膠體與表面化學(xué)5-12

1、LOGO第五章第五章 表面活性劑表面活性劑東北石油大學(xué)石油工程學(xué)院東北石油大學(xué)石油工程學(xué)院第四章第四章 表面活性劑表面活性劑第五節(jié)第五節(jié) 膠束理論膠束理論第四節(jié)第四節(jié) 表面活性劑溶液的體相性質(zhì)表面活性劑溶液的體相性質(zhì)第三節(jié)第三節(jié) 表面活性劑在界面上的吸附表面活性劑在界面上的吸附第二節(jié)第二節(jié) 表面活性劑的分類和應(yīng)用表面活性劑的分類和應(yīng)用第一節(jié)第一節(jié) 表面活性劑概述表面活性劑概述 LOGO第一節(jié)第一節(jié) 表面活性劑概述表面活性劑概述東北石油大學(xué)石油工程學(xué)院東北石油大學(xué)石油工程學(xué)院表面活性劑概述表面活性劑概述 一、表面活性劑定義一、表面活性劑定義 二、二、 表面活性劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)表面活性劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一、

2、表面活性劑的定義一、表面活性劑的定義 如圖油酸鈉在濃度很低如圖油酸鈉在濃度很低時，可將水的表面張力自時，可將水的表面張力自72mNm-1降到約降到約25mNm-1。而一般的無機(jī)鹽而一般的無機(jī)鹽(如如NaCl)水水溶液，在濃度較稀時，對水溶液，在濃度較稀時，對水的表面張力幾乎不起作用，的表面張力幾乎不起作用，甚至使表面張力稍為升高甚至使表面張力稍為升高，一、表面活性劑的定義一、表面活性劑的定義 （1）：肥皂，洗衣粉，）：肥皂，洗衣粉，油酸鈉油酸鈉 （2）：乙醇，丁醇，）：乙醇，丁醇，己醇己醇 （低分子量的極性（低分子量的極性有機(jī)物）有機(jī)物） （3） ：無機(jī)鹽類：無機(jī)鹽類NaCl、KNO3、HCl

3、、NaCl。OHNHCLKNOclNa,3a二、表面活性劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)二、表面活性劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1 、分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2、 分子結(jié)構(gòu)雙親性的特性分子結(jié)構(gòu)雙親性的特性l兩親結(jié)構(gòu)使活性劑分子在溶于水后，親水基受到水分子的吸引，親油基受兩親結(jié)構(gòu)使活性劑分子在溶于水后，親水基受到水分子的吸引，親油基受到水分子排斥，而不穩(wěn)定，只有浮于液面，親油基伸向氣相才能穩(wěn)定，平衡。到水分子排斥，而不穩(wěn)定，只有浮于液面，親油基伸向氣相才能穩(wěn)定，平衡。兩親結(jié)構(gòu)兩親結(jié)構(gòu)親油基C親油基（憎水基）：與油有親和性；多來自動植物油（化學(xué)結(jié)構(gòu)相似， 數(shù)不同）親水基34aa ,COONSO NOHNH親水基（憎油基）：與水有親

4、和性；羧酸鈉（）磺酸鈉（）羥基（）氨基（）二、表面活性劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)二、表面活性劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)親油基親水基親水基親油基親油基親水基親水基親油基親油基親油基親水基親水基親水基親油基3 、表面活性劑雙親結(jié)構(gòu)的表示形式二、表面活性劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)二、表面活性劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)4、構(gòu)成表面活性劑的親油基團(tuán)和親水基團(tuán) LOGO第二節(jié)第二節(jié) 表面活性劑的分類表面活性劑的分類東北石油大學(xué)石油工程學(xué)院東北石油大學(xué)石油工程學(xué)院表面活性劑的分類表面活性劑的分類 一、表面活性劑的分類一、表面活性劑的分類 二、二、 各類表面活性劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用各類表面活性劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用一、表面活性劑的分類一、表面活性劑的分類A 按按離離子子

