第1章_表面活性劑概述.ppt

1、表面化學(xué)與納米技術(shù),課程簡介,表面活性劑 18學(xué)時，1-5周，周4學(xué)時 教材：表面活性劑化學(xué)，王世榮主編，化學(xué)工業(yè)出版社出版，2010 納米技術(shù) 16學(xué)時，5-9周，周4學(xué)時 教材：納米科技導(dǎo)論，徐國財主編 高等教育出版社，2008,表面活性劑化學(xué) 主要內(nèi)容：介紹各種類型的表面活性劑的性質(zhì)、特點、用途，尤其是其在生活中及工業(yè)中的各種用途，通過該課程的學(xué)習(xí)，可以將表面活性劑的諸多功能與性質(zhì)聯(lián)系起來，更好的去理解和應(yīng)用表面活性劑。,課程簡介,包括：表面活性劑概述、表面活性劑作用原理、表面活性劑的功能與應(yīng)用、陰離子表面活性劑、陽離子表面活性劑、兩性表面活性劑、非離子表面活性劑、特殊類型的表面活性劑、

2、表面活性劑的復(fù)配,第一章 表面活性劑概述,主要內(nèi)容 表面活性劑的分類 表面活性劑的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 掌握：表面活性劑的定義、分類方法； 了解表面活性劑的發(fā)展?fàn)顩r,什么是表面活性劑？ 表面活性劑是一類重要的精細化學(xué)品，早期主要應(yīng)用于洗滌、紡織等行業(yè)，現(xiàn)在幾乎覆蓋了精細化工的所有領(lǐng)域。目前人們對表面活性劑的定義尚無統(tǒng)一的描述，但普遍認為從其名稱上看應(yīng)包括三個方面的含義， 即“表（界）面”、“活性”和“添加劑”。,定義：具體地講，表面活性劑應(yīng)當(dāng)是這樣一類物質(zhì)，在加入量很少時即能明顯降低溶劑（通常為水）的表面（或界面）張力，改變物系的界面狀態(tài)，能夠產(chǎn)生潤濕，乳化、起泡、增溶及分散等一系列作用，從而達到實

3、際應(yīng)用的要求。,表面活性劑達到一定濃度后可締合形成膠團，從而具有潤濕或抗粘、乳化或破乳、起泡或消泡以及增溶、分散、洗滌、防腐、抗靜電等一系列物理化學(xué)作用及相應(yīng)的實際應(yīng)用，成為一類靈活多樣、用途廣泛的精細化工產(chǎn)品,簡單介紹幾個相關(guān)名詞,表面：凝聚體與氣體之間的接觸面 界面：凝聚體與凝聚體之間的接觸面 表面張力：作用于液體表面單位長度上使表面收縮的力（mN/m）。 是液體表面層由于分子引力不均衡而產(chǎn)生的沿表面作用于任一界線上的張力。 比如： 露水總是盡可能的呈球型，而某些昆蟲則利用表面張力可以漂浮在水面上。,實驗一： 這個實驗，也可以說是一個關(guān)于表面張力的小游戲。先找一個朋友和你一起來進行這個游戲

4、，然后準(zhǔn)備一杯水（把水加到杯子的邊緣處,目視水至杯口齊平處），16枚1元的硬幣(也可以更多)。然后是這個游戲的規(guī)則，和朋友每人一次向杯子里輪流投放硬幣，每次投放硬幣數(shù)沒有限制，可以一次放進1枚，可以2或3枚,或者更多，直到誰先把水溢出杯子為止。投放硬幣的時候用拇指和食指捏住硬幣輕輕的放進盛滿水的杯子。本人最多一次投放了82枚1元硬幣。,實驗二 有孔紙片托水 材料：瓶子一個、大頭針一個、紙片一張，有色水一滿杯 操作： 1、在空瓶內(nèi)盛滿有色水。 2、用大頭針在白紙上扎許多孔。 3、把有孔紙片蓋住瓶口。 4、用手壓著紙片，將瓶倒轉(zhuǎn)，使瓶口朝下。 5、將手輕輕移開，紙片紋絲不動地蓋住瓶口，而且水也未從

