表面活性劑的復配

表面活性劑的復配第1頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四目前市售的商品表面活性劑并不是單一組分，而往往是以混合物的形式存在的，其原因如下：1.反應物（原料）不是單一組分，如脂肪酸往往是幾種帶有不同長度碳鏈的脂肪酸的混合物。2.表面活性劑產(chǎn)品中含有未反應的原料。3.產(chǎn)品中夾帶副產(chǎn)物。有些反應得不到單一的表面活性劑，如聚氧乙烯的聚合反應得到一系列聚合度不同的產(chǎn)品。第2頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四4.人為地進行混合。利用各種表面活性劑之間的配伍性或相溶性，通過幾種表面活性劑的混合，可是商品配方或制劑的效果更好，達到改善表面活性劑性能的目的，此即表面活性劑的復配。第3頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四協(xié)同效應：表面活性劑復配的目的是達到加和增效作用，即協(xié)同效應。即把不同類型的表面活性劑人為地進行混合，得到的混合物性能比原來單一組分的性能更加優(yōu)良，也就是通常所說的“1+1〉2”的效果。例如：十二烷基硫酸鈉中混有少量的十二醇、十二酰醇胺等物質，可改善其在洗滌劑配方中的起泡、洗滌、降低表面張力、乳化等性能。第4頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四表面活性劑的復配可以產(chǎn)生加和效應，已經(jīng)應用到了實際的生產(chǎn)中，但其基礎理論方面的研究仍只是近幾年的事，其結果可以為預測表面活性劑的加和增效行為提供指導，以便得到最佳復配效果。但其研究仍處于初級階段，主要集中在雙組分復配體系。在復配體系中，不同類型和結構的表面活性劑分子間的相互作用，決定了整個體系的性能和復配效果，因此掌握表面活性劑分子間相互作用是研究表面活性劑復配的基礎。第5頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四第一節(jié)表面活性劑分子間

的相互作用參數(shù)

表面活性劑的兩個最基本性質是表面活性劑的表面吸附及膠束的形成。因此，加和增效的產(chǎn)生首先會改變體系的表面張力和臨界膠束濃度。一般情況下，當兩種表面活性劑產(chǎn)生復配效應時，其混合體系的臨界膠束濃度并不等于二者臨界膠束濃度的平均值，而是小于其中任何一種表面活性劑單獨使用的臨界膠束濃度。造成這種情況的原因就是表面活性劑分子間的相互作用。第6頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四復配使用的兩種表面活性劑，會在表面上形成混合單分子吸附層，在溶液內部形成混合膠束。無論是混合單分子吸附層還是混合膠束，兩種表面活性劑分子間均存在相互作用。其相互作用的形式和大小可用分子間相互作用參數(shù)β表示。第7頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四一、分子間相互作用參數(shù)β的確定及含義

