第二章表面活性劑

1、第二章表面活性劑第1頁，共55頁。一、概論一、概論1、定義、定義表面活性物質(zhì)，是指能使溶液表面張力降低的物質(zhì)。表面活性物質(zhì)，是指能使溶液表面張力降低的物質(zhì)。2、特點、特點(1)、雙親性、雙親性 表面活性劑的分子中同時含有親水的極性表面活性劑的分子中同時含有親水的極性基團和親油的非極性基團?；鶊F和親油的非極性基團。(2)、溶解性、溶解性 表面活性劑至少溶于液相中的某一相。表面活性劑至少溶于液相中的某一相。第2頁，共55頁。(3)、表面吸附、表面吸附 表面活性劑的溶解，使溶液的表面自由能降低，表面活性劑的溶解，使溶液的表面自由能降低，產(chǎn)生表面吸附，當(dāng)吸附達平衡時，表面活性劑在溶液內(nèi)的濃產(chǎn)生表面吸附

2、，當(dāng)吸附達平衡時，表面活性劑在溶液內(nèi)的濃度小于在表面的濃度。度小于在表面的濃度。(4)、界面定向排列、界面定向排列 吸附在界面上的表面活性劑分子，能吸附在界面上的表面活性劑分子，能定向排列成單分子膜，覆蓋于界面中。定向排列成單分子膜，覆蓋于界面中。第3頁，共55頁。(5)形成膠束形成膠束 表面活性劑溶于水，并達到一定濃度時，表面表面活性劑溶于水，并達到一定濃度時，表面張力，滲透壓，電導(dǎo)率等溶液性質(zhì)發(fā)生急劇的變化。此時，張力，滲透壓，電導(dǎo)率等溶液性質(zhì)發(fā)生急劇的變化。此時，表面活性劑的分子會產(chǎn)生凝聚而生成膠束，開始出現(xiàn)這種表面活性劑的分子會產(chǎn)生凝聚而生成膠束，開始出現(xiàn)這種變化的極限濃度稱為臨界膠束

3、濃度，簡稱變化的極限濃度稱為臨界膠束濃度，簡稱CMC。(6)、多功能性、多功能性 表面活性劑在其溶液中顯示多種功能。如能降低表面活性劑在其溶液中顯示多種功能。如能降低表面張力，具有發(fā)泡、分散、乳化、抗靜電、增溶、殺菌。表面張力，具有發(fā)泡、分散、乳化、抗靜電、增溶、殺菌。第4頁，共55頁。3、分類、分類(1)陰離子表面活性劑陰離子表面活性劑 Anionics surfactantRSOOONa式中式中-SO-3為陰離子水溶性基團，此外陰離子基團為陰離子水溶性基團，此外陰離子基團還有還有-COO-，此類表面活性劑作為洗滌劑，乳化劑，此類表面活性劑作為洗滌劑，乳化劑及增溶劑。及增溶劑。第5頁，共55

4、頁。 陰離子表面活性劑分類：陰離子表面活性劑分類： 羧酸鹽羧酸鹽R-COOM 硫酸酯鹽硫酸酯鹽R-OSO3M 磺酸鹽磺酸鹽R-SO3M 磷酸酯鹽磷酸酯鹽R-OPO3M2 脂肪酰脂肪酰-肽縮合物肽縮合物R1CONHR2COOH第6頁，共55頁。(2)陽離子表面活性劑陽離子表面活性劑(cationic surfactant)在水中帶正電荷的界面活性劑。在水中帶正電荷的界面活性劑。如如R(CH3)2NBr在水溶液中離解出在水溶液中離解出R(CH3)2N+。此類表面活性劑作殺菌劑、紡織柔軟劑、抗靜電劑。此類表面活性劑作殺菌劑、紡織柔軟劑、抗靜電劑。磷化物磷化物 R R-P+-RX R-第7頁，共55頁