5、孔中流出來。,講解： 薄紙片能托起瓶中的水，是因為大氣壓強作用于紙片上，產(chǎn)生了向上的托力。小孔不會漏出水來，是因為水有表面張力，水在紙的表面形成水的薄膜，使水不會漏出來。 這如同布做的雨傘，布雖然有很多小孔，仍然不會漏雨一樣。,實際應(yīng)用舉例,洗發(fā)水、香波、肥皂、香皂、潤膚露、雪花膏、牙膏、香水、面包、飲料、酒等等。,第一節(jié) 表面活性劑的分類,一、按離子類型分類,表面活性劑,表面活性劑的分類通常按離子類型分類 在水中能電離而生成離子的叫離子表面活性劑； 不能電離的叫非離子表面活性劑； 在離子表面活性劑中，親水基團帶有負電荷的叫陰離子表面活性劑； 親水基團帶有正電荷的叫陽離子表面活性劑。 視溶液酸

6、堿度不同而離解成陰離子或陽離子的則稱為兩性表面活性劑。,二、按親水基的結(jié)構(gòu)分類（8） 羧酸鹽型 C17H35COONa 磺酸鹽型C12H25-C6H6-SO3Na 硫酸酯鹽型C18H37OSO3Na,磷酸酯鹽型C12H25OPO3Na2(單酯) (C12H25O)2PO2Na（雙酯） 胺鹽型（伯胺鹽-NH2HX、仲胺鹽-NHHX、 叔胺 鹽-N-HX） 季銨鹽型-N+X- 多羥基型-OH 聚氧乙烯型-(CH2CH2O)n-,三、按疏水基種類分（8） 直鏈烷基-CnH2n+1,n=8-20 支鏈烷基 烷基苯基R-C6H4- 烷基萘基R-(C10H6)2-,松香衍生物 高分子量聚氧丙烯基-(OC3

7、H7) n- 長鏈全氟代烷-CnF2n+1 聚硅氧烷基 (CH3)3-Si-O-Si(CH3)2-O-n-Si(CH3)2-,四、按表面活性劑的特殊性分類（5） 碳氟表面活性劑CF3(CF2)6COONa 含硅表面活性劑 (CH3)3Si-CH2-Si(CH3)2-CH2CH2COONa 高分子表面活性劑 生物表面活性劑 冠醚表面活性劑,新型特種表面活性劑,1、 雙聯(lián)型表面活性劑,雙聯(lián)型表面活性劑是用連接基將兩個表面活性劑分子聯(lián)在一起，從而使表面活性劑分子中帶有兩個親油基及親水基，成為雙親油基-雙親水基表面活性劑（Gemini Surfactants）。雙聯(lián)型表面活性劑與傳統(tǒng)表面活性劑的結(jié)構(gòu)見

8、圖,雙聯(lián)型表面活性劑結(jié)構(gòu)示意圖,雙聯(lián)型表面活性劑中連接基可以是親水性，也可以是親油性；可以是烷烴，也可以是芳環(huán)。雙聯(lián)型表面活性劑具有多種類型，包括陰離子、非離子、陽離子型。與傳統(tǒng)表面活性劑相比，雙聯(lián)型表面活性劑具有很高的表面活性，其水溶液具有特殊的相變行為及流變性，已廣泛引起化學(xué)界及工業(yè)界的關(guān)注，是發(fā)展前景廣闊的新型表面活性劑。,雙聯(lián)型表面活性劑的典型結(jié)構(gòu),2、 有機氟表面活性劑,主要是指在表面活性劑的碳氫鏈中，氫原子全部用氟原子取代了的全氟表面活性劑，是表面活性最強的一種特殊表面活性劑。它與碳氫鏈不同，其憎水作用比碳氫鏈強，而且憎油。不但降低水的表面張力，也能降低碳氫化合物液體的表面張力。表

9、面活性非常強，擴散力也非常高。它可用于提高憎水性的織物處理及抗污處理，還可用于產(chǎn)生穩(wěn)定的泡沫滅火劑，也可作乳液聚合的乳化劑。,3、 有機硅表面活性劑,表面活性劑分子中的疏水鏈不再是碳氫鏈，而是聚硅氧烷鏈或聚硅烷鏈。 聚硅氧烷鏈或聚硅烷鏈的疏水性遠高于碳氫鏈。含硅表面活性劑具有較高的熱穩(wěn)定性和較好的潤濕能力，同時具有泡沫抑制性和泡沫穩(wěn)定性?？捎脕砼渲聘鞣N紡絲油劑。,4、 冠醚型表面活性劑,冠醚類大環(huán)化合物具有與金屬離子絡(luò)合、形成可溶于有機溶劑相絡(luò)合物的特性，因而廣泛用作相轉(zhuǎn)移催化劑。由于冠醚大環(huán)主要由聚氧乙烯構(gòu)成，與非離子表面活性劑極性基相似，故在冠醚上引入烷基，則可得到與非離子表面活性劑類似，

