表面活性劑綜述

1、文獻(xiàn)綜述：表面活性劑實(shí)驗(yàn) 1201 Schen刖言簡介：表面活性劑（surfactant）:是指加入少量能使其溶液體系的界面狀態(tài)發(fā)生明顯變化的物質(zhì)。具有固定的親水親油基團(tuán)，在溶液的表面能定向排列。表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)具有兩親性：一端為親水基團(tuán)，另一端為憎水基團(tuán)；親水基團(tuán)常為極性基團(tuán)，如羧酸、磺酸、 硫酸、氨基或胺基及其鹽，羥基、酰胺基、醚鍵等也可作為極性親水基團(tuán)；而憎水基團(tuán)常為 非極性烴鏈，如8個(gè)碳原子以上烴鏈。表面活性劑分為離子型表面活性劑（包括陽離子表 面活性劑與陰離子表面活性劑）、非離子型表面活性劑、 兩性表面活性劑、 復(fù)配表面活性劑、 其他表面活性劑等。原理：通過分子中不同部分分別對于

2、兩相的親和，使兩相均將其看作本相的成分，分子排列在兩相之間，使兩相的表面相當(dāng)于轉(zhuǎn)入分子內(nèi)部。從而降低表面張力。 由于兩相都將其看作本相的一個(gè)組分， 就相當(dāng)于兩個(gè)相與表面活性劑分子都沒有形成界面，就相當(dāng)于通過這種方式部分的消滅了兩個(gè)相的界面，就降低了表面張力和表面自由能。臨界膠束濃度（CMC ）:表面活性劑分子締合形成膠束的最低濃度。當(dāng)其濃度高于 CMC值時(shí)，表面活性劑的排列成球狀、棒狀、束狀、層狀/板狀等結(jié)構(gòu)?！咀ⅰ浚和ㄟ^對表面活性劑學(xué)習(xí)和了解，本文就其部分性能和應(yīng)用進(jìn)行了如下簡單綜述。一：表面活性劑的膠束及其應(yīng)用:1.1 膠束：是指在水溶液中表面活性劑的分子或離子的濃度超過cmc時(shí)締合形成的

3、親水基向外、疏水基向內(nèi)的聚集體！表面活性劑隨其水溶液的濃度變化形成膠束的過程如圖-1所示預(yù)膠束HAW-膠/川 HHI 川 HHIIHIabc圖1表而活性劑的膠束化過程1打咅 1 Formation of surfactant inieellra1.2 膠束的基本結(jié)構(gòu)：包括內(nèi)核和外層 2部分。對于離子型表面活性劑的膠束，內(nèi)核 由彼此靠近的疏水基構(gòu)成，外層包括由表面活性劑離子#反離子及水化水組成的固定層以及由反離子在溶劑中擴(kuò)散分布形成的擴(kuò)散層，如圖2a所示。非離子型表面活性劑的膠束無電荷，水化層較厚，如圖2b所示。內(nèi)核是表面活性劑膠束溶液的非極性區(qū)域?！?疏水內(nèi)核、-一扱性甚層 于尊（反粒F固定層

4、）a離子型膠束b非離子型膠束圖2表而活性劑膠束辰本結(jié)構(gòu)示意圖Fili. 2 Sirurluif- of surlailaiil nik ellrs通常，表面活性劑在 cmc附近形成的膠束多為球形。溶液濃度達(dá)到cmc的10倍附近或更高時(shí)，膠束可變?yōu)闄E球、扁球形或棒狀，甚至形成層狀膠束！膠束的形狀取決于表面活性劑分子的幾何形狀，特別是親水基和疏水基橫截面積的相對大小。為表征表面活性劑分子的幾何特性，Israelachvili等在1976年定義了臨界排列參數(shù) P:式中v是表面活性劑分子疏水基體積;l是疏水鏈長度;a是親水基緊密排列的單層中的平均占有面積。根據(jù)P的大小，可以大致判斷膠束的形狀。當(dāng)PW

5、0.33時(shí)，易于形成球形或橢球形膠束；0.33P1.0的表面活性劑分子易形成反膠束。1.3膠束的增溶作用表面活性劑在水中形成膠束后，膠束內(nèi)部為非極性或極性較小的區(qū)域，這使得原本不溶或微溶于水的有機(jī)化合物的溶解度顯著增大，這種作用稱為增溶作用或加溶作用。表面活性劑由于其雙親結(jié)構(gòu)，在水中自發(fā)形成親水基向外、疏水基向內(nèi)的膠束結(jié)構(gòu)！膠束提供了從非極性到極性全過渡的微環(huán)境，對各類物質(zhì)均有不同程度的增溶作用，為其應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。:表面活性劑的反膠束及其應(yīng)用:2.1 反膠束：表面活性劑是既含有親水基又含有親油基 （或疏水基）的兩親分子。在水中， 當(dāng)表面活性劑的濃度超過臨界膠束濃度 cmc時(shí)，親水基朝外疏水基

