表面活性剂化学.ppt
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1、 表面活性剂化学表面活性剂化学 Surfactant Chemistry 宗丽娜宗丽娜:化学化工:化学化工系系物理化学教研室物理化学教研室 电话:电话:15154685926 0546-7396241 E-mail:Main Contents第一章第一章表面活性剂概论表面活性剂概论第二章第二章表面活性剂的类型表面活性剂的类型第三章第三章表面活性剂在界面上的吸附表面活性剂在界面上的吸附第四章第四章表面活性剂溶液的体相性质表面活性剂溶液的体相性质第五章第五章表面活性剂复配原理表面活性剂复配原理第六章第六章表面活性剂的作用表面活性剂的作用第七章第七章表面活性剂的应用表面活性剂的应用第一章第一章 表面
2、活性剂概论表面活性剂概论1.1 1.1 表面活性剂表面活性剂图图1-1 溶液表面溶液表面张张力与力与浓浓度的关系度的关系表面活性剂定义表面活性剂定义表面活性:溶质使溶剂表面张力表面活性:溶质使溶剂表面张力降低降低的性质的性质 加加入入少少量量即即能能大大大大降降低低溶溶剂剂(一一般般为为水水)的的表表面面张张力力(或或液液液液界界面面张张力力),改改变变体体系系界界面面状状态态,从从而而产产生生润润湿湿或或反反润润湿湿、乳乳化化或或破破乳乳、起起泡泡或或消消泡泡、加加溶等一系列作用的一类物质。溶等一系列作用的一类物质。51.1.2 2 表面活性剂的结构特点表面活性剂的结构特点结构结构:表面活性
3、剂分子由性质截然不同的两部分组成:表面活性剂分子由性质截然不同的两部分组成:CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7Na+COO-亲油基(也称憎水基)亲油基(也称憎水基)亲水基(也称憎油基)亲水基(也称憎油基)与油有亲和性,如烃类与油有亲和性,如烃类与水有亲和性,如与水有亲和性,如-C00-、-OH、-NH2等等61.1.2 2 表面活性剂的结构特点表面活性剂的结构特点作用原理:作用原理:表表面面活活性性剂剂溶溶于于水水,亲亲水水基基受受水水分分子子的的吸吸引引,亲亲油油基基受受到到水水分分子子的的排排斥斥。为为了了克克服服这这种种不不稳稳定定状状态态,两两亲亲性性分分子子在在两两相相界界面面
4、上上定定向向排排列列:亲亲水水基基伸伸向向水水中中,疏疏水水基基伸伸向向气气相相中中(或或油油相相中中)水水空气,油空气,油图图1-2 1-2 表表面面活活性性剂剂在在油油(空空气)气)-水界面上的排列示意图水界面上的排列示意图7图图1-3 1-3 表面活性剂在其溶液表面的定向吸附表面活性剂在其溶液表面的定向吸附和在溶液内部形成胶团和在溶液内部形成胶团1.1.2 2 表面活性剂的结构特点表面活性剂的结构特点81.1.2 2 表面活性剂的结构特点表面活性剂的结构特点举例:举例:CH3CH2-CH2CH2Na+COO-CH3CH2-CH2-C6H4Na+SO3-图图1-4 1-4 肥皂的亲油基与亲
5、水基示意图肥皂的亲油基与亲水基示意图图图1-5 1-5 洗衣粉的亲油基与亲水基示意图洗衣粉的亲油基与亲水基示意图(亲油基)(亲油基)(亲油基)(亲油基)(亲水基)(亲水基)(亲水基)(亲水基)1.1.2 2 表面活性剂的结构特点表面活性剂的结构特点表表1-1 1-1 表面活性剂的主要亲油基和亲水基表面活性剂的主要亲油基和亲水基亲油基原子团(亲油基原子团(R为石蜡链为石蜡链烃,碳原子数为烃,碳原子数为818)亲水基原子团亲水基原子团石蜡烃基石蜡烃基R-磺酸基磺酸基-SO3-烷基苯基烷基苯基R硫酸酯基硫酸酯基-O-SO3-R烷基萘基烷基萘基氰基氰基-CN含氟(或高氟代)烷基含氟(或高氟代)烷基羧基
6、羧基-COO-聚硅氧烷基聚硅氧烷基酰胺基酰胺基马来酸烷基酯基马来酸烷基酯基羟基羟基烷基酮基烷基酮基铵基铵基聚氧丙烯基聚氧丙烯基巯基、卤基、氧乙烯基等巯基、卤基、氧乙烯基等注注:表表面面活活性性剂剂分分子子结结构构的的特特点点是是两两亲亲性性分分子子,但但并并不不是是所所有有的的两两亲亲性性分分子子都都是是表表面面活活性性剂剂,只只有有亲亲油油部部分分有有足足够够长长度度的的两两亲亲性性物物质质才才是是表表面面活活性性剂剂。如如脂脂肪肪酸酸钠钠盐盐系系列列,通通常常以以C10C18作作为为亲亲油基的研究对象油基的研究对象。101.1.3 3 表面活性剂的表面活性剂的分类分类 按离子类型分类按离子