10、但又有其獨特性質(zhì)的新型表面活性劑。,5、 高分子表面活性劑,高分子表面活性劑一般認為是分子量在數(shù)千以上且具有表面活性的物質(zhì)。其分類見表 ：,高分子表面活性劑的分類,由于分子量高，它具有低分子表面活性劑所沒有的一些特性，如良好的分散性、凝聚性、穩(wěn)泡性、乳化和增稠性；毒性小，有良好的保護膠體和增溶能力，優(yōu)良的成膜性及粘附性能， 在各個工業(yè)部門被廣泛用作膠乳穩(wěn)定劑、增稠劑、破乳劑、防垢劑、分散劑、乳化劑和絮凝劑等，其中的許多應(yīng)用是低分子表面活性劑難以替代的。,6、 表面活性催化劑,表面活性催化劑是一種較新的概念。它把表面活性作用和催化作用集中在一個化合物分子中。使之能在膠束的表面上把非均相催化劑的高

11、選擇性和均相催化劑的高活性結(jié)合起來。例如，下列結(jié)構(gòu)的表面活性催化劑已在烯烴加氫和氫甲醛化中取得成功，解決了昂貴的均相過渡金屬催化劑的分離和回收使用的問題。,陰離子表面活性三苯基膦配體銠催化劑,五、其他分類方法（4） 按溶解性分:水溶性、油溶性 按來源分：合成、天然、半合成 按分子量高低分：低分子量、高分子量 按應(yīng)用功能分：乳化劑、洗滌劑、潤濕劑、發(fā)泡劑、消泡劑、分散劑、絮凝劑、滲透劑及增溶劑。（分別作簡單介紹并與實際例子相結(jié)合）,第二節(jié) 表面活性劑的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r,一、世界表面活性劑工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r 1.應(yīng)用范圍及發(fā)展?fàn)顩r： 應(yīng)用范圍廣泛:表面活性劑應(yīng)用范圍廣闊，在紡織、造紙、醫(yī)藥、食品、民用、

12、建筑等各領(lǐng)域都有重要的作用，素有“工業(yè)味精”的美譽。,目前全世界有6000多種，商品牌號上萬種，年產(chǎn)量接近1500萬噸，總體呈平衡而緩慢的增長態(tài)勢，北美和西歐市場趨飽和，年增長率在2%以下，亞洲和其他地區(qū)發(fā)展較快，年增長率在4%以上。,2.生產(chǎn)和消費的表面活性劑品種：以陰離子為主，占55%；非離子次之，35%；陽離子和兩性表面活性劑占10%,3.使用范圍包括的三個部分： 家用、個人護理用、工業(yè)與公共設(shè)施用 家用占總消費量的一半以上。 工業(yè)用表面活性劑所占比例的大小，從一個側(cè)面反映了這個國家工業(yè)的發(fā)達程度，并為工業(yè)發(fā)展提供條件并起促進作用。,表面活性劑在發(fā)達國家工業(yè)用占整個應(yīng)用的 一半以上 美國

13、 工業(yè)用占44%，且以陰離子為主，占65% 西歐 43%， 陰 ，占50%以上 日本 上世紀(jì)90年代末 75%以上，以陰為主，50%以上.,二、我國表面活性劑工業(yè)的現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢 制造工業(yè)起步于1903年，發(fā)展于20世紀(jì)50年代末60年代初。初期發(fā)展緩慢，進入90年代發(fā)展較快。現(xiàn)有品種2000多種，但與發(fā)達國家相比仍有較大差距，表現(xiàn)在：,（1）品種少，產(chǎn)量低，不能滿足國內(nèi)市場需求。（2000與6000） （2）人均消費水平低。 1994-1995年期間，美國人均消費量高達13.9 ，位居世界第一；其次是日本，為9.7；西歐為6.6。而我國僅為0.5，目前仍不足1，處于世界較低水平。,（3）

14、在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上，陰離子為主，高檔次的陽離子和兩性型表面活性劑匱乏，在 產(chǎn)量和份額上都低于美國、日本等國家。 （4）從產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域看，工業(yè)用表面活性劑所占比例遠遠低于發(fā)達國家。 （5）基礎(chǔ)理論研究比較薄弱，缺乏復(fù)配和深加工技術(shù)的理論指導(dǎo)，生產(chǎn)工藝落后。,今后，我國表面活性劑的發(fā)展主要表現(xiàn)為： （）調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，解決大宗表面活性劑品種無序引進和生產(chǎn)過剩的問題，使其形成系列化產(chǎn)品樹，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量和市場競爭力，提供適應(yīng)國際化市場需求的全球統(tǒng)一質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。 （2）加強應(yīng)用基礎(chǔ)理論研究,（3）將應(yīng)用基礎(chǔ)研究與應(yīng)用開發(fā)有機結(jié)合，不斷開發(fā)市場潛力，向電子信息、能源、新材料、環(huán)境、生物工程與生命