5、。陽離子表面活性劑分類：陽離子表面活性劑分類：咪唑啉鹽咪唑啉鹽CH2CH2NN+R1R2CH2CH2OH.X-烷基吡啶鹽烷基吡啶鹽N+R-.X_第8頁，共55頁。伯胺伯胺R-NH2HX 腫胺腫胺R1-NH HX R2叔胺鹽叔胺鹽 R3 R1-NH HX R2季胺鹽季胺鹽 R3 R1-N-R4 HX R2 第9頁，共55頁。(3)兩性表面活性劑兩性表面活性劑(zwitter ionic surfactant) 其分子中含水溶性正電荷基團和負電荷基團。如：其分子中含水溶性正電荷基團和負電荷基團。如： C12H25N+(CH3)2CH2COO- 在酸性溶液中正電荷基團呈陽離子性質(zhì)，在堿性溶在酸性溶液

6、中正電荷基團呈陽離子性質(zhì)，在堿性溶液中負電荷顯陰離子性。液中負電荷顯陰離子性。第10頁，共55頁。1、pH值對性能影響值對性能影響 pH值值7顯陰離子性顯陰離子性N CH2COONaOH pH值值=7顯中性顯中性N+ CH2COO-第11頁，共55頁。2、兩性表面活性劑分類：、兩性表面活性劑分類：氨基酸型氨基酸型R-NH-CH2CH2-COOH 甜菜堿型甜菜堿型 CH3 R-N+-CH2COO- CH3 第12頁，共55頁?；撬猁}磺酸鹽R N+ (CH2)nSO3-CH3CH3硫酸酯硫酸酯R N(CH2CH2O)nSO3M(CH2CH2O)nSO3M第13頁，共55頁。咪唑啉咪唑啉CH2CH2

7、NN+RHOH2CH2CCH2COO-磷酸酯磷酸酯OPOOOH2CHCOCOR2H2COCOR1CH2CH2-N-CH3CH3CH3氧化銨氧化銨R2NR1R3O第14頁，共55頁。(4)非離子表面活性劑非離子表面活性劑(non-ionic surfactant) 結(jié)構(gòu)如：結(jié)構(gòu)如：C15H31-(OC2H4)n-OH 分子中沒有帶電荷的基團，而基團分子中沒有帶電荷的基團，而基團-(OC2H4)-親水性親水性較弱，較弱，n 越大，親水性越強越大，親水性越強。第15頁，共55頁。非離子表面活性劑類型：非離子表面活性劑類型：脂肪醇聚氧乙烯醚：脂肪醇聚氧乙烯醚： RO-(-C2H4O-)n-H脂肪酸聚氧

8、乙烯醚脂肪酸聚氧乙烯醚 ROO-(-C2H4O-)n-H烷基酚聚氧乙烯醚烷基酚聚氧乙烯醚RO(-C2H4O-)n-H第16頁，共55頁。聚環(huán)氧乙烷烷基胺聚環(huán)氧乙烷烷基胺(C2H4O-)n-HN(C2H4O-)n-HRRNR(C2H4O-)n-H聚環(huán)氧乙烷烷基醇酰胺聚環(huán)氧乙烷烷基醇酰胺RONH-(-C2H4O-)n-H(C2H4O-)n-HN(C2H4O-)n-HRCO第17頁，共55頁。二、表面活性原理二、表面活性原理1、表面吸附、表面吸附 O O O O O表面活性劑的疏水基團有向水外逃離的趨勢，親水基團伸向表面活性劑的疏水基團有向水外逃離的趨勢，親水基團伸向水內(nèi)，平衡時在水面形成吸附膜，因

9、而表面活性劑在表面的水內(nèi)，平衡時在水面形成吸附膜，因而表面活性劑在表面的濃度大于在液相內(nèi)的濃度。濃度大于在液相內(nèi)的濃度。第18頁，共55頁。2、形成膠束、形成膠束(1)、疏水作用、疏水作用 水分子間有氫鍵，表面活性劑加入后，疏水分子間有氫鍵，表面活性劑加入后，疏水基團隔開氫鍵，并相互吸引締合，形成膠束。這種膠水基團隔開氫鍵，并相互吸引締合，形成膠束。這種膠束有逃離水的趨勢。束有逃離水的趨勢。(2)、形成膠束、形成膠束 由于疏水作用，水溶液中的表面活性劑分子的碳氫鍵由于疏水作用，水溶液中的表面活性劑分子的碳氫鍵有力圖脫離水包圍的趨勢，易于自發(fā)互相靠近，聚集起有力圖脫離水包圍的趨勢，易于自發(fā)互相靠

