新表面活性剂概述.pptx
主要参考:表面活性剂应用原理，肖进新等,化学工业出版社，20032003表面活性剂作用原理，赵国玺等,中国轻工业出版社，20032003表面活性剂-合成性能应用,王培义等，化学工业出版社,20072007 其它参考：曾毓华.氟碳表面活性剂.北京：化学工业出版社.2001 梁治齐.功能性表面活性剂.北京：中国轻工业出版社.2002 杜巧云，葛虹.表面活性剂基础及应用.北京：中国石化出版社.1996 徐燕莉.表面活性剂的功能.北京：化学工业出版社.2000第1页/共37页第一章：表面活性剂基础1.1 1.1 表面活性剂概念1.2 1.2 表面活性剂分类1.3 1.3 表面活性剂国内外发展现状第2页/共37页当任意两相接触时当任意两相接触时,两相之间决非是一个没有厚两相之间决非是一个没有厚度的纯几何面度的纯几何面,而是一个具有相当厚度的过渡区而是一个具有相当厚度的过渡区,这一过渡区通常称之为这一过渡区通常称之为界面界面。若其中一相为气体，。若其中一相为气体，这种界面通常称为这种界面通常称为表面表面。但由于历史的原因。但由于历史的原因,这这两个概念常常混用。两个概念常常混用。常见的界面有：气常见的界面有：气-液界面，气液界面，气-固界面，液固界面，液-液液界面，液界面，液-固界面，固固界面，固-固界面。固界面。第3页/共37页界面：相与相之间的分界面界面气/液气/固液/液固/固固/液表面谁见过没有皮的馒头?第4页/共37页 处于任何相态的任何物质的表面与其体相相比较处于任何相态的任何物质的表面与其体相相比较,二者在组成、结构、分子所处的能量状态和受力情二者在组成、结构、分子所处的能量状态和受力情况等方面均有差别，由此而产生的各种物理和化学况等方面均有差别，由此而产生的各种物理和化学现象称之为现象称之为表面表面(界面界面)现象现象。1g H1g H2 2O O 表面积表面积 (m(m2 2)表面能表面能(J)(J)呈一球形水滴呈一球形水滴 4.84104.8410-4-4 3.510 3.510-5-51010-7-7 m m微小质点微小质点 6000 4346000 434 表面现象涉及的范围很广：自然现象、工农业生产过表面现象涉及的范围很广：自然现象、工农业生产过程、生理现象、科学研究、多相催化甚至日常生活程、生理现象、科学研究、多相催化甚至日常生活第5页/共37页 常见的表面现象有：在光滑玻璃上的微小汞滴会自动呈球形脱脂棉易于杯水润湿水在玻璃毛细管中会自动上升固体表面会自动的吸附其他物质微小的液滴易于蒸发微小晶体溶解度大等等第6页/共37页 表面活性剂基础表面：把一个相和它本身蒸汽接触的分界面称之。界面：把一相与另一相(结构不同)接触的分界面称之。特点：表面结构复杂，性质相差悬殊，研究固体表面比研究表面结构复杂，性质相差悬殊，研究固体表面比研究液体表面困难，难以定量描述。液体表面困难，难以定量描述。习惯上把液-气界面、固-气界面称为液体表面和固体表面。表面可以由一系列的物理化学数据来描述（表面积、表面组成、表面张力、表面自由能、熵、焓等），表面与界面的组成和结构对其性能有着重要的影响。1.1 表面活性剂概念第7页/共37页例如：石英的粉碎。1kg直径为102米变成109米，表面积 和表面能增加143倍。由于高分散系比低分散系能量高得多，必然使物系由于分散度的变化而使性质方面有很大差别。物理性质物理性质：熔点、沸点、蒸汽压、溶解度、吸附、润湿和烧结等化学性质化学性质：化学活性、催化、固相反应 等 表面活性剂基础在一般的情况下，界面的质量和性质与体相相比可以忽略，但当物质被高度分散时，界面的现象很明显。对一定质量的物质而言，分散度越高，其表面积就越大，表面效应也就越明显。第8页/共37页1g 粉料 表面积 常规 15m2 um 90m2 nm 180m21g粉料具有如此大的空间，其界面占据总体积50以上，奇特的表面效应 表面活性剂基础第9页/共37页比表面积As反比于d；d，比表面积，表面原子所占百分数颗粒尺寸小于 0.1微米时，表面效应将不容忽略 表面活性剂基础物质的分散度可用比表面积来表示As第10页/共37页超微颗粒表面与大块物体不同：高倍率电子显微镜下：金-1nm，实时观察无固定的形态，随时间变化会自动成各种形状（如立方体、八面体，十面体，二十面体多孪晶等），不同于一般固体、液体，是一种准固体；在电镜电子束照射下，表面原子仿佛进入了“沸腾”状态大于10纳米后，微颗粒状态稳定 