張力，使體系的表(界)面狀態(tài)發(fā)生明顯變化。2、分類2.1按表面活性劑在水中的電離情況分類（A）陰離子型表面活性劑（B）陽離子型表面活性劑（C）非離子型表面活性劑（D）兩性類表面活性劑使用：一般陰離子型、陽離子型表面活性劑不可同時(shí)混用,1,表1-表面活性劑的主要親水親油基團(tuán),2,表-2表面活性劑按親水基種類分類,3,4,2.2高分子表面活性劑：通常將分子量在數(shù)千以上且具有表面活性的物質(zhì)稱為高分子表面活性劑2.3特種表面活性劑(A)有機(jī)氟表面活性劑:疏水基為全氟代的烷基(B)有機(jī)硅表面活性劑:疏水基為聚二甲基硅氧鏈(C)高分子表面活性劑:天然(果膠酸鈉,羧基淀粉,羧甲基纖維素CMC),合成(PVA,聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物)(D)有機(jī)硼表面活性劑,5,2.4生物表面活性劑:利用微生物在一定條件下,將某些物質(zhì)轉(zhuǎn)化為具表面活性劑特性的代謝物.如:海藻糖脂,磷脂類,鼠李糖,蛋白脂-多糖聚合物3、特征、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)3.1特征兩親性：親水親油性溶解性：溶于液相中的某一相,6,界面吸附：達(dá)到平衡時(shí)，其在界面上的濃度要大于其作為溶質(zhì)在溶液整體中的濃度界面定向：在界面上定向排列成分子層形成膠束：當(dāng)其在溶劑中的濃度達(dá)到一定時(shí)，會聚集形成膠束，此濃度的極限值稱為臨界膠束濃度CMC（CriticalMicelleConcentration）多功能性：其溶液通常具有多種復(fù)合的功能，如清洗，發(fā)泡，潤濕，乳化，增溶，分散等,7,3.2結(jié)構(gòu)及性質(zhì)不對稱結(jié)構(gòu)：親水親油基團(tuán)一般分處兩端，使其一部分可溶于水而另一部分易自水中逃逸。疏水基團(tuán)：脫離水包圍的趨勢，自身互相靠近并聚集，致使其在水溶液表面上吸附，并在溶液內(nèi)部形成膠束。表面張力與lgC：作圖可確定CMC,8,9,4、相關(guān)物性4.1表面張力：單位面積的表面自由能。水中加入表面活性劑后，表面張力迅速下降，開始時(shí)表面張力隨其濃度增加而急劇下降，以后則大體保持平衡。4.2膠束：表面活性劑在超過一定濃度范圍后急速聚集，形成了所謂的膠束分子或離子集合體。4.3顯效點(diǎn)（KrafftPoint）:離子型表面活性劑在水中的溶解度在低溫時(shí)只隨溫度的升高緩慢增加,溫度升至某一值后,溶解度迅速增大,此點(diǎn)為-。該點(diǎn)的濃度為該溫度下的CMC。4.4濁點(diǎn)（CloudPoint）:緩慢加熱非離子表面活性劑的透明水溶液，當(dāng)表面活性劑開始析出，溶液呈現(xiàn)渾濁時(shí)的溫度。故非離子表面活性劑在濁點(diǎn)以上不溶于水，而在濁點(diǎn)以下溶于水。,10,4.5親水親油平衡值HLB（HYDROPHILIC-LIPOPHILICBALANCE）值表面活性劑的親水親油部分有適當(dāng)?shù)钠胶獗壤砻婊钚詣┰诮缑嫔闲纬上喈?dāng)結(jié)實(shí)的吸附膜與其親水親油部分的大小比例有關(guān)。