5、型型分分類類 一、表面活性劑的分類一、表面活性劑的分類B B 按溶解按溶解性分類性分類 C C 按分子按分子量分類量分類 分子量大于10000分子量100010000分子量1001000D 按用途分類按用途分類 表面活性劑按用途可分為滲透劑，潤濕劑、乳化劑、增溶劑、分散劑、表面活性劑按用途可分為滲透劑，潤濕劑、乳化劑、增溶劑、分散劑、絮凝劑、起泡劑、消泡劑、殺菌劑、抗靜電劑、緩蝕劑、柔軟劑、防水劑、絮凝劑、起泡劑、消泡劑、殺菌劑、抗靜電劑、緩蝕劑、柔軟劑、防水劑、織物整理劑、勻染劑等類。此外，還有有機(jī)金屬表面活性劑、含硅表面活織物整理劑、勻染劑等類。此外，還有有機(jī)金屬表面活性劑、含硅表面活性劑

6、，含氟表面活性劑和反應(yīng)性特殊表面活性劑。性劑，含氟表面活性劑和反應(yīng)性特殊表面活性劑。二、二、 各類表面活性劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用各類表面活性劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用定義定義 陰離子表面活性劑陰離子表面活性劑指在水溶液中電離時，生成的指在水溶液中電離時，生成的表面活性表面活性離子離子帶負(fù)電荷的表面活性劑。帶負(fù)電荷的表面活性劑。按親水基分類按親水基分類陰離子表面活性劑RCOONaR-OSO3NaR-SO3NaR-OPO3Na2羧酸鹽型硫酸酯鹽型磺酸鹽型磷酸酯鹽型溶解度隨溫度變化有明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。即存在溶解度隨溫度變化有明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。即存在KrafftKrafft溫度點(diǎn)；溫度點(diǎn)；一般情況下，陰離子表面活性劑與陽

7、離子表面活性劑的一般情況下，陰離子表面活性劑與陽離子表面活性劑的配伍性較差配伍性較差，但在，但在一定條件下復(fù)配可以大大提高表面活性；一定條件下復(fù)配可以大大提高表面活性；陰離子表面活性劑的抗硬水能力較差，陰離子表面活性劑的抗硬水能力較差，抗硬水性能強(qiáng)弱抗硬水性能強(qiáng)弱順序為：順序為： -SO3Na-OSO3Na-OPO3Na2-COONa；在疏水鏈與陰離子基團(tuán)中間引入在疏水鏈與陰離子基團(tuán)中間引入（EO ），可以大大，可以大大提高抗溫性能提高抗溫性能；在陰離子基團(tuán)與疏水鏈之間引入在陰離子基團(tuán)與疏水鏈之間引入（PO ） ，可以，可以提高其疏水性提高其疏水性；酸中穩(wěn)定性不同酸中穩(wěn)定性不同：-COONa在

8、酸中不穩(wěn)定，析出自由酸。在酸中不穩(wěn)定，析出自由酸。 -OSO3Na在酸在酸中可發(fā)生水解而分解。其他兩種陰離子表面活性劑在酸中較為穩(wěn)定。中可發(fā)生水解而分解。其他兩種陰離子表面活性劑在酸中較為穩(wěn)定。1.11.1最大缺點(diǎn)最大缺點(diǎn) 羧酸鹽陰離子表面活性劑的高價金屬鹽不溶于水，且在酸性條件下容易羧酸鹽陰離子表面活性劑的高價金屬鹽不溶于水，且在酸性條件下容易析出羧酸而不穩(wěn)定，失去表面活性，因此，其析出羧酸而不穩(wěn)定，失去表面活性，因此，其抗硬水能力較差抗硬水能力較差。1.21.2羧酸鹽陰離子表面活性劑的性能改善措施羧酸鹽陰離子表面活性劑的性能改善措施 增加羧基的數(shù)量增加羧基的數(shù)量CH2COONaCnH2n+

