第二章表面活性劑演示文稿

第二章表面活性劑演示文稿目前一頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點第二章表面活性劑目前二頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點二、表面活性和表面活性劑（p8）圖2—2各類物質(zhì)水溶液的表面張力

與濃度的關(guān)系表面活性：能使溶劑表面張力降低的

性質(zhì)。

表面活性物質(zhì)：具有表面活性的物質(zhì)。無機鹽、酸、堿，含羥基較多的化合物如：NaCl、NaOH、KNO3等非表面活性物質(zhì)，沒有表面活性；洗衣粉、肥皂等物質(zhì)的水溶液如：烷基苯磺酸鈉、脂肪酸鈉表面活性物質(zhì)，表面活性劑。低碳醇、羧酸等極性有機化合物。表面活性物質(zhì)，具有表面活性。第二、三類物質(zhì)的區(qū)別：第二類在水溶液中分子不發(fā)生締合或締合程度很小；第三類則能締合且形成膠束等締合體。具有較高的表面活性，還具有潤濕、乳化、起泡、洗滌等作用。目前三頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點表面活性劑：是這樣一種物質(zhì)，當它的加入量很小時，就能使溶劑（一般為水）的表面張力或液液界面張力顯著降低，改變體系的界面狀態(tài)；當它達到一定濃度時，在溶液中締合成膠團，從而產(chǎn)生潤濕或反潤濕、乳化或破乳、起泡或消泡、以及加溶等一系列作用，以達到實際應(yīng)用的要求。是一類即使在很低濃度時也能顯著降低表（界）面張力的物質(zhì)。表面活性劑具有潤濕、分散、乳化、增溶、起泡、洗滌、勻染、潤滑、滲透、抗靜電、防腐蝕、殺菌等多方面的作用和功能。表面活性劑目前四頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點三、表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)特點1

.表面活性劑分子的雙親結(jié)構(gòu)（p16)分子中含有兩種不同的基團：（1）非極性的親油（疏水）基團（能溶于油而不溶于水）；

一般是長鏈的碳氫化合物，如直鏈烷基C8～C20、支鏈烷基C8—C20、烷基苯基等，有時也為有機氟、有機硅、有機磷、有機錫鏈等。（2）極性的親水（疏油）基團（水溶性的基團）。如羥基、硫酸基、羧酸基-OH、-COOH、-SO3H、-NH2在水溶液中，疏水基團相互吸引、締合的作用稱為疏水作用或疏水效應(yīng)。目前五頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點表2—1表面活性劑的主要親油、親水基團

親油基團

親水基團烴基R—羧酸基—COONa烷丙烯基R—CH＝CH—羥基—

OH烷苯基RPh—磺酸基—SO3Na脂肪酸基RCOO—硫酸基—OSO3Na脂肪酸氨基RCONH—磷酸基—PO3Na2

脂肪族醇基RO—氨基—

N+R3脂肪族氨基RNH—氰基—

CN烷基馬來酸酯ROOC—CH2—硫代基—SH烷基酮基R—CO—CH2—鹵基—Cl、—Br聚氧丙烯基—O(CH3CHCH2O)—氧乙烯基—CH2CH2O—目前六頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點圖2.3表面活性劑C12H25S04Na示意圖（離子型表面活性劑十二烷基硫酸鈉的結(jié)構(gòu)示意圖）通過變換親水基或親油基種類、所占份額及在分子結(jié)構(gòu)中的位置，可以達到所需親水親油平衡的目的。目前七頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點2.親水親油平衡值(HLB)HLB

（HydrophileLipophileBalance的縮寫）HLB值：表示了表面活性劑的親水基團和親油基團具有的親水親油平衡值。表示表面活性劑的親水疏水性能。

HLB值大，親水性強，親油性弱；HLB值小，親油性強，親水性弱。目前八頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點（1）HLB值的規(guī)定HLB值是個相對值。規(guī)定:石蠟（無親水性能）的HLB值為0，十二烷基硫酸鈉(水溶性較強)的HLB值為40。聚乙二醇HLB值=20（完全親水）。表面活性劑的HLB值一般在1～40范圍以內(nèi)。由親油性到親水性的轉(zhuǎn)折點約為10。根據(jù)表面活性劑的HLB值，可大致了解其可能的用途。目前九頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點表2—3HLB范圍及其應(yīng)用性能

