表面活性劑的簡(jiǎn)介

第一章

緒論1.1表面活性劑的發(fā)展歷史1.2表面活性和表面活性劑1.3表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1.4表面活性劑的分類表面活性劑一詞來(lái)自英文Surfactant。它實(shí)際上是短語(yǔ)Surface（表面）Active（活性）Agent（添加劑）的縮合詞。它還有一個(gè)名字叫做Tenside。一般認(rèn)為表面活性劑是這樣一種物質(zhì)，它活躍于表、界面上，具有極高的降低表、界面張力的能力和效率。在一定濃度以上的溶液中形成分子有序組合體，從而具有一系列應(yīng)用功能。1.1表面活性劑的發(fā)展歷史公元前2000年以前古羅馬，美索不達(dá)米亞，Sapo(肥皂)山上進(jìn)行祭祀，要焙燒大量的山羊肉做為祭品供奉羅馬諸神，焙燒時(shí)流出的油脂流到草木灰中，從而生成大量的肥皂物質(zhì)，后被雨水沖到sapo山腳下，被河岸的泥土吸收，這里的泥土的去污效果，被善男信女誤認(rèn)為是神意。第一階段（以天然油脂為原料）：肥皂的起源：肥皂的起源：另也有大量傳說(shuō)稱肥皂起源在五千多年前。古代埃及一個(gè)給國(guó)王做飯的廚師，不慎把一盆油打翻在炭灰里，當(dāng)他趕忙扔掉后回來(lái)洗手時(shí)，發(fā)現(xiàn)手洗得特別干凈，他覺(jué)得很驚奇抓來(lái)一些叫其他廚師試用，效果也一樣。國(guó)王知道后便叫人仿制，這就是肥皂的雛形。草木灰的主要成分是碳酸鉀化學(xué)原理：1831年，福海梅最先用橄欖油和苦杏仁油制作出土耳其紅油1875年，土耳其紅油被用于工業(yè)生產(chǎn)中土耳其紅油：橄欖油或苦杏仁油（都屬于三甘酯）與硫酸反應(yīng)，深度磺化的產(chǎn)物，耐酸耐硬水（應(yīng)屬于磺酸鹽型陰離子表面活性劑）19世紀(jì)中葉，一方面肥皂開(kāi)始實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大生產(chǎn)，另一方面，也出現(xiàn)了化學(xué)合成的表面活性劑第二階段（以礦物為原料）：19世紀(jì)初，礦物原料制備洗滌劑隨著石油工業(yè)的發(fā)展，石油用來(lái)制備洗滌劑。例如：石油磺酸皂具有良好的水溶性，稱綠鈉（第一個(gè)礦物原料制得的洗滌劑）

第一次世界大戰(zhàn)期間，油脂出現(xiàn)短缺。煤炭產(chǎn)量→煤化工業(yè)發(fā)展→短鏈烷基、萘磺酸鹽類表面活性劑，如丙基萘磺酸鹽、丁基萘磺酸鹽。

第二次世界大戰(zhàn)更是加速了礦物原料制備表面活性劑的進(jìn)程。第三階段（重新考慮以天然油脂為原料）：20世紀(jì)中葉，隨著現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展，人類對(duì)煤、石油等不可再生性資源依賴越來(lái)越強(qiáng)。不可再生資源的有限性迫使人類不得不重新考慮用天然油脂制備表面活性劑。