6、向內(nèi)靠近形成膠束。 類 似地，在極性較小的非水溶劑中，表面活性劑分子隨著濃度增加會(huì)自發(fā)形成親水基向里 ”疏 水基朝向溶劑的聚集體，這種聚集體的構(gòu)型與水中的膠束剛好相反，因此被稱為反膠束。非水溶劑中，表面活性劑反膠束的內(nèi)核溶入水后形成“水池”其形成的動(dòng)力不是熵效應(yīng)，而是水和親水基彼此結(jié)合或者形成氫鍵的結(jié)合能。在水中形成的非極性內(nèi)核可以溶解各種油污，達(dá)到去污的效果。與水中形成的膠束相反， 反膠束的極性內(nèi)核可以溶解某些極性小 分子，而且還可以溶解一些原來不能溶解的大分子物質(zhì)。2.2 結(jié)構(gòu)：反膠束的獨(dú)特結(jié)構(gòu)提供了非極性溶劑中的極性微水環(huán)境，反膠束內(nèi)“水池”的 存在使得反膠束具有溶解親水性極性物質(zhì)的能力

7、，如蛋白質(zhì)”核酸氨基酸無機(jī)金屬鹽等。基于此，反膠束可以用于萃取極性物質(zhì)，也可以為酶促反應(yīng)提供場所，為納米材料提供制備環(huán)境。在極性較小的有機(jī)溶劑中，表面活性劑自發(fā)形成與水溶液中相反構(gòu)型的聚集體反膠束，其親水基朝內(nèi)”疏水基朝向非極性溶劑， 內(nèi)核可以溶解水形成“水池”。表面活性劑對“水 池”有一定的屏蔽作用。這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)為反膠束的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。三：表面活性劑的囊泡及其應(yīng)用3.1 囊泡：表面活性劑分子具有結(jié)構(gòu)上的不對稱性，同時(shí)具有親水基和疏水基，即具有兩親性，在水和非極性溶劑中均有一定的溶解度。在水中，表面活性劑分子在疏水作用的驅(qū)動(dòng)下自發(fā)形成疏水基朝內(nèi)、親水基朝外的有序結(jié)構(gòu)，其中一種是雙分子層

8、結(jié)構(gòu)，雙層結(jié)構(gòu)封閉起來即形成囊泡（vesicle）。囊泡是由封閉雙分子層形成的球形或近球形結(jié)構(gòu)，內(nèi)部含有一個(gè)或多個(gè)水室如圖-3所示，只含有一個(gè)水室的囊泡是單室囊泡；多室囊泡則是封閉雙分子層形成同心球式的排列，中心及各個(gè)雙層中間均為水室。單室鑒泡b第室翼泡圖-3囊泡的結(jié)構(gòu)示意圖3.2 形成條件：不是所有的表面活性劑都可以形成囊泡，能否形成囊泡取決于其分子結(jié) 構(gòu)。囊泡是由曲率較小的雙層結(jié)構(gòu)形成，曲率則由分子結(jié)構(gòu)來決定。根據(jù)表面活性劑分子的幾何排列參數(shù)P（ P=V/al）,可以估計(jì)是否容易形成囊泡。一般認(rèn)為，P=1/21內(nèi)、接近1時(shí)容易形成囊泡。一些單頭雙尾的表面活性劑在水中可以自發(fā)形成囊泡，這類分

9、子的疏水基體積相對較大；一些天然的磷脂分子也可以自發(fā)形成囊泡，如雙棕櫚酰磷脂酰膽堿（DPPC），其分子含有2條疏水鏈和較大的親水基。3.3結(jié)構(gòu)與性質(zhì)：鑒于囊泡的特殊結(jié)構(gòu)，極性的物質(zhì)都可以在囊泡體系中找到合適的“存身之所”，因此囊泡是一個(gè)非常好的反應(yīng)介質(zhì)，可以作為微反應(yīng)器用于化學(xué)反應(yīng)的研究。比 如，可以通過加溶一種反應(yīng)物，達(dá)到抑制體相中化學(xué)反應(yīng)的目的；另外，也可以把反應(yīng)物濃縮起來在囊泡內(nèi)或表面加快反應(yīng)進(jìn)程。在水中，某些表面活性劑分子可以形成親水基朝外、疏水基朝內(nèi)的雙分子層結(jié)構(gòu)，彎曲后形成封閉的囊泡結(jié)構(gòu)#囊泡內(nèi)含有“水室”，擁有多種極性的微環(huán)境，幾乎可以包容任何極性的 小分子。囊泡的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)決定了囊泡是模擬生物膜最理想的選擇，有著廣闊的應(yīng)用前景。囊泡可以為化學(xué)反應(yīng)提供合適的場所，影響反應(yīng)的進(jìn)行，如提高主反應(yīng)的速度、抑制副反應(yīng)等；囊泡的特殊結(jié)構(gòu)使其在納米材料制備方面有著獨(dú)特的作用，可以利用其結(jié)構(gòu)的局域性控制材料的尺寸，也可以作為“模板”制備核-殼材料；脂質(zhì)體作為一類特殊的囊