HLB值用途HLB值用途1.5～3W／O型消泡劑8～18O／W型乳化劑3.5～6W／O型乳化劑13～15洗滌劑7～9潤濕劑15～18增溶劑（2）HLB值的范圍及其應(yīng)用性能HLB值水中狀態(tài)1～4不分散3～6分散不好6～8振蕩后成乳白色分散體8～10穩(wěn)定的乳白色分散體10～13半透明至透明分散體>13透明溶液表2—2HLB范圍及其水溶性目前十頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點（3）HLB值的計算方法①．Davies法表面活性劑的HLB值為各結(jié)構(gòu)性基團HLB值的總和。

關(guān)系如下式：HLB=7+∑(親水基團基數(shù))-∑(親油基團基數(shù))

各基團的HLB基數(shù)如表2—5所示。目前十一頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點表2—4基團的HLB基數(shù)

基團HLB基團數(shù)基團HLB基團數(shù)親水基團-O-1.3-SO4Na38.7-OH(失水山梨醇環(huán))0.5-COOK21.1-(C2H4O)-0.33

-COONa19.1親油基團

-SO3Na11

-CH2--0.475-N(叔胺)9.4—CH3-0.475酯(失水山梨醇環(huán))6.8

=CH--0.475酯(自由)2.4-(C3H5O)-(氧丙烯基)-0.15—COOH2.1-CP2--0.87—OH(自由)1.9-CF3--0.87目前十二頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點例：計算月桂酸鈉的HLB值

CH3（

CH2）10-COONa解：-CH3：-0.475，-CH2-：-0.475

-COONa：19.1HLB=7+∑(親水基團基數(shù))-∑(親油基團基數(shù))HLB=7+19.1-（-0.475）×11=20.875目前十三頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點②表面活性劑的混合體系HLB具有加和性。各表面活性劑的xW％及其HLB，混合表面活性劑的HLBmix：

xW％為某表面活性劑的質(zhì)量百分數(shù)目前十四頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點第二節(jié)表面活性劑分類表面活性劑的分類方法按表面活性劑在水溶液中能否解離及解離后所帶電荷類型分類:離子型：陰離子型、陽離子型和兩性離子型。非離子型按表面活性劑在水和油中的溶解性可分類:水溶性油溶性按分子量分類：高分子量表面活性劑（分子量大于l04）中分子量表面活性劑（分子量在103～104）低分子量表面活性劑（分子量在102～103）此外，還有按表面活性劑的功能來進行分類的。目前十五頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點表面活性劑的分類一般以親水基團的結(jié)構(gòu)為依據(jù)。以親水基團是否為離子型為主將其分為陰離子型、陽離子型、非離子型、兩性離子型和其他特殊類型的表面活性劑。詳見表2-1。目前十六頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點

一、離子型表面活性劑（一）陰離子型表面活性劑親水性基團是陰離子，帶負電荷。脂肪酸鈉，十二烷基苯磺酸鈉目前十七頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點（二）陽離子型表面活性劑溶于水時，其親水基呈現(xiàn)正電荷。親水基主要為堿性氮原子，也有磷、硫等。

含氮陽離子型表面活性劑主要為胺鹽及季銨鹽。

季銨化物目前十八頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點陽離子型表面活性劑具有強的吸附能力：帶有正電荷，對于通常帶有負表面電荷的紡織品、金屬、玻璃、塑料、礦物、動物或人體組織等，它的吸附能力比陰離子和非離子強。易在基質(zhì)表面上形成親油性膜：具有憎水的作用,能顯著地降低纖維表面的靜摩擦系數(shù)。廣泛用作紡織品抗靜電劑、防水劑、柔軟劑、染料的固色劑。

用做頭發(fā)調(diào)理劑、礦石浮選劑、金屬防腐劑、瀝青乳化劑等。陽離子型表面活性劑的特點:目前十九頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點（三）兩性離子型表面活性劑在同一分子中既含有陰離子親水基又含有陽離子親水基的表面活性劑。氨基酸型，甜菜堿型目前二十頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點兩性離子型表面活性劑的特點:(1)對織物有優(yōu)異的柔軟平滑性和抗靜電性。(2)有一定的殺菌性和抑霉性。(3)有良好的乳化性和分散性。(4)與其他類型表面活性劑有良好的配伍性，在一般情況下會產(chǎn)生協(xié)同增效效應(yīng)。(5)可以吸附在帶負電荷或正電荷的物質(zhì)表面上，而不生成憎水薄層，有很好的潤濕性和發(fā)泡性。(6)低毒性和對皮膚、眼睛的低刺激性。(7)極好的耐硬水性。(8)良好的生物降解性。