第8頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四x-mol分數(shù)，1、2-兩種組分，M-混合體系，12-混合體系的表面活性劑分子間的相互作用參數(shù)β值和兩種表面活性劑混合的自由能有關，β值為負值表示兩種分子相互吸引；β值為正值時，表示兩種分子相互排斥；β值接近0時，表明兩種分子間幾乎沒有相互作用，近乎于理想混合。許多學者通過大量實驗和計算發(fā)現(xiàn)β值一般在-2（弱排斥）到-40（強吸引）之間。第9頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四二、影響分子間相互作用參數(shù)的因素大部分混合體系的β值為負值，即兩種表面活性劑分子間是相互吸引的作用。這種吸引力主要來源于分子間的靜電引力，與表面活性劑分子結構密切相關，并受溫度及電解質等外界因素的影響。第10頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四1.表面活性劑離子類型的影響不同類型表面活性劑分子間的相互作用力大小不同，其大小次序為陰離子-陽離子〉陰離子-兩性型〉離子型-聚氧乙烯非離子型〉甜菜堿兩性型-陽離子型〉甜菜堿兩性型-聚氧乙烯非離子型〉聚氧乙烯非離子型-聚氧乙烯非離子型由于加和增效產(chǎn)生的概率隨著兩種表面活性劑分子間相互作用力的增加而增大，因此與陰離子表面活性劑產(chǎn)生加和增效可能性最大的是陰離子-陽離子和陰離子-兩性離子表面活性劑復配體系。而陽離子-聚氧乙烯型非離子和陰離子-陰離子復配體系只有在兩種表面活性劑具有特定結構時才可能發(fā)生加和增效作用。第11頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四2.疏水基團的影響隨表面活性劑疏水基碳鏈長度的增加，β會變得更負，當兩種表面活性劑碳鏈長度相等時，混合單分子層中分子間的相互作用參數(shù)最大，吸引力最強。而混合膠束中的β值則隨著碳鏈長度的總和的增加而增加。第12頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四3.介質PH值的影響兩性表面活性劑在水溶液中的例子類型隨介質PH值的變化而有所不同。當溶液PH值低于等電點時，以陽離子形式存在，通過陽離子與陰離子表面活性劑發(fā)生作用。因此當介質的堿性或PH值增加，兩性表面活性劑逐漸轉變?yōu)殡娭行苑肿樱踔劣谪撾x子，與陰離子表面活性劑的相互作用力降低?；谕瑯拥脑?，兩性表面活性劑本身堿性較低，獲得質子的能力差，則與陰離子型表面活性劑的相互作用也較低。第13頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四4.添加無機電解質的影響無機電解質的天加，會使離子型表面活性劑與聚氧乙烯型非離子表面活性劑混合體系中分子間相互作用力降低，這說明此兩類表面活性劑分子間存在著靜電力的作用。5.溫度的影響通常情況下，在10-40度范圍內，分子間的作用力隨溫度的升高而降低。第14頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四三、相互作用參數(shù)β的意義相互作用參數(shù)β的受很多因素的影響。了解了該參數(shù)的含義和影響因素后，需進一步利用它判斷兩種表面活性劑之間混合后是否存在復配效應，若存在加和增效作用，兩者產(chǎn)生最大加和效應時的摩爾比例及該體系的性質又如何。此即引入相互作用參數(shù)β的意義。第15頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四第二節(jié)產(chǎn)生加和增效作用的判據(jù)表面活性劑最基本的性質是降低表面張力和形成膠束，衡量表面活性劑活性大小主要是考察其溶液表面張力降低的程度和臨界膠束濃度的大小。一般情況下，性能優(yōu)良的表面活性劑能夠在較低的濃度下，使溶液的表面張力下降到很低的程度并形成膠束。第16頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四一、降低表面張力在降低表面張力方面，加和增效作用是指使溶液的表面張力降低到一定程度時，所需的兩種表面活性劑的濃度之和低于單獨使用復配體系中的任何一種表面活性劑所需的濃度。如果這個濃度高于其中任何一種表面活性劑所需的濃度，則說明產(chǎn)生了負的加和增效作用。第17頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四二、形成混合膠束當復配體系水溶液形成混合膠束的臨界膠束濃度低于其中任何一種單一表面活性劑的臨界膠束濃度時，即稱為產(chǎn)生正加和增效作用；如果混合物的臨界膠束濃度比任何一種單一組分的高，則稱產(chǎn)生負加和增效作用。第18頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四三、綜合考慮將降低表面張力和形成混合膠束綜合起來看，正加和增效是指兩種表面活性劑的復配體系在混合膠束的臨界膠束濃度時的表面張力低于其中任何一種表面活性劑在其臨界膠束濃度時的表面張力，相反則產(chǎn)生負加和增效作用。第19頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四由此可以看出，引入分子間相互作用參數(shù)后，可以定性地了解兩種表面活性劑分子間的作用情況，是相互吸引還是相互排斥，作用力的強弱如何。并可通過相關公式計算并判斷出兩種表面活性劑混合后是否產(chǎn)生復配效應，并可進一步求出產(chǎn)生最大加和效應時復配體系的組成，即兩種表面活性劑的復配比例，這為表面活性劑復配的應用提供了理論指導。第20頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四第三節(jié)表面活性劑的復配體系除降低表面張力和膠束的形成外，在實際應用中，表面活性劑還有很多重要的作用，如洗滌作用、發(fā)泡作用、增溶作用和潤濕作用等。在這些方面的加和增效作用的仍沒有成熟的理論指導，但實際應用中已總結出了一些經(jīng)驗，即加和增效往往與表面張力降低或形成膠束方面存在著一定的關系。第21頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四一、陰離子-陰離子表面活性劑復配體系此類復配體系若產(chǎn)生加和增效作用，會使表面張力降的更低，使洗滌性、去污性及潤濕性和乳化性均有提高，而克拉夫特點則會降低。但需要指出的是這一體系的復配，只有在具有特定結構時才會產(chǎn)生加和增效作用。第22頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四二、陰離子-陽離子表面活性劑復配體系陰離子-陽離子表面活性劑分子間的相互作用力較強，他們的復配體系在降低表面張力、混合膠束的形成方面都顯示了較強的加和增效作用，在潤濕性能、穩(wěn)泡性能和乳化性能等方面也有較大的提高。目前這一類復配體系已經(jīng)在纖維和織物的柔軟和抗靜電處理、泡沫和乳液的穩(wěn)定等方面得到了較為廣泛的應用。但應當注意的是這兩類表面活性劑復配時，容易生成不溶性的鹽從溶液中析出，從而失去表面活性，因此應慎重選擇表面活性劑的品種。第23頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四三、陰離子-兩性表面活性劑復配體系這一體系兩種表面活性劑分子的作用方式與介質的酸堿性有關，泡沫高度存在最大值，降低表面張力性質上也出現(xiàn)最大加和增效作用。第24頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四四、陰離子-非離子表面活性劑復配體系此類復配體系既可能提高也可能降低膠束的增溶作用。不同增溶效果的出現(xiàn)與兩種表面活性劑分子的相互作用和混合膠束的形式有關。一般認為，當非離子表面活性劑的烴鏈較長、環(huán)氧乙烷加成數(shù)較小時，與陰離子表面活性劑復配容易形成混合膠束。而當烴鏈較短、環(huán)氧乙烷加成數(shù)較大時，則容易形成富陰離子表面活性劑和富非離子表面活性劑兩類膠束，他們在溶液中共存。第25頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四五、陽離子-非離子表面活性劑復配體系在陽離子表面活性劑溶液中加入非離子表面活性劑，可以使臨界膠束濃度顯著降低。是陽離子表面活性劑的離子基團與非離子表面活性劑的極性聚氧乙烯基相互作用的結果。第26頁，共28頁，2023年，2月20日，星期四六、非離子-非離子表面活性劑復配體系多數(shù)聚氧乙烯非離子表面活性劑本身便是混合物，其性質與單一物質有較大差別，通常疏水基相同、環(huán)氧乙烷加成數(shù)相近的兩種非離子表面活性劑混合時，近乎理