【大学课件】表面活性剂概述及表面活性剂作用原理.ppt

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1、2023/9/23,http:/,1,第一章 表面活性剂概述,2023/9/23,2,http:/,冰淇淋是我们最喜爱的食物；有了洗涤剂我们的生活才能如此美好。若没有表面活性剂，这两样东西都不会有。这真是太可悲了。但是，如果真的没有了表面活性剂，也不会有人为没有冰淇淋和洗涤剂而哭泣。因为没有表面活性剂，人也没有了。英国著名界面化学家Ckint,2023/9/23,3,http:/,2023/9/23,4,http:/,2023/9/23,5,http:/,2023/9/23,6,http:/,2023/9/23,7,http:/,2023/9/23,8,http:/,2023/9/23,9,h

2、ttp:/,2023/9/23,10,http:/,眼 影,2023/9/23,11,http:/,2023/9/23,12,http:/,指甲油,2023/9/23,13,http:/,香 水,2023/9/23,14,http:/,1 消毒杀菌2 腈纶匀染剂3 抗静电剂4 矿物浮选剂5 相转移催化剂6 织物柔软剂,食品加工印染金属加工电镀采矿采油,2023/9/23,15,http:/,表面活性剂一词来自英文Surfactant。它实际上是短语Surface（表面）Active（活性）Agent（添加剂）的缩合词。它还有一个名字叫做Tenside。,表面活性剂是这样一种物质，它活跃于表面和

3、界面上，具有极高的降低表、界面张力的能力和效率。在一定浓度以上的溶液中形成分子有序组合体，从而具有一系列应用功能。,2023/9/23,16,http:/,降低表面张力为正吸附，溶质在溶液表面的浓度大于其在溶液本体中的浓度 此溶质为表面活性物质 增加表面张力为负吸附，溶质在溶液表面的浓度小于其在溶液本体中的浓度 此溶质为表面惰性物质 溶入少量就能显著降低表面张力的物质也称表面活性物质或表面活性剂。,2023/9/23,17,http:/,2023/9/23,18,http:/,(a),(b),2023/9/23,19,http:/,1.1 表面活性剂分类,表面活性剂分子,非极性烃链（疏水）,极

4、性基团（亲水）,硬脂酸,2023/9/23,20,http:/,阴离子表面活性剂,R-OSO3Na硫酸酯盐,R-SO3Na磺酸盐,R-OPO3Na2磷酸酯盐,1.离子型,2.非离子型,表面活性剂,1.1.1 按离子类型,2023/9/23,21,http:/,阳离子表面活性剂,CH3|R-N-HCl仲胺盐|H,CH3|R-N-HCl叔胺盐|CH3,CH3|R-N+-CH3Cl-季胺盐|CH3,2023/9/23,22,http:/,两性表面活性剂,CH3|R-N+-CH2COO-H 甜菜碱型|CH3,2023/9/23,23,http:/,R-(C6H4)-O(C2H4O)nH烷基酚聚氧乙烯醚

5、,非离子表面活性剂,R2N-(C2H4O)nH聚氧乙烯烷基胺,R-CONH(C2H4O)nH聚氧乙烯烷基酰胺,R-COOCH2(CHOH)3H多元醇型,2023/9/23,24,http:/,1.1.2 按亲水基的结构分类,极性基团：羧酸、磺酸、硫酸、磷酸酯盐、氨基或胺基及其盐（伯、仲、叔、季）鎓盐型（磷、砷、硫、碘化合物）羟基、酰胺基、醚键等。,2023/9/23,25,http:/,1.1.3 按疏水基的种类分类,直链烷基支链烷基3.烷基苯基4.烷基萘基,通常为烃基构成,5.松香衍生物6.高分子质量聚氧丙烷基7.长链全氟(或高氟代)烷基8.聚硅氧烷基,2023/9/23,26,http:/