目前二十一頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點兩性離子型表面活性劑用途日用化工、紡織工業(yè)、染料、顏料、食品、制藥、機械、冶金、洗滌等方面。洗滌劑(detergent)乳化劑(emulsityingagent)潤濕劑(wettngagent)清洗劑(cleaningagent)發(fā)泡劑(foamingagent)抗靜電劑(antistaticagent)洗發(fā)劑(shampoo)柔軟劑(softeningagent)緩蝕劑(anticorrosionagent)染料助劑(dyeingassistant)分散劑(dispersingagent)螯合劑(sequestrant)殺菌劑(bectericidalagent)抗微生物劑(antimicrobialagent)目前二十二頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點1.Krafft點(克拉夫點）：離子型表面活性劑在水中的溶解度在低溫時隨溫度的升高緩慢地增加，但溫度升至某一值后，溶解度即迅速增大，該溫度稱為臨界溶解溫度，即所謂的Krafft點。（四）離子型表面活性劑的Krafft點(克拉夫點）這一點的濃度其實就是該溫度下的cmc。離子型表面活性劑在該溫度下形成膠束。由圖所示同系列表面活性劑的Krafft點隨碳氫鏈長度增加Krafft點向高溫移動。圖2—4烷基磺酸鹽的溶解度與溫度的關(guān)系目前二十三頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點2.用途可以采用Krafft點的高低來判斷表面活性劑的親水親油性。Krafft點高者親油性好，親水性差，反之Krafft點低者親水性好，而親油性差。當洗滌溫度低于Krafft點時，表面活性劑的溶解量很少，不能達到臨界膠團濃度，得不到好的去污垢效果．因此欲配制在較低的溫度下使用的洗滌劑，就不能選擇疏水基過長的表面活性劑．非離子表面活性劑的Krafft點一般都低于零度，對鈣、鎂離子的敏感性也較低．目前二十四頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點表2-5烷基硫酸鈉在水中的Krafft溫度活性劑Kraff點活性劑Kraff點

C10H21SO4Na8C10H21CHC6H4SO3Na

|CH331.5C12H25SO4Na16C12H25CHC6H4SO3Na|CH346C14H29SO4Na30C14H29CHC6H4SO3Na|CH354.2C16H33SO4Na45C16H33CHC6H4SO3Na|CH360.8C18H37SO4Na56目前二十五頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點（一）非離子型表面活性劑結(jié)構(gòu)特點在水溶液中不電離。親水基由具有一定數(shù)量的含氧基團(一般為醚基和羥基)構(gòu)成。如：聚氧乙烯基—(C2H4O)n—H

（聚乙二醇基）多醇(甘油、季戊四醇、蔗糖、葡萄糖、山梨醇等)二、非離子型表面活性劑脂肪酸甘油酯，失水山梨醇脂肪酸酯（司盤），聚山梨酯（聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯）（吐溫）目前二十六頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點非離子型表面活性劑的特點:非離子型表面活性劑在溶液中穩(wěn)定性高:不易受強電解質(zhì)無機鹽類存在的影響，也不易受pH值的影響。與其他類型表面活性劑相容性好。目前二十七頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點嵌段聚醚品種繁多，用途廣泛。常用的是環(huán)氧丙烷和環(huán)氧乙烷的整體共聚物。按其聚合方式可分為整嵌、雜嵌、全雜嵌三種類型。整嵌型聚醚（全整體共聚型）：應(yīng)用最廣。引發(fā)劑﹢一種氧化烯烴﹢另一種氧化烯烴（聚氧烯烴）（聚氧烯烴）調(diào)節(jié)聚氧丙烯的“分子量”和聚氧乙烯的百分比，可得一系列具有不同性質(zhì)的聚醚。目前二十八頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點聚醚中：分子量小者潤濕性能較好，起泡作用極差，洗滌作用不好；隨著分子量增加，洗滌性能變好，起泡作用亦漸增；分子量很大時則潤濕性能不好，洗滌性能有所下降，但分散性能增加。以丙二醇和丙三醇為起始劑的氧化丙烯與氧化乙烯的整嵌聚合物，具有較強的消泡功能，常用于高效低泡洗滌劑和洗衣粉中。目前二十九頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點1.濁點緩慢加熱非離子型表面活性劑的透明水溶液，當表面活性劑開始析出，溶液呈現(xiàn)混濁時的溫度為非離子表面活性劑的“濁點”。說明溫度升高會使其溶解度降低。2.產(chǎn)生的原因親水基：羥基和醚鍵，通過羥基和醚鍵中的氧原子與水形成氫鍵而溶于水，故親水性不強。（二）非離子型表面活性劑的“濁點”目前三十頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點當加熱聚氧乙烯非離子表面活性劑溶液時：隨著溫度的升高，醚鍵與水分子間形成的氫鍵會被破壞，非離子表面活性劑的親水性會下降，溶解度會減小，甚至不溶于水，使非離子表面活性劑成為細小的“油珠”析出，致使原來透明的溶液變?yōu)闇啙?。非離子表面活性劑往往具有在濁點以下溶于水，在濁點以上不溶于水的特性。