7、类型分类111.1.3 3 表面活性剂的表面活性剂的分类分类 溶解性分溶解性分类类1.3.3 按相对分子质量分类按相对分子质量分类 水溶性表面活性剂水溶性表面活性剂 油溶性表面活性剂油溶性表面活性剂 高分子表面活性剂(高分子表面活性剂(1000010000)中分子表面活性剂(中分子表面活性剂(1000-100001000-10000)低分子表面活性剂(低分子表面活性剂(100-1000100-1000)121.1.3 3 表面活性剂的表面活性剂的分类分类1.3.4 按用途分类按用途分类1.3.5 特种表面活性剂特种表面活性剂表表面面张张力力降降低低剂剂、渗渗透透剂剂、润润湿湿剂剂、乳乳化化剂剂
8、、增增溶溶剂剂、分分散散剂剂、絮絮凝凝剂剂、消消泡泡剂剂、起起泡泡剂剂、杀杀菌菌剂剂、抗抗静静电电剂剂、缓缓蚀蚀剂剂、防防水水剂剂、织织物物整整理理剂剂、均染剂等。均染剂等。有有机机金金属属表表面面活活性性剂剂、含含硅硅表表面面活活性性剂剂、含含氟氟表表面面活活性性剂剂、含磷表面活性剂、含硼表面活性剂和反应性特种表面活性剂。含磷表面活性剂、含硼表面活性剂和反应性特种表面活性剂。131.4 表面活性表面活性剂剂的的亲亲水水亲亲油性油性1.表面活性剂的溶解度表面活性剂的溶解度 表表面面活活性性剂剂在在水水中中溶溶解解度度大大亲亲水水性性强强而而亲亲油油性性就就差差;在水中的溶解度小则亲油性就相对强
9、。在水中的溶解度小则亲油性就相对强。对对于于离离子子型型表表面面活活性性剂剂在在低低温温时时溶溶解解度度较较低低,随随着着温温度度升升高高其其溶溶解解度度缓缓慢慢地地增增加加,溶溶解解度度随随温温度度的的变变化化存存在在明明显显的的转转折折点点,达达到到某某一一温温度度后后其其溶溶解解度度突突然然迅迅速速增增加加,该该点点的的温温度度即即为为克克拉拉夫夫(Krafft)点点。同同系系物物的的碳碳氢氢链链越越长长,其其克克拉拉夫夫点点的的温温度度越越高高,同同一一温温度度时时,在在水水中中的的溶溶解解度度越小。越小。对对于于非非离离子子型型表表面面活活性性剂剂,其其亲亲水水基基主主要要是是聚聚氧
10、氧乙乙烯烯基基。升升高高温温度度会会破破坏坏聚聚氧氧乙乙烯烯基基同同水水分分子子的的结结合合,往往往往使使其其溶溶解解度度下下降降甚甚至至析析出出。若若缓缓慢慢加加热热非非离离子子型型表表面面活活性性剂剂的的透透明明水水溶溶液液,到到某某一一定定温温度度后后溶溶液液发发生生浑浑浊浊,表表明明表表面面活活性性剂剂开开始始析析出出。溶溶液液呈呈现现浑浑浊浊的的最最低低温温度度叫叫做做“浊点浊点”。在在亲亲油油基基相相同同的的同同系系物物中中,加加成成的的环环氧氧乙乙烷烷分子数越多,亲水性越强,浊点就越高。分子数越多,亲水性越强,浊点就越高。141.4 表面活性表面活性剂剂的的亲亲水水亲亲油性油性1
11、.亲水亲油平衡值亲水亲油平衡值(HLB)HLB是是Hydrophile and Lyophile Balance的的缩缩写写,即即亲亲水水亲亲油油平平衡衡。HLB值值最最早早是是在在1949年年,由由在在“美美国国化化妆妆品品化化学学协协会会期期刊刊”上上,发发表表题题为为“表表面面活活性性剂剂按按HLB分分类类”的的论论文文,提提出出了了HLB值值的的概概念念,从从而而将将定性的非数概念定性的非数概念HLB引申为定量化的有数概念。引申为定量化的有数概念。1、定义定义基准:基准:石蜡石蜡HLB=0 油酸油酸HLB=1 油酸钠油酸钠HLB=20 十二烷基硫酸钠十二烷基硫酸钠HLB=40一般认为,
12、一般认为,HLB10 亲油性强亲油性强 HLB10 亲水性强亲水性强通通过过有有关关公公式式计计算算,非非离离子子型型表表面面活活性性剂剂的的HLB值值处处于于1-20之之间间,阴阴离离子子型型和和阳阳离离子子型型表表面面活活性性剂剂的的HLB值在值在1-40均有。均有。151.4 表面活性表面活性剂剂的的亲亲水水亲亲油性油性1.亲水亲油平衡值亲水亲油平衡值(HLB)2、计算、计算 HLB值的估计法值的估计法 因为因为HLB值反映表面活性剂分子的亲水性,因此由它值反映表面活性剂分子的亲水性,因此由它在水中的溶解情况可以估计该表面活性剂的在水中的溶解情况可以估计该表面活性剂的HLB值范围。值范围