縱觀表面活性劑的發(fā)展，其實(shí)也是洗滌劑的發(fā)展，近半個(gè)世紀(jì)中，對(duì)洗滌劑的要求：

1.2表面活性和表面活性劑1.界面與表面界面（interface）：兩相之間的接觸層，即物質(zhì)相與相之間的分界面稱為界面。包括氣－液、氣－固、液－液、固－固和固－液五種；界面不是簡(jiǎn)單幾何面，約有幾個(gè)分子厚；具有不同于構(gòu)成界面兩相的獨(dú)特性質(zhì)。表面(surface)：有一相為氣相的界面稱為表面。包括液體表面、固體表面。表面是界面的一種，本課程將主要討論表面。2.表面張力（surfacetension）(a)(b)表面張力：是指一種使表面分子具有向內(nèi)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，并使表面自動(dòng)收縮至最小面積的力。這就是當(dāng)一滴單一成分的液體在恒溫、恒壓條件下達(dá)平衡時(shí)，則總呈球狀，即具有最小的表面積。由于表面分子受力不平衡而產(chǎn)生的張力。

如果在活動(dòng)邊框上掛一重物，使重物質(zhì)量W2與邊框質(zhì)量W1所產(chǎn)生的重力F（F=（W1+W2）g）與總的表面張力大小相等方向相反，則金屬絲不再滑動(dòng)。受力平衡：

l是滑動(dòng)邊的長(zhǎng)度，因膜有兩個(gè)面，所以邊界總長(zhǎng)度為2l，就是垂直作用于單位邊界上的表面張力。表面張力：表面張力的物理意義：垂直通過(guò)液體表面上的任一單位長(zhǎng)度與液面相切的收縮的表面力，單位常用mN/m。增加液體的表面積實(shí)際上是將液體內(nèi)部分子拉倒表面的過(guò)程。由于表面分子有向內(nèi)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，因此必須克服分子間的吸引力，把分子拉開(kāi)，才能將內(nèi)部分子轉(zhuǎn)移到表面而增加表面積,這個(gè)過(guò)程中外界所消耗的功則轉(zhuǎn)化為表面層分子的位能，這種能量即稱為表面能或表面自由能（surfacefreeenergy）。單位常用J/m2。從能量的角度看液體的表面張力來(lái)源于物質(zhì)的分子或原子間的范德華力。體相內(nèi)部每個(gè)分子所受其周圍分子作用力對(duì)稱。液體表面上的分子所受液相分子的引力比氣相分子對(duì)它的引力強(qiáng)，結(jié)果產(chǎn)生了表面分子受到指向液體內(nèi)部并垂直于界面的引力。因此，液體表面有自動(dòng)收縮現(xiàn)象。液體表面為什么會(huì)產(chǎn)生表面張力和表面自由能？3.表面活性和表面活性劑的概念第一類：表面張力隨濃度稍有上升（曲線1）（無(wú)機(jī)鹽類）；各種水溶液表面張力與濃度的關(guān)系可歸結(jié)為三類：第二類：表面張力隨濃度逐漸下降（曲線2）(大部分極性有機(jī)物）；第三類：表面張力在稀濃度時(shí)隨濃度急劇下降（曲線3）:某些物質(zhì)的加入量很少時(shí)，就可使水的表面張力顯著下降

。如油酸鈉就是這樣一種物質(zhì)。上述1類物質(zhì)無(wú)表面活性，因而屬于非表面活性劑；2類物質(zhì)具有表面活性，但不是表面活性劑；只有3類物質(zhì)才可成為表面活性劑。表面活性能使溶劑的表面張力降低的性質(zhì)稱為表面活性。具有表面活性的物質(zhì)則稱為表面活性物質(zhì)。它能吸附在表面上，在加入量很少時(shí)即能大大地降低溶劑的表面張力，可顯著改變表面的物理化學(xué)性質(zhì)，從而產(chǎn)生潤(rùn)濕、乳化、起泡以及增溶等一系列應(yīng)用功能。表面活性劑1.3表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)—雙親性非極性基團(tuán)。表面活性劑由結(jié)構(gòu)上不對(duì)稱的兩部分組成，為雙親化合物。親水基:親油基:極性基團(tuán)。易溶于水，具有親水性質(zhì)。易溶于油，具有親油性質(zhì)。(疏水基)(疏油基)親水基親油基十二烷基硫酸鈉十二醇聚氧乙烯基醚是洗潔精的主要成分。常用于DNA提取過(guò)程中----使蛋白質(zhì)變性后與DNA分開(kāi)。特點(diǎn)：乳化性很強(qiáng)，并較肥皂類穩(wěn)定，主要用作外用軟膏劑的乳化劑。十二烷基硫酸鈉1.4表面活性劑的分類1.離子型2.非離子型陽(yáng)離子型陰離子型兩性型表面活性劑1.按親水基是否電離分類陰離子表面活性劑RCOOM