9、1 CH CH2COONa引入其它親水基團(tuán)引入其它親水基團(tuán)OC17H33C NHR1(CONHR2)nCOONa（雷米幫A） 羧酸鹽陰離子表面活性劑屬于肥皂系列，最初用于洗滌用品，通過改性羧酸鹽陰離子表面活性劑屬于肥皂系列，最初用于洗滌用品，通過改性后，可以用于鈣皂分散劑、乳化劑和凈洗劑等。后，可以用于鈣皂分散劑、乳化劑和凈洗劑等。1.3 1.3 應(yīng)用應(yīng)用硫酸酯鹽硫酸酯鹽C C1212H H2525OSOOSO3 3NaNa紅油和蒙諾波爾紅油和蒙諾波爾蓖麻油硫酸化產(chǎn)物蓖麻油硫酸化產(chǎn)物梯波爾梯波爾a-a-烯烴硫酸化產(chǎn)物烯烴硫酸化產(chǎn)物 脂肪醇酸酯在酸、堿條件下才耐熱，特別在酸性介質(zhì)中，硫酸酯將水解

10、脂肪醇酸酯在酸、堿條件下才耐熱，特別在酸性介質(zhì)中，硫酸酯將水解為硫酸而加速水解。為硫酸而加速水解。A.A.一價陽離子的烷基硫酸酯鹽的溶解度如下遞減順序：一價陽離子的烷基硫酸酯鹽的溶解度如下遞減順序： 有機(jī)胺離子有機(jī)胺離子NHNH4 4+ + Na Na+ + K K+ +；B.B.二價陽離子的硫酸酯鹽溶解度遞減順序：二價陽離子的硫酸酯鹽溶解度遞減順序： MnMn2+2+ Cu Cu2+2+ Co Co2+2+ Mg Mg2+2+ Ca Ca2+2+ Pb Pb2+2+ Sr Sr2+2+ Ba Ba2+2+ 良好乳化，起泡劑，用于牙膏。對眼和皮膚有刺激作用。良好乳化，起泡劑，用于牙膏。對眼和皮

11、膚有刺激作用。 洗發(fā)香波，化妝品，去污。洗發(fā)香波，化妝品，去污?；撬猁}磺酸鹽烷基苯磺酸鈉烷基苯磺酸鈉滲透劑滲透劑OTOT拉開粉拉開粉胰加漂胰加漂T T油酰氯和油酰氯和N-N-甲基牛膽酸甲基牛膽酸磺化琥珀酸雙酯磺化琥珀酸雙酯烷基萘磺酸鈉烷基萘磺酸鈉 穩(wěn)定較好，不發(fā)生水解，能夠在酸性介質(zhì)中使用，熱穩(wěn)定較好，不發(fā)生水解，能夠在酸性介質(zhì)中使用，熱穩(wěn)定性較好。穩(wěn)定性較好。A.制備：烷基苯B.特點(diǎn)：成本低，性能好，用途廣，耐酸、堿，硬水中不沉淀。C.典型產(chǎn)品（十二烷基苯磺酸鈉）ABS磺化劑水解 石油磺酸鹽石油磺酸鹽的主要成分是復(fù)雜的的主要成分是復(fù)雜的烷基苯磺酸烷基苯磺酸或或烷基萘磺酸鹽烷基萘磺酸鹽，其余則

12、，其余則為為脂肪烴及環(huán)烴的磺化物及氧化物脂肪烴及環(huán)烴的磺化物及氧化物。其平均。其平均分子量分子量大約在大約在400400與與580580之間之間( (石油磺酸鈉石油磺酸鈉) )。石油磺酸鹽常作為。石油磺酸鹽常作為乳化劑乳化劑應(yīng)用于切削油及農(nóng)藥應(yīng)用于切削油及農(nóng)藥( (可溶性可溶性) )中，中，在礦物浮選中作為在礦物浮選中作為起泡劑起泡劑，在燃料油中作為，在燃料油中作為分散劑分散劑；高分子量的，則常用；高分子量的，則常用作防銹油中的作防銹油中的防蝕劑防蝕劑。近年來，大量的石油磺酸鹽被應(yīng)用用于。近年來，大量的石油磺酸鹽被應(yīng)用用于“三次采油三次采油”中中, ,鉆井泥漿添加劑，原油破乳劑等。鉆井泥漿添加