目前三十一頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點表2—6壬烷基酚EO數(shù)對其濁點的影響EO數(shù)

HLB濁點／℃親水性水親油性礦物油13．3<0不溶極易溶解48．9<0稍微分散易溶解510<0白色乳濁分散可溶解711．75分散乃至溶解稍難溶912．954易溶解難溶乃至不溶目前三十二頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點表面活性劑濁點(℃)表面活性劑濁點(℃)C12(EO)744C19(EO)1055C12(EO)1073.5C19(EO)1579C12(EO)15>100C19(EO)20>100在疏水基相同的條件下，聚氧乙烯非離子表面活性劑的濁點隨其聚氧乙烯中環(huán)氧乙烷加成數(shù)(EO數(shù))增加、親水性增強而升高。目前三十三頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點3.用途濁點是推測聚氧乙烯型非離子表面活性劑性質(zhì)的最重要的指標。在生產(chǎn)和應(yīng)用中起指導(dǎo)作用。

可以根據(jù)需要，合成表面活性劑。目前三十四頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點三、雙子(Gemini)表面活性劑新一代表面活性劑Gemini雙子表面活性劑的定義通過化學(xué)鍵將兩個或兩個以上的同一或幾乎同一的表面活性劑單體，在親水頭基或靠近親水頭基附近用聯(lián)接基團將這兩親成份聯(lián)接在一起，形成的一種表面活性劑稱為雙子表面活性劑。該類表面活性劑有陰離子型、非離子型、陽離子型、兩性離子型及陰-非離子型、陽-非離子型等。目前三十五頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點雙子表面活性劑的結(jié)構(gòu)1.雙子表面活性劑都具有兩個疏水鏈和親水頭基；2.鏈接基團可以是短鏈基團；可以是剛性基團，也可以是柔性基團，可以是親水集團，也可以是疏水基團。3.親水頭基可以是陰離子的（磺酸鹽，硫酸鹽，羧酸鹽）也可以是陽離子的（銨鹽），還可以是非離子的（糖，聚醚）。目前三十六頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點離子型Gemini表面活性劑的特征性質(zhì)：

（1）更易吸附在氣/液表面，從而更有效地降低水溶液表面張力。（2）更易聚集生成膠團。（3）Gemini降低水溶液表面張力的傾向遠大于聚集生成膠團的傾向，降低水溶液表面張力的效率是相當突出的。（4）具有很低的Krat~相轉(zhuǎn)移點。（5）對水溶液表面張力的降低能力和降低效率而言，Gemini和普通表面活性劑尤其是和非離子表面活性劑的復(fù)配能產(chǎn)生更大的協(xié)同效應(yīng)。（6）具有良好的鈣皂分散性質(zhì)。（7）在很多場合，是優(yōu)良的潤濕劑。目前三十七頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點雙子表面活性劑的應(yīng)用1.分子結(jié)構(gòu)決定性能，而性能又決定其應(yīng)用范圍。雙子表面活性劑的獨特結(jié)構(gòu)決定了它有獨特的性能及應(yīng)用。例如，在化妝品中，低的cmc意味著雙子表面活性劑比普通的表面活性劑對皮膚的刺激性更小。雙子表面活性劑cmc值較低表明它比普通活性劑在更低濃度下就能溶解不溶于水的物質(zhì)。2.與普通活性劑相比，雙子表面活性劑在溶液界面的吸附能力大100—1000倍。這意味著雙子表面活性劑比普通活性劑效率更高。所需的濃度更低。

目前三十八頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點

有天然和合成的兩類。天然高分子及改性產(chǎn)物如淀粉、羧甲基淀粉、羥乙基淀粉以及羥甲基纖維素等可作為吸水劑和膠體保護劑。由于分子量高，故滲透力弱；高分子表面活性劑用途：可用作膠凝劑、減阻劑、增粘劑、絮凝劑、分散劑、乳化劑、破乳劑、增溶劑、保濕劑、抗靜電劑、紙張增強劑等。四、高分子表面活性劑目前三十九頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點含有氟、硅、磷和硼等元素的表面活性劑。1．含氟表面活性劑具有“三高”、“二憎”特點。