15、科學(xué)等高新技術(shù)領(lǐng)域擴展。 （4）積極開發(fā)專用化和功能化表面活性劑。,（5）由于環(huán)保、安全和回歸大自然的要求，表面活性劑的品種將向環(huán)境有利的方向發(fā)展，大力開發(fā)綠色表面活性劑和生物表面活性劑。,三、表面活性劑的發(fā)展動向 1.綠色標(biāo)記產(chǎn)品 綠色產(chǎn)品：原指由天然再生資源加工，對人體刺激小，易生物降解的產(chǎn)品。典型代表： 21世紀(jì)的表面活性劑正朝著安全、溫和及易生物降解的方向發(fā)展。“綠色”標(biāo)記產(chǎn)品，最早由美國制造商提出的，以后得到公眾輿論的支持。,.推進表面活性劑合成過程中化學(xué)反應(yīng)的綠色化 提高反應(yīng)的選擇性、采用環(huán)境友好的高效催化劑、改進工藝（用三氧化硫磺化代替發(fā)煙硫酸磺化）、催化劑的選擇、原料的綠色化（

16、再生資源的利用）等。,四、舉例：表面活性劑在納米材料制備技術(shù)中的應(yīng)用 1.納米技術(shù) 2.表面活性劑的作用：控制納米微粒的大小、改善納米微粒表面性能、控制納米材料結(jié)構(gòu),第三節(jié) 新型表面活性劑,一、現(xiàn)在研究比較多的表面活性劑有： 1.生物表面活性劑 具有由于化學(xué)合成表面活性劑的物化性質(zhì)。其開發(fā)始于20世紀(jì)60年代中期。具有選擇性好，用量少，無毒，能夠被完全生物降解，不對環(huán)境造成污染。,2.型表面活性劑。 孿連表面活性劑。分子的形狀如同連體的孿生嬰兒。高表面活性和低的和 。 3.傳統(tǒng)表面活性劑的改性 帶甲基支鏈的疏水基代替直鏈?zhǔn)杷垢呒壌剂蛩狨}型（）烷基苯磺酸鹽型（）的 明顯下降。改善了冷水溶

17、解性。,4.功能性表面活性劑及助劑 除為體系提供常規(guī)的性能外，還可提供強化某種特殊功能。 如高露潔公司開發(fā)的烷基甘油醚磺酸鹽 （） 一般為堿金屬離子或銨離子 在香皂中加入極小的比例，可大大降低對皮膚的刺激性，提高香皂的持久性，改善手感并可用于其他個人護理用品中。,5.可裂解表面活性劑 完成其應(yīng)用功能后可分解成非表面活性物質(zhì)或轉(zhuǎn)變成新表面活性化合物。制藥中可滿足代謝物無毒的需要。,二、已工業(yè)化的新型表面活性劑 1.烷基多苷（） 淀粉或葡萄糖與天然脂肪醇生成的。能滿足各種要求的新一代世界級工業(yè)表面活性劑。 高效、無毒、可生物降解。非離子表面活性劑。目前，全世界生產(chǎn)能力10萬噸/年。美國 5萬噸，法

18、、日、德也有。中國 日用化工研究院2000年建成1000噸/年的生產(chǎn)裝置。,2.烷基二苯醚雙磺酸鹽（） 是最早實現(xiàn)工業(yè)化的一種型表面活性劑，卓越的分散能力，優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性，耐硬水、易漂洗，低溫水溶性好。非常適用于配制低溫、無磷、超濃縮液體洗滌劑。隨著合成工藝技術(shù)的完善，型表面活性劑很有潛力成為21世紀(jì)的新一代表面活性劑。,3.螯合型表面活性劑 可與其它表面活性劑具有很好的配伍性，可提高體系的耐硬水性。對人體和環(huán)境比較溫和。可賦予洗滌劑產(chǎn)品許多優(yōu)異的功能。,本章總結(jié),表面活性劑的定義 表面活性劑的分類 表面活性劑的發(fā)展?fàn)顩r,作業(yè),1.表面活性劑的定義及分類？ 2.總結(jié)表面活性劑的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r？,復(fù)習(xí)思考題,1. 表面活性劑的概念和特點是什么？ 2. 表面活性劑的一般作用有哪些？ 3.根據(jù)親水基團的特點表面活性劑分哪幾類？各舉幾個實例