13、劑，原油破乳劑等。R-OPOR-OPO3 3NaNa2 2磷酸酯鹽磷酸酯鹽高級醇高級醇磷酸酯磷酸酯二鈉二鈉鹽鹽高級醇高級醇磷酸磷酸雙雙酯酯鈉鈉鹽鹽ROPO3M(RO)2PO2M 單酯雙酯 抗電解質(zhì)及抗硬水性較強(qiáng)，凈洗能力好，為低泡性表面活性劑。與烷基抗電解質(zhì)及抗硬水性較強(qiáng)，凈洗能力好，為低泡性表面活性劑。與烷基硫酸酯及烷基磺酸鹽相比，它具有較高的表面活性，對棉的凈洗性更為優(yōu)越。硫酸酯及烷基磺酸鹽相比，它具有較高的表面活性，對棉的凈洗性更為優(yōu)越?？捎米鲀粝础櫇?、乳化、抗靜電和抗腐蝕劑?？捎米鲀粝础櫇?、乳化、抗靜電和抗腐蝕劑。陰離子表面活性劑在油田中的作用陰離子表面活性劑在油田中的作用起泡作用

14、起泡作用堵水堵水EOREOR壓裂液壓裂液 在水溶液中離解時生成的表面活性離子帶正電荷的表面活性劑，其親水在水溶液中離解時生成的表面活性離子帶正電荷的表面活性劑，其親水基主要是基主要是N N、P P、S S、I I等原子。其中等原子。其中N N原子原子是最常用的表面活性劑。是最常用的表面活性劑。 表面活性劑中，絕大部分是表面活性劑中，絕大部分是含氮的化合物含氮的化合物，也就是，也就是有機(jī)胺的衍生物有機(jī)胺的衍生物。簡。簡單有機(jī)胺的鹽酸鹽或醋酸鹽單有機(jī)胺的鹽酸鹽或醋酸鹽(RNH(RNH2 2HClHCl或或RNHRNH2 2HAc)HAc)可在酸性介質(zhì)中用作乳可在酸性介質(zhì)中用作乳化、分散、潤濕劑，也

15、常用作浮選劑及作為顏料粉未表面的憎水劑?；?、分散、潤濕劑，也常用作浮選劑及作為顏料粉未表面的憎水劑。有機(jī)胺有機(jī)胺鹽表面活性劑鹽表面活性劑的缺點(diǎn)，是當(dāng)溶液的的缺點(diǎn)，是當(dāng)溶液的pHpH值較高時值較高時(pH7)(pH7)，自由胺容易析出，從，自由胺容易析出，從而失去表面活性。而失去表面活性。優(yōu)異的殺菌性能：殺菌能力取決于優(yōu)異的殺菌性能：殺菌能力取決于對細(xì)胞的滲透性對細(xì)胞的滲透性和和對蛋白質(zhì)的沉淀能力對蛋白質(zhì)的沉淀能力；良好的吸附性能：由于一般良好的吸附性能：由于一般固體固體表面帶的是表面帶的是負(fù)電荷負(fù)電荷，帶正電的表面活性離子，帶正電的表面活性離子容易強(qiáng)烈地吸附其上。此特性有如下容易強(qiáng)烈地吸附其上