羧酸鹽R-OSO3M

硫酸(酯)鹽R-SO3M

磺酸鹽R-OPO3M2

磷酸(酯)鹽M為Na+、K+、NH4+等陽(yáng)離子。應(yīng)用比較多、產(chǎn)量大，約占表面活性劑使用量的70%，主要用作乳化劑、分散劑、潤(rùn)濕劑等，大多用作洗滌劑。溶于水后生成離子，其親水基團(tuán)為帶負(fù)電的原子團(tuán)；(1)

羧酸鹽RCOO－

例如：肥皂中的表面活性成分硬脂酸鈉等(2)

磺酸鹽R-SO3－

例如：洗衣粉中的十二烷基苯磺酸鈉(ABS)等(3)

硫酸酯鹽R-OSO3－

例如：洗潔精中的十二烷基硫酸鈉等(4)

磷酸酯鹽R-OPO32－陽(yáng)離子表面活性劑

CH3|R-N+-HCl-

仲胺鹽|H

CH3|R-N+-HCl-

叔胺鹽|CH3

CH3|R-N+-CH3Cl-

季胺鹽|CH3溶于水后生成的親水基團(tuán)是帶正電的原子團(tuán)R-NH2·HCl

伯胺鹽脂肪胺鹽烷基咪唑啉鹽烷基吡啶鹽嗎啉鹽鏻化合物工業(yè)上的陽(yáng)離子表面活性劑都是有機(jī)氮化合物的衍生物，水溶性大，在酸性和堿性溶液中較穩(wěn)定,具有良好的表面活性和殺菌作用，但對(duì)皮膚有一定刺激。伯胺鹽

R-NH3＋

(2)季銨鹽CH3|例如C16H33-N+-CH3Br－

|CH3十六烷基三甲基溴化銨(俗稱)(3)吡啶鹽例如C12H25(NC5H5)+

1631為天然、合成橡膠、硅油的乳化劑；瀝青及瀝青防水涂料的乳化劑；合成纖維、天然纖維和玻璃纖維的抗靜電劑、柔軟劑；相轉(zhuǎn)移催化劑；乳液起泡劑等。十六烷基三甲基溴化銨(俗稱1631)兩性表面活性劑R-N+H2CH2-CH2COO-氨基酸型CH3|R-N+-CH2COO-

甜菜堿型|CH3同時(shí)具有陰離子、陽(yáng)離子的表面活性劑，兩性表面活性劑。從它的結(jié)構(gòu)來(lái)看，與親油基相連接的既有陽(yáng)離子，也有陰離子。兩性表面活性劑在酸性溶液中呈陽(yáng)離子表面活性，在堿性溶液中呈陰離子表面活性，在中性溶液中呈非離子表面活性。氨基酸型

R-N+H2CH2-CH2COO－

洗滌性能良好，常作為代磷助劑，具有酶穩(wěn)定性、漂白與護(hù)色作用。(2)甜菜堿型

CH3

R-N+-CH2COO-CH3

去污力強(qiáng)，對(duì)纖維有保護(hù)作用由于兩性表面活性劑特殊結(jié)構(gòu)，具有許多優(yōu)異性能，如良好的去污、起泡和乳化性能，耐硬水性好，對(duì)酸堿和多種金屬離子都比較穩(wěn)定，具有抗靜電、殺菌、防腐蝕等使用性能，特別是其極低毒性和無(wú)刺激性以及良好的生物降解性能，使其在日用化學(xué)品應(yīng)用中前景廣闊。同時(shí)在紡織、印染、化纖、除銹方面都有相當(dāng)用途。R-(C6H4)-O(C2H4O)nH