6、,硅表面活性剂,氟表面活性剂,1.1.4 按表面活性剂的特殊性分类,元素表面活性剂是指碳氧链上的氢（碳）原子被其它元素所代替，而显现出与普通表面活性剂不同的性能,元素表面活性剂,2023/9/23,27,http:/,高分子表面活性剂,3.合成高分子表面活性剂聚乙烯醇、聚丙烯酸盐、聚丙烯酰胺,2.部分合成高分子表面活性剂羧甲基纤维素、羧甲基淀粉,1.天然高分子表面活性剂阿拉伯树胶、皂、蛋白质（大豆蛋白、牛乳）,2023/9/23,28,http:/,生物表面活性剂,1.糖脂系 鼠李糖脂、海藻糖脂、槐糖脂 2.酰基缩氨酸系 硫放线菌素、脂缩氨酸。,由酵母、细菌作用于培养液。生成有特殊结构的表面活

7、性剂,2023/9/23,29,http:/,冠醚型表面活性剂,冠醚能与金属多价离子络合作，用作相转移催化剂、萃取剂等,2023/9/23,30,http:/,1.1.5 其他分类方法,广泛应用于洗涤、医药、石油、食品、农业等各个领域。,水溶性的油溶性的,低分子量的高分子量的,表面活性剂具有润湿、分散、乳化、增溶、起泡、消泡、保湿、润滑、洗涤、渗透、杀菌、防腐等功能，,2023/9/23,31,http:/,1.2 表面活性剂的国内外发展,1表面活性剂要易于生物降解，原料可再生，广泛使用后，对环境无污染，对人、畜安全温和。2表面活性剂要高效、多功能，除有清洁作用外，还要 有抑菌、杀菌、滋润皮肤

8、等作用，并应不断开发新用途。3耐硬水、低温洗涤效果好，浓缩的表面活性剂洗涤用品 是一个发展方向，这包括浓缩洗衣粉和浓缩液体洗涤剂。,2023/9/23,http:/,32,表面活性剂的作用原理,第二章,2023/9/23,http:/,33,2.1 表面张力与表面活性,当任意两相接触时,两相之间决非是一个没有厚度的纯几何面,而是一个具有相当厚度的过渡区,这一过渡区通常称之为界面。若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。但由于历史的原因,这两个概念常常混用。,常见的界面有：气-液界面，气-固界面，液-液界面，液-固界面，固-固界面。,2023/9/23,http:/,34,气-液界面,2023/

9、9/23,http:/,35,气-固界面,2023/9/23,http:/,36,液-液界面,2023/9/23,http:/,37,液-固界面,2023/9/23,http:/,38,固-固界面,2023/9/23,http:/,39,2.1.1 表面张力和表面自由能,http:/,40,2023/9/23,（a）,（b）,http:/,41,2023/9/23,如果在活动边框上挂一重物，使重物质量W2与边框质量W1所产生的重力F（F=（W1+W2）g）与总的表面张力大小相等方向相反，则金属丝不再滑动。,这时,l是滑动边的长度，因膜有两个面，所以边界总长度为2l，就是作用于单位边界上的表面张

10、力。,http:/,42,2023/9/23,由于表面层分子的受力情况与本体中不同，因此如果要把分子从内部移到界面，或可逆的增加表面积，就必须克服系统内部分子之间的作用力，对系统做功。,温度、压力和组成恒定时，可逆使表面积增加dA所需要对系统作的功，称为表面功。用公式表示为：,把作用于单位边界线上的这种力称为表面张力，用 表示，单位是N/m。也是增加单位表面积时所必须对系统做的功，单位J/m2,2023/9/23,43,http:/,表面张力的测定,1.滴重法,W=2Rf,=W/2Rf,2023/9/23,44,http:/,滴落的高速摄影示意图,那为什么有个系数呢？,2023/9/23,ht