表面活性剂基础第11页/共37页【EgEg】表面效应导致纳米金属特殊的光学性能大块金属光泽、色泽：对可见光不同波长光反射与吸收能力不同CuCu紫红；金黄；铅银白带蓝各种纳米金属屑几乎全呈黑色原因：强吸收率，低反射率导致粒子变黑黄色大块金黄色大块金黄绿色微米粒子黄绿色微米粒子黑色纳米粒子黑色纳米粒子 表面活性剂基础第12页/共37页【Eg】表面高活性导致纳米（超微）颗粒的迅速氧化燃烧/甚至空气中自燃防止：通过表面包裹防止自燃Li Li粉厂突然自燃粉厂突然自燃 表面活性剂基础第13页/共37页利用表面活性，超微颗粒可成为新一代高效催化剂/贮气材料/低熔点材料 表面界面效应十分重要表面界面效应十分重要 表面活性剂基础第14页/共37页表面与界面起突出作用的新型材料，如薄膜、多层膜、超晶格、超细微粒与纳米材料等发展如日中天新物理现象、新效应巨大应用潜力 表面活性剂基础第15页/共37页1.2 1.2 表面活性剂的分类表面活性剂的分类161.2.1 表面活性剂按离子类型分类表面活性剂离子型非离子型阴离子型:阳离子型:两性型:十二烷基苯磺酸钠 苄基三甲基氯化铵 十二烷基甜菜碱第16页/共37页1.2.2 1.2.2 按亲水基的结构分类按亲水基的结构分类17表1-1 按亲水基结构分类的表面活性剂类型亲水基团类型亲水基团结构表面活性剂实例羧酸盐型磺酸盐型硫酸酯盐型磷酸酯盐型 单酯双酯 第17页/共37页18胺盐型伯胺盐 仲胺盐 叔胺盐 季铵盐 鎓盐型鏻化合物 鉮化合物 锍化合物 碘鎓化合物多羟基型聚氧乙烯型 注：M为碱金属离子或铵离子，X为Cl、Br、I、CH3COO或HSO4等 第18页/共37页 1.2.3 按疏水基种类分类（1）直链烷基：CnH2n+1，n820；（2）支链烷基：CnH2n+1，n820；（3）烷基苯基：，RCnH2n+1，n816；（4）烷基萘基：，RCnH2n+1，n3；（5）松香衍生物；（6）高分子量聚氧丙烯基：(OC3H7)n；（7）长链代烷基：CnF2n+1，n610；（8）聚硅氧烷基：19第19页/共37页 1.2.4 按表面活性剂的特殊性分类（1）碳氟表面活性剂 CF3(CF2)6COONa 全氟代辛酸钠（2）含硅表面活性剂（3）高分子表面活性剂 分子量高于1000的表面活性剂,主要类型有聚乙 烯醇、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯等20第20页/共37页 （4）生物表面活性剂 生物表面活性剂是细菌、酵母和真菌等微生物代谢产物过程中产生的。（5）冠醚型表面活性剂21烷基烷基1212冠冠4 4第21页/共37页 按照表面活性剂的溶解性能可将其分为水溶性和油溶性表面活性剂；按照分子量可分为低分子和高分子表面活性剂；按照应用功能可分为乳化剂、洗涤剂、润湿剂、发泡剂、消泡剂、分散剂、絮凝剂、渗透剂及增溶剂等。221.2.5 其它分类方法第22页/共37页1.3 1.3 表面活性剂的国内外发展状况表面活性剂的国内外发展状况1.3.1 世界表面活性剂工业的发展状况1.3.2 我国表面活性剂工业的现状及发展趋势23第23页/共37页1.3.1 1.3.1 世界表面活性剂工业的发展状况世界表面活性剂工业的发展状况世界表面活性剂工业是在第二次世界大战期间，由于制皂的油脂十分匮乏而得以发展。二次世界大战之后形成了独立的工业体系，并随着石油化学工业的发展而日趋完善，与合成橡胶、合成纤维一起成为新兴的化工产品。目前全世界表面活性剂的品种有6000多种，商品牌号上万种，年产量接近1200万吨。24第24页/共37页在品质、质量、产量等方面均得到了迅速发展由于表面活性剂具有润湿、乳化、去污、分散等特性，被称为工业味精。目前全世界表面活性剂的品种有6000多种，商品牌号上万种，年产量接近1200万它的应用领域在不断的扩大。表面活性剂作用：家用占50%，个人护理6%，工业与公共设施用占40%-50%。从品种上，世界表面活性剂以阴离子为主，其次是非离子，阳离子和两性消费最小。国外朝专用性和功能性发展。25第25页/共37页26 表面活性剂已成为精细化工的一个重要分支，亦是精细化工的一个基础学科。可应用于洗涤（工业和家用）、纺织、印染、皮革加工、矿选、金属加工、石油开采与精制、建筑、食品、制药、造纸、油漆油墨、涂料等工业。