若將HLB作為結(jié)構(gòu)因子的總和來處理，把表面活性劑結(jié)構(gòu)分解成一些基團(tuán)，每一基團(tuán)對HLB值均有確定的貢獻(xiàn)：HLB=7+（親水的基團(tuán)數(shù)）-（親油的基團(tuán)數(shù)）其中親水的基團(tuán)數(shù)，親油的基團(tuán)數(shù)可查相關(guān)手冊對只有-（C2H4O）n-為親水基的非離子表面活性劑HLB=E/5（E為表面活性劑中C2H4O質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）陰陽離子型表面活性劑的HLB在140之間非離子型表面活性劑的HLB在10之間,11,5、表面活性劑的應(yīng)用5.1潤濕：固體表面和液體表面接觸時(shí)，原來的固-氣界面消失，形成新的固-液界面。5.2滲透作用：借助表面活性劑向物體內(nèi)部進(jìn)行滲透。5.3乳化作用：互不相溶的兩種液體以微小粒子分散于另一種液體中的現(xiàn)象叫乳化。表面活性劑向油水界面吸附，疏水基一端溶入油中，親水基一端留在水中，定向排列成一層保護(hù)層，降低了油水兩相界面上的界面張力，降低了油在水中分散所需要的功，達(dá)到油與水乳化的目的。,12,5.4增溶：也叫加溶，表面活性劑能使某些難溶或不溶于水的有機(jī)物在水中的溶解度顯著提高。此現(xiàn)象是當(dāng)處于或高于CMC濃度時(shí)才明顯表現(xiàn)出來。此時(shí)，膠束內(nèi)部與液狀烴近似，為熱力學(xué)穩(wěn)定的各向同性溶液。不同于溶解作用,因?yàn)楸辉鋈艿挠袡C(jī)物是進(jìn)入表面活性劑的膠團(tuán)中增加溶解的;也不同于乳化作用,因?yàn)槿榛纬傻娜榛w是外觀一般不透明、熱力學(xué)不穩(wěn)定體系;而增溶形成的是透明、熱力學(xué)穩(wěn)定、各向同性的溶液。,13,苯乳狀液的穩(wěn)定性顯著低于苯增溶體系的原因在于：乳化的苯蒸汽壓與純苯相同；而增溶的苯蒸汽顯著低于純苯；由化學(xué)勢=+RTlnP，乳狀液的化學(xué)勢大于增溶溶液的化學(xué)勢。5.5分散作用：使固體微粒均勻分散在另一液體內(nèi)部。5.6起泡作用：表面活性劑分子的親水基向著內(nèi)部，疏水基向著外部（空氣）排列，最后形成雙分子膜結(jié)構(gòu)。5.7洗滌作用：表面活性劑降低表面張力而產(chǎn)生的潤濕，滲透，乳化，分散，增溶等多種作用的綜合結(jié)果。,14,5.8浮選至少涉及氣、液、固三相。首先是采用能大量起泡的表面起泡劑。當(dāng)在水中通人空氣或由于水的攪動引起空氣進(jìn)入水中時(shí)，表面活性劑的憎水端在氣液界面向氣泡的空氣一方定向，親水端仍在溶液內(nèi)，形成了氣泡。另一種起捕集作用的表面活性劑（一般都是陽離子表面活性劑，也包括脂肪胺），吸附在固體礦粉的表面。這種吸附隨礦物性質(zhì)的不同而有一定的選擇性。其基本原理是利用晶體表面的晶格缺陷。而向外的憎水端部分地插入氣泡內(nèi)。這樣在浮選過程中氣泡就可把指定的礦粉帶走，達(dá)到選礦的目的。,15,16,6、表面活性劑派生的性質(zhì)及應(yīng)用6.1纖維的柔軟整理劑:表面活性劑的親水基被纖維表面吸附,疏水基背離纖維表面朝向空氣,使纖維表面間的摩擦力降低,因而使人感到纖維柔軟潤滑.作為潤滑柔軟劑的表面活性劑疏水基具有較長的鏈烴結(jié)構(gòu).6.2抗靜電整理劑:疏水基-增加纖維織物的潤滑,降低纖維的摩擦系數(shù),使靜電不容易產(chǎn)生;親水基-吸收水分,使產(chǎn)生的靜電容易傳遞到大氣中去,避免靜電.6.3殺菌劑:陽離子表面活性劑具有較強(qiáng)的殺菌抑菌性,尤其是含有芐基時(shí).,17,6.4勻染劑:使染料在纖維織物上均勻上色或延緩上色,并能使染料從纖維的重色區(qū)域轉(zhuǎn)移至淺色區(qū)域的功能.