“三高”：即高表面活性，高耐熱性，高化學(xué)惰性。

“二憎”：即既憎水又憎油。有低毒特性。能把水的表面張力值降至很低且用量少，熱分解溫度高，在濃硫酸、濃硝酸中也不被破壞。

CF3

︱C2F5(OCF2CF)2OC2F4SO3Na。

“輕水滅火劑”其磺酸鹽水溶液的表面張力極低，可在油的表面上鋪展，形成一層水膜隔斷油與空氣的接觸而滅火五、特種表面活性劑目前四十頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點2．含硅表面活性劑可分陰離子、陽離子和非離子三種類型。陰離子型CH3Si(CH2)10SO3Na陽離子型(CH3)3Si(CH2)8N(CH3)3Br-非離子型(CH3)3Si(CH2)6O(CH2CH2O)6H降低表面張力的性能很強；優(yōu)良的潤濕性；具有消泡性和穩(wěn)泡性；尤其是聚硅醚表面活性劑，在濁點以上有消泡作用，在濁點以下起穩(wěn)泡作用。

目前四十一頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點3．含磷表面活性劑分陰離子型、非離子型、陽離子型和兩性含磷表面活性劑。表面活性高、抗電解質(zhì)及抗硬水性較強，生物降解性好。在洗滌劑工業(yè)中用于低泡洗滌劑。在合纖工業(yè)中用作合纖紡織油劑及纖維的抗靜電劑。其中烷基磷酯的鹽類，是很有前途的一類陰離子型表面活性劑。目前四十二頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點第三節(jié)表面活性劑在溶液中的狀態(tài)和性質(zhì)一、表面活性劑溶液體系表現(xiàn)為兩種重要的基本性質(zhì)1.在界面上產(chǎn)生選擇性定向吸附，使界面性質(zhì)發(fā)生顯著變化；2.在通常使用濃度下形成膠團。圖2—5表面活性劑在其溶液表面的定向吸附和在溶液內(nèi)部形成膠團目前四十三頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點二、表面活性劑在界面上的吸附表面活性劑分子(或離子)在界面上吸附越多，界面張力降低越大。在一定溫度和壓力下，界面上的吸附量Г與溶液濃度C有關(guān)，吉布斯吸附等溫式：式中Г—表面活性劑在界面上的吸附量，mol·cm-2；

C—表面活性劑溶液的濃度，mol·L-1；dσ/dC—溶液的表面張力隨濃度的變化率，稱為表面活度。此式適用于非離子表面活性劑溶液，目前四十四頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點陰、陽兩種表面活性劑離子對dσ也都有影響，若考慮這種作用，上式修正為下式：

式中：n——常數(shù)，取決于離子表面活性劑的類型和離解程度，

對1-1型表面活性劑來說，n=2。

目前四十五頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點三、膠束的形成（一）、臨界膠團（束）濃度臨界膠團（束）濃度(縮寫為cmc)：表面活性劑在溶液形成膠團（束）的最低濃度。

低于此濃度，表面活性劑以單體分子方式存在；高于此濃度，單體和膠束的動態(tài)平衡狀態(tài)存在。在溫度和壓力一定的條件下，測定溶液的一系列物理化學(xué)性質(zhì)隨濃度變化時發(fā)現(xiàn)，在某一狹窄濃度區(qū)間它們發(fā)生急劇變化。目前四十六頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點圖2—6十二烷基硫酸鈉水溶液的一些性質(zhì)隨濃度的變化目前四十七頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點臨界膠團濃度（cmc），可以作為表面活性劑表面活性的一種量度。cmc愈小，則該表面活性劑的表面活性愈高，改變界面狀態(tài)(起到潤濕、乳化、加溶、起泡、洗滌等作用)所需的表面活性劑濃度也愈低。表面活性劑溶液形成膠團的濃度（即飽和吸附濃度）愈低。

圖2-7表面活性劑溶液的膠團化過程(a)極稀溶液；(b)稀溶液；(c)臨界膠團濃度的溶液；(d)大于臨界膠團濃度的溶液目前四十八頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點（二）、膠團（束）的結(jié)構(gòu)1.膠團的結(jié)構(gòu)（1）離子型表面活性劑膠團的結(jié)構(gòu)。

圖2-8離子型表面活性劑膠團模型目前四十九頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點（2）．非離子型表面活性劑膠團結(jié)構(gòu)①膠團內(nèi)核由碳氫鏈組成類似液態(tài)烴的內(nèi)核。②膠團