16、。此特性有如下用途用途： A.作為礦物浮選劑。陽離子表面活性劑吸附在礦物顆粒表面，使其表面變?yōu)樵魉菀赘街谠魉臍馀萆隙∵x出來； B.作為乳化劑。主要作為瀝青狀乳狀液制備時的乳化劑。由于碎石表面強(qiáng)烈吸附陽離子表面活性劑而變?yōu)橛H油表面，不僅增加了碎石與瀝青之間的粘結(jié)性，也增強(qiáng)了路面的抗水性能； C.植物柔軟劑。陽離子表面活性劑在固體表面吸附后，疏水的非極性烷基指向空氣，改變了固體表面的摩擦系數(shù)。 D.抗靜電劑。由于陽離子表面活性劑在固體表面形成一層連續(xù)的吸附膜，活性的極性基團(tuán)產(chǎn)生離子導(dǎo)電和吸濕導(dǎo)電，而起抗靜電作用； E.增強(qiáng)劑。主要用于造紙，離子型的陽離子表面活性劑可作為紙張增強(qiáng)劑吸附在帶

17、負(fù)電荷的紙張表面。 F.其它作用。緩蝕劑、防腐劑等典型的陽離子表面活性劑典型的陽離子表面活性劑C16H33 N+ CH3Br-CH3CH3CH3C12H25 N+ CH2 Cl-(或Br-)CH3同一分子中同時存在陰、陽、非離子或存在其中同一分子中同時存在陰、陽、非離子或存在其中兩種離子性質(zhì)的表面活性劑。兩種離子性質(zhì)的表面活性劑。2.12.1甜菜堿型兩性離子表面活性劑甜菜堿型兩性離子表面活性劑定義：陽離子由季銨鹽構(gòu)成的兩性表面活性劑。RN+(CH3)2CH2-COO-SO3-OSO3-OPO3-特性A.pH值影響??；B.在pH7不具有陰離子性；C.磺基甜菜堿具有較強(qiáng)的鈣皂分散能力，尤其分子結(jié)構(gòu)

18、中有-CONH鍵更好定義：陽離子由氨基酸構(gòu)成的兩性表面活性劑。特性A.pH值的變化氨基酸兩性離子表面活性劑變?yōu)殛?陽離子型B.在等電點(diǎn)時，陰陽離子同時存在于同一分子內(nèi)，此時溶解度最小，潤濕能力最小，泡沫最低。RNH(CH2)n-COOH-SO3H類型A.陰離子與陽離子的組合 B.陰離子與非離子的組合 C.陽離子與非離子的組合 在水溶液中不電離，其親水基主要是由具有一定數(shù)量的含氧基團(tuán)(一般為醚基和羥基)構(gòu)成的表面活性劑。親水基主要有： 、 醚鍵（O）、羥基（-OH） 酰胺基（-CONH2）*CH2CH2O*穩(wěn)定性高，不受酸、堿、鹽的影響，耐硬水性強(qiáng)；與其它表面活性劑的穩(wěn)定性高，不受酸、堿、鹽的影響，耐硬水性強(qiáng)；與其它表面活性劑的配伍性好；在一般固體上不易發(fā)生強(qiáng)烈吸附；配伍性好；在一般固體上不易發(fā)生強(qiáng)烈吸附；溶解度大小與溫度有關(guān)，溶解度大小與溫度有關(guān)，存在存在濁點(diǎn)效應(yīng)濁點(diǎn)效應(yīng)，隨溫度升高大多數(shù)非離子表面活性劑不溶于水；具有，隨溫度升高大多數(shù)非離子表面活性劑不溶于水；具有高表高表面活性面活性，其水溶液的表面張力、，其水溶液的表面張力、cmccmc較低，增溶作用強(qiáng)；泡沫性能較差；較低，增溶作用強(qiáng)；泡沫性能較差；毒性小，對皮膚刺激性小。毒性小，對皮膚刺激性小。 主要是指在表面活性劑的碳?xì)滏溨兄饕侵冈诒砻婊钚詣┑奶細(xì)滏溨袣湓託湓尤炕虿糠直蝗炕虿糠直环臃尤?/p>