（A）親纖維勻染劑（B）親染料勻染劑6.5防水整理劑:纖維織物或紙張表面常帶有負(fù)電,一些陽離子表面活性劑由于電荷的相互作用,能吸附在纖維表面上,表面活性劑的疏水基朝外,在纖維表面上形成連續(xù)的防水膜,從而產(chǎn)生防水性.（A）分類：不透氣型，透氣型（B）方法：吸附法，化學(xué)結(jié)合法,18,以十二烷烴為原料通過簡單化學(xué)反應(yīng)生成各種表面活性劑,7、各種表面活性劑的合成概述,19,7.1陰離子表面活性劑羧酸鹽,硫酸(酯)鹽,磺酸鹽,磷酸(酯)鹽(硫酸酯鹽,磺酸鹽為目前陰離子表面活性劑的主要類別)7.1.1羧酸鹽型陰離子表面活性劑通式:RCOO-Na+(K+,NH4+)硬脂酸鈉(十八酸鈉)C17H35COONa:皂類洗滌劑制備方法(1)油脂水解皂化法(2)硬脂酸直接中和法7.1.2磺酸鹽型陰離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉LAS:C12H25-C6H4-SO3Na高效去污、潤濕、起泡、乳化及分散能力，穩(wěn)定性好制備方法:三氧化硫磺化法,20,以烯烴為原料制備烷基苯磺酸鹽：,以烷基苯為原料制備烷基苯磺酸鹽：,21,琥珀酸磺酸鹽(丁二酸酯磺酸鹽)乳化,潤濕及滲透能力強(qiáng)AESM或AESS:脂肪醇聚環(huán)氧乙烷醚琥珀酸單酯磺酸鈉典型產(chǎn)品為:月桂醇聚環(huán)氧乙烷AEO-3醚琥珀酸單酯磺酸鈉C12H25O(CH2CH2O)3OCCH2CH(SO3Na)COONa,AESM的合成:酯化和磺化,22,二(2-乙基己基)琥珀酸酯磺酸鈉(快速滲透劑OT),制備:酯化和磺化,23,仲烷烴磺酸鹽-SAS,-烯烴磺酸鹽-AOS,含量42%,+,內(nèi)酯含量50%,第一步：,第二步：,24,7.1.3硫酸酯鹽型陰離子表面活性劑月桂醇聚環(huán)氧乙烷酸鈉(十二醇聚環(huán)氧乙烷醚硫酸鈉)AES:C12H25O(CH2CH2O)3OSO3Na潤濕,乳化,增溶,去污,鈣皂分散性較好制備:三氧化硫法,氯磺酸法,氨基磺化法,67%,33%,AOS是兩種化合物的混合物，兩種化合物在性能上有互補(bǔ)性。,25,26,7.1.4磷酸酯鹽型陰離子表面活性劑AEPS:十二烷基聚環(huán)氧乙烷醚磷酸酯鈉鹽(月桂醇聚環(huán)氧乙烷醚磷酸鈉)包括:單烷基醚磷酸酯鈉鹽:乳化,洗滌,起泡,抗靜電性好;,雙烷基醚磷酸酯鈉鹽:平滑,集束性好,水溶性,起泡性,洗滌性相對較差;,27,制備(1)五氧化二磷法,(2)三氯氧磷法,28,7.1.5陰離子表面活性劑的生物降解性(1)表面活性劑在環(huán)境因素作用下結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,從對環(huán)境有害的分子轉(zhuǎn)化成對環(huán)境無害的小分子.(2)LAS(十二烷基苯磺酸鈉),AS(烷基磺酸鈉),AES(十二醇聚環(huán)氧乙烷醚硫酸鈉),AOS(-烯基磺酸鹽)中,AS最易生物降解.降解速度隨磺酸基和烷基鏈末端距間的距離增大而增大,烷基鏈長在C6-C12間最易降解.當(dāng)陰離子表面活性劑的烷基鏈帶有支鏈,且長度愈接近主鏈愈難降解.,29,7.2陽離子表面活性劑含氮陽離子型表面活性劑主要分為胺鹽及季銨鹽胺鹽:為弱堿性；對pH較為敏感;酸性條件下形成可溶于水的胺鹽;堿性條件下游離出胺(常指伯,仲,叔胺的鹽)季銨鹽:為強(qiáng)堿；酸性或堿性溶液中均能溶解,并解離為正電荷的脂肪鏈陽離子。