10、近，聚集起來，形成膠束。來，形成膠束。(3)臨界膠束濃度臨界膠束濃度 表面活性劑在水溶液中超過一定濃度時會由單體締合成膠態(tài)表面活性劑在水溶液中超過一定濃度時會由單體締合成膠態(tài)聚合物，即形成膠束，開始出現(xiàn)膠束時的濃度為臨界膠束濃度。聚合物，即形成膠束，開始出現(xiàn)膠束時的濃度為臨界膠束濃度。稱稱CMC。第19頁，共55頁。3、親水親油平衡值、親水親油平衡值 親水親油平衡值親水親油平衡值(HLB)值是表示表面活性劑親水性、疏值是表示表面活性劑親水性、疏水性的好壞。水性的好壞。HLB值大，親水性強；值大，親水性強；HLB值小，親油性強。值小，親油性強。 1.5-3 消泡劑消泡劑 3-6 W/O油包水乳化

11、劑油包水乳化劑HLB= 7-9 潤濕劑潤濕劑 8-18 O/W水包油乳化劑水包油乳化劑 13-15 洗滌洗滌 15-18 增溶劑增溶劑第20頁，共55頁。HLB計算：計算：(1)、非離子表面活性劑、非離子表面活性劑HLB=(親水基的分子量親水基的分子量)/ (疏水基的分子量疏水基的分子量+親水基親水基分子量分子量)100/5如：如：C9H19O(CH2CH2O-)9-HHLB=396/(220+396)100/5=12.86220指壬基酚的分子量。指壬基酚的分子量。第21頁，共55頁。(2)、多元醇脂肪酸、多元醇脂肪酸 HLB=20(1-S/A) S為酯的皂化值，為酯的皂化值，A為脂肪酸的酸值

12、。如甘油單硬脂酸酯的為脂肪酸的酸值。如甘油單硬脂酸酯的S=161，A=198，則，則 HLB=20(1-161/198)=3.8(3)、聚乙二醇、聚乙二醇 HLB=EO/5(EO為環(huán)氧乙烷部份的質(zhì)量百分數(shù)為環(huán)氧乙烷部份的質(zhì)量百分數(shù))第22頁，共55頁。(4)、離子型表面活性劑、離子型表面活性劑HLB=7+ (親水基的基團數(shù)親水基的基團數(shù))+ (親油基的基團數(shù)親油基的基團數(shù))太古油的結(jié)構(gòu)：太古油的結(jié)構(gòu)：H3C(H2C)5HC(CH2)7COOHOSO3NaHLB=7+(11+1.3+2.1)+17 (-0.475)=13.3第23頁，共55頁。一些基團的一些基團的HLB基團數(shù)基團數(shù)親水基親水基

13、基團數(shù)基團數(shù) 親油基親油基 基團數(shù)基團數(shù)-COOK 21.1 =CH- 0.475-COONa 19.1 0.475 11 -CH2- 0.475 -CH3 0.475 -N 9.4 -C- 0.475酯酯(失水山醇環(huán)失水山醇環(huán)) 6.8酯酯(游離游離) 2.4 -(-CH2CH2CH2O-)- 0.15-COOH 2.1 -OH(自由自由) 1.9 -CF2- -0.87-O- 1.3 -CF3-OH(失水山梨醇環(huán)失水山梨醇環(huán)) 0.5-(-CH2CH2O-)- 0.33-SO3Na第24頁，共55頁。(5)、混合表面活性劑、混合表面活性劑 HLB=( WiHLBi)/ Wi 式中式中Wi、