11、tp:/,45,2.毛细管上升法,r 毛细管半径界面两相的密度差g 重力加速度h 高度差,2023/9/23,http:/,46,3.环法4.吊片法,5.最大汽泡压力法,6.滴外形法,2023/9/23,http:/,47,浓度,2.1.2 表面活性和表面活性剂,具有第三类曲线的物质才叫表面活性剂。,特劳贝规则,2023/9/23,http:/,48,2.1.3 表面活性剂的结构特点,http:/,49,2023/9/23,http:/,50,2023/9/23,2.2 表面活性剂胶束,2.2.1 胶束的形成,http:/,51,2023/9/23,胶束结构示意图,2023/9/23,52,h

12、ttp:/,2.2.2 临界胶束浓度 CMC Critical Micell Concentration,表面活性剂在水中随着浓度增大，表面上聚集的活性剂分子形成定向排列的紧密单分子层，多余的分子在体相内部也三三两两的以憎水基互相靠拢，聚集在一起形成胶束，这开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度。,http:/,53,2023/9/23,这时溶液性质与理想性质发生偏离，在表面张力对浓度绘制的曲线上会出现转折。继续增加活性剂浓度，表面张力不再降低，而体相中的胶束不断增多、增大。,2023/9/23,54,http:/,2.2.2.1 临界胶束浓度的测定方法,1.表面张力法,界面张力仪,2023/

13、9/23,55,http:/,2.电导法,3.增溶作用法,4.染料法,2023/9/23,56,http:/,5.光散射法,2023/9/23,57,http:/,2.2.2.2 影响临界胶束浓度的因素,表面活性剂的碳氢链长,碳氢链分支,极性基团的位置,碳氢链中其它取代基的影响,亲水基团的种类,疏水链的性质,温度,离子型 Krafft point非离子型 浊点 cloud point,2023/9/23,http:/,58,2.2.3 胶束的形状和大小,球 状,2023/9/23,http:/,59,2023/9/23,http:/,60,2023/9/23,http:/,61,2.2.4 胶

14、束的作用,乳化作用泡沫作用分散作用增溶作用催化作用,2023/9/23,http:/,62,2.3 表面活性剂结构与性能的关系,2.3.1 表面活性剂的亲水性 HLB,亲水亲油平衡值(Hydrophile-Lipophile Balance)表面活性剂分子中亲水和亲油基团对油或水的综合亲合力，是用来表示表面活性剂的亲水亲油性强弱的数值。,Griffin,http:/,63,2023/9/23,HLB值=,亲水基质量,亲水基质量+憎水基质量,100/5,2.3.1.1 HLB的确定,非离子型,多元醇脂肪酸酯,HLB=20(1-S/A),聚氧乙烯型,皂化值不易得到的,HLB=(E+P)/5,htt

15、p:/,64,2023/9/23,离子型,HLB=(亲水基团HLB)+(亲油基团HLB)+7,混合型,HLB混合=(HLBi qi),2023/9/23,65,http:/,亲油|亲水 HLB值 0 1 3 6 7 8 10 12 13 15 18 20|消泡|润湿剂|增溶剂|石蜡 W/O乳化剂|去污|聚乙二醇|渗透作用|O/W 乳化剂|,2.3.1.2 HLB与表面活性剂应用关系,2023/9/23,http:/,66,2.3.2 亲油基的影响,氟代烃基 硅氧烃基 脂肪族烷烃基,环烷烃基 脂肪族烯烃 脂肪族芳香烃 芳香烃 带弱亲水基的烃基,疏水性,2.3.3 亲水基的影响,2023/9/23,http:/,67,2.3.4 分子形态的影响,2.3.4.1 亲水基的相对位置,位于分子中间时湿润性能比较强位于分子末端时去污能力比较强,2.3.4.2 亲油基的支链,有分支结构的湿润性和渗透性的较好 去污能力较差,亲水基分子,2023/9/23,http:/,68,2.3.5 分子量的影响,分子量小的的湿润性和渗透性的较好分子量大的洗涤、分散、乳化能力较好,2.3.6表面活性剂的溶解度,2.3.7 表面活性剂的安全性和温和性,2.3.8 表面活性剂的生物降解性,