廣泛用作紡織品的防水劑，柔軟劑，抗靜電劑，染料固色劑,30,7.2.1脂肪胺鹽-制備,7.2.2乙醇胺鹽-制備,7.2.3聚乙烯多胺鹽-制備,31,7.2.4季銨鹽胺鹽遇堿會生成不溶于水的胺，季銨鹽與堿作用能生成一個(gè)溶于水的季銨堿與季銨鹽的混合物。具有一個(gè)長鏈烷基的季銨鹽在水中的溶解度與長鏈烷基的碳鏈長度有關(guān)，C8-C14易溶于水，C16-C18難溶于水。常規(guī)季銨鹽（1）制備:叔胺與烷基化劑反應(yīng),32,（2）季銨化反應(yīng)的影響因素胺類堿性增大，親核性增大，易于季銨化反應(yīng)吡啶堿性(PKb=8.8)小于三乙醇胺(PKb=3.24),故吡啶的烷基化速度要比三乙醇胺慢100倍當(dāng)吡啶的2,3,4位上連有烷基時(shí),堿性增大,但由于2位的空間位阻增大,反應(yīng)性下降,33,空間效應(yīng)增大，不易于季銨化反應(yīng)單烷基隨鏈長(C6-C16)增加,影響不大;雙烷基隨鏈長(C6-C16)增加,有一定影響;三烷基隨鏈長(C6-C16)增加,影響較大烷基化劑中鹵素鍵能增大，反應(yīng)性下降烷基化速度：IBrClF烷基化劑中烷基的影響：CH3-CH3CH2-（CH3）2CH-（CH3）3C-極性溶劑促進(jìn)季銨化，非極性溶劑對反應(yīng)影響較小。,34,7.2.5雜環(huán)類陽離子表面活性劑咪唑啉型,嗎啉型,35,7.3兩性表面活性劑同一分子中既含有陰離子親水基又含有陽離子親水基7.3.1甜菜堿型兩性表面活性劑羧酸型甜菜堿季銨鹽型陽離子和羧酸型陰離子組成(1)N-烷基取代的羧酸型甜菜堿-制備,36,(2)N-酰氨基取代的羧酸型甜菜堿-制備,(3)N-長碳鏈基硫代羧酸型甜菜堿-制備,37,硫酸酯甜菜堿-制備,磺酸甜菜堿-制備,38,7.3.2氨基羧酸型兩性表面活性劑羧酸型-氨基丙酸型-制備,N-烷基甘氨酸型-制備,氨基磺酸型-制備,39,7.3.3咪唑啉型兩性表面活性劑羧酸型咪唑啉-制備,咪唑啉硫酸酯-制備,40,7.4非離子表面活性劑7.4.1性質(zhì)與分類在水溶液中不電離,也不易受pH的影響,不易受強(qiáng)電解質(zhì)無機(jī)鹽的影響,與其他類型表面活性劑相溶性好主要包括聚氧乙烯型和多元醇脂肪酸酯型7.4.2聚氧乙烯型非離子表面活性劑隨烷基鏈增長,疏水性增大;聚氧乙烯單元數(shù)增大,水溶性增大。溶于水時(shí),水分子以氫鍵與聚氧乙烯醚的氧原子連結(jié),水分子中的氫原子連到醚鍵氧原子的”自由電子對”上,溶解是通過與1:(4-6)個(gè)水分子水合而完成的.醚的氧原子只有在聚氧乙烯鏈呈”之”字排列時(shí),才可能結(jié)合4-6個(gè)水分子。,41,脂肪醇聚氧乙烯型非離子表面活性劑的制備,聚氧乙烯烷基酚型非離子表面活性劑,伯醇:,醚,通式：,制備：,42,聚氧乙烯脂肪酸酯型非離子表面活性劑的制備(1)脂肪酸與環(huán)氧乙烷酯化,43,(2)脂肪酸與聚乙二醇酯化,7.4.3脂肪酸多元醇酯型非離子表面活性劑山梨糖醇酐脂肪酸酯(Span):一般為混合物,44,Span60的制備：,45,聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯(Tween)：由Span分子中殘余的羥基與氧化乙烯縮合而成。,烷基糖苷(APG-Alkylpolyglucoside)APG（葡萄糖和脂肪醇合成的烷基糖苷）的親水性來自糖上的多個(gè)羧基與水形成的氫鍵