14、HLBi分別為混合物中分別為混合物中i組份的質(zhì)量百分比和組份的質(zhì)量百分比和HLB值。值。第25頁，共55頁。4、非離子表面活性劑的濁點、非離子表面活性劑的濁點 濁點是非離子表面活性劑的特性，非離子表面活性劑中濁點是非離子表面活性劑的特性，非離子表面活性劑中無離子親水基團，分子鏈中的無離子親水基團，分子鏈中的 -(-CH2CH2O-)n- 是親水基團，其中的是親水基團，其中的-O-與水形成氫鍵，低溫下氫鍵較強，與水形成氫鍵，低溫下氫鍵較強，具有水溶性。但隨著溫度的升高，分子熱運動加劇，氫鍵具有水溶性。但隨著溫度的升高，分子熱運動加劇，氫鍵減弱，當(dāng)溫度達到一定程度時，水分子激烈運動而脫離，減弱，當(dāng)

15、溫度達到一定程度時，水分子激烈運動而脫離，親水性隨之降低而變成水不溶。親水性隨之降低而變成水不溶。 第26頁，共55頁。三、陰離子表面活性劑三、陰離子表面活性劑(anionics surfactant)CH2OOCRHCH2COOCROOCR+NaOHC17H35COONa +H2COHHCH2COHOH第27頁，共55頁。2、十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉(sodium dodecyl benzene sulfonate)3C3H6C12H24C12H24+C12H25C12H25+C12H25SO3Na1) H2SO4 SO32) NaOH第28頁，共55頁。3、脂肪酸甲酯、脂肪酸甲酯

16、 -磺酸鈉磺酸鈉R CH2COOCH3+SO3R CH C OCH3HOOSO2CHOCH3ORNaO3S第29頁，共55頁。4、二苯醚二磺酸鈉、二苯醚二磺酸鈉OSO3NaNaO3S5、月桂酸鉀、月桂酸鉀(potassium laurate) 分子式：分子式：C11H23COOK第30頁，共55頁。6、琥珀酸酯磺酸鹽、琥珀酸酯磺酸鹽C12H25O(C2H4O)3H+CHCHCOCOOC12H25O(CH2CH2O)3OCH=CHCOOHNa2SO3C12H25O(CH2CH2O)3OCH2CHCOOHSO3Na第31頁，共55頁。7、1,2-二正丁基萘二正丁基萘-6-磺酸鈉磺酸鈉+2C4H9O

17、HH2SO4C4H9C4H9 1) H2SO4 SO3 2) NaOHC4H9C4H9SO3Na第32頁，共55頁。8、亞甲基雙萘磺酸鈉、亞甲基雙萘磺酸鈉+H2SO4SO3HSO3H+2HCHONaOHCH2SO3NaSO3Na第33頁，共55頁。9、十二烷基硫酸鈉、十二烷基硫酸鈉C12H25OH SO3 C12H25OSO3H+C12H25OSO3H NaOH C12H25OSO3Na+第34頁，共55頁。10、硫酸化蓖麻油、硫酸化蓖麻油CH3(CH2)5CHCH2CH=CH(CH2)7COOHOH+1) H2SO42) NaOHCH3(CH2)5CHCH2CH=CH(CH2)7COONaO

18、SO3Na第35頁，共55頁。11、月桂醇聚氧乙烯醚硫酸鈉、月桂醇聚氧乙烯醚硫酸鈉C12H25OH+OH2CCH2C12H25O(CH2CH2O)nHC12H25O(CH2CH2O)nH+1) SO32) NaOHC12H25O(CH2CH2O)nSO3Na第36頁，共55頁。12、十二烷基聚氧乙烯醚磷酸酯鈉鹽、十二烷基聚氧乙烯醚磷酸酯鈉鹽2C12H25OH+OH2CCH2C12H25O(CH2CH2O)nHC12H25O(CH2CH2O)nH+1) P2O52) NaOHC12H25O(CH2CH2)nPOONaONaC12H25O(CH2CH2O)nPOONa第37頁，共55頁。四、陽離子

19、表面活性劑四、陽離子表面活性劑(Cationic surfactant)1、基本類型、基本類型 烷基胺型烷基胺型式中式中X指無機或有機酸指無機或有機酸RNH2 XNH XR1RN XR1RR2第38頁，共55頁。2、季胺鹽型、季胺鹽型(Quaternary ammonium salt)R1R3R2NRCl+-第39頁，共55頁。1)十二烷基二甲基溴化銨十二烷基二甲基溴化銨CH3NCH3C12H25+CH2BrCH2NCH3CH3C12H25Br+-第40頁，共55頁。2)二乙基芐基二乙基芐基- -十八碳烯酰胺乙基氯化銨十八碳烯酰胺乙基氯化銨CH2CH3NCH2CH3NH2CH2CH2+C17H