13、。表表1-2 HLB值的估计范围值的估计范围表面活性剂在水中的形状表面活性剂在水中的形状HLB值范围值范围表面活性剂在水中的形状表面活性剂在水中的形状HLB值范围值范围不分散不分散14稳定的乳状分散体稳定的乳状分散体810分散不好分散不好36半透明至透明分散体半透明至透明分散体1013强烈搅拌可得乳状分散体强烈搅拌可得乳状分散体58透明溶液(完全溶解)透明溶液(完全溶解)13以上以上161.4 表面活性表面活性剂剂的的亲亲水水亲亲油性油性1.亲水亲油平衡值亲水亲油平衡值(HLB)表表1-3 不同用途表面活性剂的不同用途表面活性剂的HLB值范围值范围主要用途主要用途HLB值范围值范围主要用途主要
14、用途HLB值范围值范围消泡剂消泡剂13润湿剂润湿剂1215油包水型(油包水型(W/O型)乳化剂型)乳化剂36洗涤剂洗涤剂1315水包油型(水包油型(O/W型)乳化剂型)乳化剂818增溶剂增溶剂1518 聚聚氧氧乙乙烯烯型型非非离离子子表表面面活活性性剂剂(亲亲水水基基聚聚氧氧乙乙烯烯链链越越长,长,HLB值越大)值越大)HLB值值=0-20 171.4 表面活性表面活性剂剂的的亲亲水水亲亲油性油性1.亲水亲油平衡值亲水亲油平衡值(HLB)基团数法基团数法 HLB=7+(亲水基的基数)(亲水基的基数)-(亲油基的基数)(亲油基的基数)把把HLB看看成成是是整整个个表表面面活活性性剂剂分分子子中中
15、各各单单元元结结构构(即即亲亲水水基基和亲油基)的作用总和,这些基团各自对和亲油基)的作用总和,这些基团各自对HLB有不同贡献。有不同贡献。表表1-3 不同用途表面活性剂的不同用途表面活性剂的HLB值范围值范围18乳化法乳化法 原原理理:用用表表面面活活性性剂剂来来乳乳化化油油相相介介质质时时,当当表表面面活活性性剂剂的的HLBHLB值与油相介质所需的值与油相介质所需的HLBHLB值相同时,生成的乳液稳定性最好。值相同时,生成的乳液稳定性最好。对对于于一一般般的的水水性性表表面面活活性性剂剂,可可以以使使用用松松节节油油(所所需需HLBHLB值值为为16)16)和和棉棉籽籽油油(所所需需HLB
16、HLB值值为为6)6)配配制制一一系系列列需需要要不不同同HLBHLB值值的的油油相相,每每1515份份油油相相中中加加入入55份份待待测测表表面面活活性性剂剂,然然后后加加入入8080份份水水,搅搅拌拌乳乳化化,其其中中稳稳定定性性最最好好的的试试样样中中油相所需的油相所需的HLBHLB值就是表面活性剂的值就是表面活性剂的HLBHLB值。值。1.4 表面活性表面活性剂剂的的亲亲水水亲亲油性油性1.亲水亲油平衡值亲水亲油平衡值(HLB)191.4 表面活性表面活性剂剂的的亲亲水水亲亲油性油性1.亲水亲油平衡值亲水亲油平衡值(HLB)对于油性表面活性剂对于油性表面活性剂,可以固定油相为棉籽油可以
17、固定油相为棉籽油,用用另外一种水溶性较大的表面活性剂如司盘另外一种水溶性较大的表面活性剂如司盘60(60(所需所需HLBHLB值为值为14.9)14.9)与待测表面活性剂配制成不同比例的系列复合与待测表面活性剂配制成不同比例的系列复合乳化剂乳化剂,根据上述相同的方法根据上述相同的方法,也可测出表面活性剂的也可测出表面活性剂的HLBHLB。在应用乳化法时要注意以下两个方面的问题在应用乳化法时要注意以下两个方面的问题:一混合一混合表面活性剂的表面活性剂的HLBHLB值的计算值的计算,现在基本上都采用重量加现在基本上都采用重量加和法和法,是一种粗略的算法。二是当待测表面活性剂的乳化是一种粗略的算法。
18、二是当待测表面活性剂的乳化力较强时力较强时,测得的测得的HLBHLB值是一个范围。值是一个范围。一般的表面活性剂都可以采用乳化法测出一般的表面活性剂都可以采用乳化法测出HLBHLB值。值。对于特殊新型结构的表面活性剂,采用乳化法也可以得到对于特殊新型结构的表面活性剂,采用乳化法也可以得到可靠的结果,此法的缺点是比较繁琐、费时。可靠的结果,此法的缺点是比较繁琐、费时。20 1957 1957年藤田提出有机概念图预测有机物的性质。年藤田提出有机概念图预测有机物的性质。将有机物按照组成分子结构的官能团分为两大类:将有机物按照组成分子结构的官能团分为两大类:第一类为分子结构式中的非极性部分,称为有机性
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