烷基酚聚氧乙烯醚非離子表面活性劑R-CONH(C2H4O)nH

聚氧乙烯烷基酰胺型R-COOCH2(CHOH)3H

多元醇型R-O-(CH2CH2O)nH 脂肪醇聚氧乙烯醚在水中不離解成離子，也不帶電荷脂肪醇聚氧乙烯醚

R-O-(CH2CH2O)nH

俗稱平平加系列，具良好濕潤(rùn)性能(2)烷基酚聚氧乙烯醚R-(C6H4)-O(C2H4O)nH

俗稱OP系列，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，抗氧化性能強(qiáng)(4)多元醇型

主要是失水山梨醇的脂肪酸酯類Span(司盤)及其聚氧乙烯加成物Tween(吐溫)類表面活性劑即屬此類；具有低毒的特點(diǎn)，廣泛用于醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)以及生化實(shí)驗(yàn)(3)聚氧乙烯烷基酰胺R-CONH(C2H4O)nH

常用作起泡劑、增粘劑

SpanTween

非離子型表面活性劑穩(wěn)定性高，不易受強(qiáng)電解質(zhì)無(wú)機(jī)鹽類存在的影響，也不易受酸堿的影響；與其它類型表面活性劑的相容性好；在水及有機(jī)溶劑中皆有良好的溶解性能，具有良好的乳化、潤(rùn)濕、滲透性、以及起泡、洗滌、穩(wěn)泡、抗靜電等作用，且無(wú)毒；

廣泛用作紡織業(yè)、化妝品、食品、藥物等的乳化劑、消泡劑、增稠劑，以及醫(yī)療方面的殺菌劑以及洗滌、潤(rùn)濕劑等。2.按親水基的結(jié)構(gòu)分類極性基團(tuán)：羧酸鹽、磺酸鹽、硫酸酯鹽、磷酸酯鹽氨基或胺基的鹽（伯、仲、叔、季）羥基、酰胺基、醚鍵、特殊極性鍵等。CH3|R-NO

十二烷基氧化胺|CH33.按疏水基的結(jié)構(gòu)分類直鏈烷基支鏈烷基3.烷基苯基4.烷基萘基疏水基通常為烴基5.松香衍生物6.高分子質(zhì)量聚氧丙烷基7.長(zhǎng)鏈全氟(或高氟代)烷基8.聚硅氧烷基9.木質(zhì)素（造紙廢液聚合物）10.含氟、全氟代烷基硅表面活性劑氟表面活性劑

4.按表面活性劑的特殊性分類元素表面活性劑是指碳?xì)滏溕系臍洌ㄌ迹┰颖黄渌厮?，而顯現(xiàn)出與普通表面活性劑不同的性能。元素表面活性劑氟原子具有最高電負(fù)性；F-C鍵有高的鍵能、短的鍵長(zhǎng)。具有“三高”、“兩憎”憎水、憎油 例如：聚四氟乙烯的表面上，不僅水不能鋪展，碳?xì)溆鸵膊荒茕佌埂８弑砻婊钚?、高熱穩(wěn)定性、高化學(xué)惰性(耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿\抗氧化)塑料王氟表面活性劑高效穩(wěn)定高分子表面活性劑3.合成高分子表面活性劑聚乙烯醇、聚丙烯酸鹽、聚丙烯酰胺2.部分合成高分子表面活性劑羧甲基纖維素、羧甲基淀粉1.天然高分子表面活性劑阿拉伯樹(shù)膠、皂、蛋白質(zhì)（大豆蛋白、牛乳）與普通的低分子表面活性劑相比，高分子量表面活性劑的表面活性一艙較低，所