20、33COOHCH2CH3NCH2CH3NHCH2CH2C17H33COCH2ClCH2N+CH2CH3CH2CH3CH2CH2NHCOC17H33Cl-第41頁，共55頁。3)十六烷基三甲基溴化銨十六烷基三甲基溴化銨CH3NCH3C16H33+ CH3BrNC16H33CH3CH3CH3Br第42頁，共55頁。4)索羅明索羅明C17H35COOH + N(C2H4OH)3C17H35 COCH2CH2N(CH2CH2OH)2OC17H35 C NHCH2CH2ClOC17H35 C NHCH2CH2OC17H35 COCH2CH2ONCH2CH2OHCH2CH2OHCl第43頁，共55頁。3、

21、咪唑啉季胺鹽、咪唑啉季胺鹽(imidazoline quaternary ammonium salt)2RCOOH + H2N C2H4 NH C2H4 NH2NCH2CH2NCRCH2CH2NHCRO(CH3)2SO4NCH2CH2NCRCH2CH2NHCROCH3CH3SO4第44頁，共55頁。五、兩性表面活性劑五、兩性表面活性劑(Zwitter ionic surfactant)1、月桂基羧甲基鈉型咪唑啉醋酸鹽、月桂基羧甲基鈉型咪唑啉醋酸鹽(imidazoline)CNH2CCH2NC11H23CH2CH2OCH2COONaCH2COONa OH-第45頁，共55頁。2、十二烷基甜菜堿、

22、十二烷基甜菜堿(betaine)CH3NCH3C12H25ClCH2COONa+C12H25N+CH2COO-H3CH3C第46頁，共55頁。3、羧基型、羧基型 -氨基丙酸氨基丙酸如：如：N-(2-羥乙基羥乙基)-N-(2-羥烷基羥烷基)- -氨基丙酸氨基丙酸CH2HCOR+ NH2CH2CH2OHR CHCH2NHCH2CH2OHOHCH2=CHCOOCH3R CHCH2NCH2CH2OHOHCH2CH2COOCH3 1) NaOH2) HClR CHCH2NCH2CH2OHOHCH2CH2COOH第47頁，共55頁。4、N-氨基甘氨酸氨基甘氨酸 如：如：N，N-二二辛基辛基(氨乙基氨乙基)

23、 甘氨酸鹽酸鹽甘氨酸鹽酸鹽NH2CH2CH2NHNH2CH2CH2+ C8H17ClCH2CH2NHC8H17HNCH2CH2NHC8H17C8H17NHCH2CH2NC8H17NHCH2CH2CH2COOH HClClCH2COOH第48頁，共55頁。六、非離子表面活性劑六、非離子表面活性劑(Non ionic surfactant)1、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚ROH +CH2H2CORO(CH2CH2O)nHnC12脂肪醇聚氧乙烯醚稱脂肪醇聚氧乙烯醚稱AEO，n=3油溶性好，用于油溶性好，用于化妝品，如膏霜等?；瘖y品，如膏霜等。n=8-10有較強的去污和起泡力，有較強的去污和起泡力，用于洗滌劑。用于洗滌劑。n=20乳化分散能力強，在紡織上用作勻乳化分散能力強，在紡織上用作勻染劑。染劑。第49頁，共55頁。2、壬基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚CH2H2COn+OHC9H19C9H19O(CH2CH2O)nH作用：作用：n=1.5，消泡、破乳；，消泡、破乳；n=4，油包水乳化劑；，油包水乳化劑；n=6,紙脫墨劑；紙脫墨劑；n=9，農(nóng)藥乳化、工業(yè)洗滌；，農(nóng)藥乳化、工業(yè)洗滌；n=10,重垢洗滌劑、漂染擴散劑、勻染劑；重垢洗滌劑、漂染