第26页/共37页1.3.1 1.3.1 世界表面活性剂工业的发展状世界表面活性剂工业的发展状况况27表1-2 世界各地表面活性剂的消费情况1995年2000年2005年消费量（万吨）占市场份额（）消费量（万吨）占市场份额（）消费量（万吨）占市场份额（）北美27029.029026.931024.8西欧20021.522020.424019.2亚洲29031.236033.344035.2其它17018.321019.426020.8合计930100.01080100.01250100.0第27页/共37页我国表面活性剂始于20世纪50年代末60年代初。1958年中科院植物保护研究所开发成功我国第一个表面活性剂蓖麻油聚氧乙烯醚，标志着我国表面活性剂工业的形成。“七五”和“八五”通过引进国外先进的三氧化硫连续磺化装置、乙氧基化装置、油脂水解装置、以及脂肪醇、脂肪胺和烷基酚的生产装置，使我国多种表面活性剂基本原料的生产能力达到世界水平，解决了原料问题。九十年代后品种的数量增长较快，从1990年的290种增加至现在的2000多种。281.3.2 我国表面活性剂工业的现状及发展趋势第28页/共37页（1）表面活性剂的品种少，产量低，不能满足国内需求（2）人均消费水平低，美国13.9Kg 日本9.7Kg 中国0.5Kg（3）产品结构不合理,高档产品少，低档产品多（4）工业应用比例偏低（5）基础理论研究比较薄弱，缺乏复配和深加工技术的理论指导，生产工艺落后29主要差距：第29页/共37页30 （1）调整产品结构；（2）加强应用基础理论研究。复配、新产品开发；（3）将应用基础研究与应用开发有机结合起来；（4）积极开发专用化和功能化表面活性剂。提高产品档次和性能；（5）大力开发绿色表面活性剂和生物表面活性剂。具有高活性，生物降解好、低毒、无刺激、可再生，绿色产品；今后我国表面活性剂的发展主要有以下几方面：第30页/共37页表面活性剂的发展 我国表面活性剂“十一五”发展规划(黄洪周,全国工业表面活性剂中心,辽宁大连)摘要:介绍我国表面活性剂工业的生产和发展现状、以及发展特点。我国表面活性剂产量已居世界第二位,全行业装备水平有了较大提高,且能生产50大系列所有常规表面活性剂,目前正在向绿色化、多功能、专用化方向发展。对我国表面活性剂工业存在的问题和差距进行了分析,并提出了相应的对策和措施。第31页/共37页第32页/共37页2.我国是表面活性剂进口大国,出口小国我国每年进口大量表面活性剂,2004 年进口206565 t,用外汇31807 万美元,2005 年达231151 t,用外汇39041万美元;而出口却很少,2005 年出口73191 t,创汇仅8387万美元,出口量是进口量的1/3,出口额是进口额的不到1/5。第33页/共37页存在问题和差距1.1.我国现在是表面活性剂生产大国,但不是强国表面活性剂人均拥有量尽管由1994年的0.138kg/a上升到2005 年的2.3kg/a,但与世界表面活性剂强国相比,仍有较大差距,如我国表面活性剂人均拥有量是美国的1/13,不到日本的1/4。第34页/共37页3.表面活性剂原料短缺,仍需大量进口4.产品和装备更新换代任务仍很繁重大型乙氧基化装置已进口11 套,大型磺化装置进口60套5.缺乏国际竞争力,市场占有率低无跨国公司6.科研项目多,对外公开成果少,产业化更少第35页/共37页如何发展我国表面活性剂工业:1.调整产业结构,降低生产成本是我国大宗表面活性剂生产企业的当务之急 发展磺化、乙氧基化、烷基化、聚醚合成，充分利用现有装置开发新产品，生产需求量大及性能好的产品。国外，烷基酚醚产量逐渐降低而我国的能力尚不能满足国内需求，但在考虑相关项目时应充分注意其环境制约因素。2.加强应用基础研究和应用研究是促进新型表面活性剂产业化的重要途径3.加强复配技术研究和专用表面活性剂的开发4.强强联合，形成表面活性剂行业的航空母舰 高校今后的发展特别是科研工作，应该坚持高校今后的发展特别是科研工作，应该坚持“顶天立地顶天立地”的方向。所的方向。所谓谓“顶天顶天”，就是要高度重视现代科学和技术前沿的研究，围绕国家战略，就是要高度重视现代科学和技术前沿的研究，围绕国家战略需求，不断创造国内外高水平成果；所谓需求，不断创造国内外高水平成果；所谓“立地立地”，就是要高度重视面向，就是要高度重视面向国民经济和社会发展主战场，切实解决发展实践中大量的科技问题国民经济和社会发展主战场，切实解决发展实践中大量的科技问题 。周济：高校科研周济：高校科研“弯下腰来弯下腰来”摘自：摘自：人民日报人民日报20062006年年1212月月6 6日第十版日第十版第36页/共37页感谢您的观看。第37页/共37页
