利用表面活性剂在溶液中形成胶束的性质教学文案.ppt

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1、模块模块(m kui)一一 表面活性剂表面活性剂第一页，共112页。第二页，共112页。第三页，共112页。第四页，共112页。第五页，共112页。第六页，共112页。第七页，共112页。第八页，共112页。第九页，共112页。指甲油指甲油第十页，共112页。香香 水水第十一页，共112页。表面张力表面张力(biominzhngl)(biominzhngl)与表面活性与表面活性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度两相之间决非是一个没有厚度的纯几何面的纯几何面,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,这这一过渡区通常称之为界面。一过渡区通常称之为界面。若

2、其中一相为气体，这种界面通常称为表面。若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。但由于但由于(yuy)(yuy)历史的原因历史的原因,这两个概念常常混用。这两个概念常常混用。常见常见(chn jin)(chn jin)的界面有：气的界面有：气-液界面，气液界面，气-固界面，液固界面，液-液界面，液液界面，液-固界面，固固界面，固-固界面。固界面。第十二页，共112页。气气-液界面液界面(jimin)(jimin)第十三页，共112页。气气-固界面固界面(jimin)第十四页，共112页。液液-液界面液界面(jimin)第十五页，共112页。液液-固界面固界面(jimin)第十六页，共112页。固

3、固-固界面固界面(jimin)第十七页，共112页。第十八页，共112页。（a）（b）第十九页，共112页。表面表面(biomin)活活性剂分子性剂分子疏水基团疏水基团(j tun)亲水基团亲水基团(j tun)第二十页，共112页。第二十一页，共112页。石蜡分子上没有亲水基，因此石蜡的石蜡分子上没有亲水基，因此石蜡的HLB=0HLB=0；油酸分子上只有一种弱的亲水基油酸分子上只有一种弱的亲水基羧基，其羧基，其HLB=1HLB=1聚乙二醇分子上完全是亲水基，因此其聚乙二醇分子上完全是亲水基，因此其HLB=20HLB=20；所所以以对对于于非非离离子子型型表表面面(biomin)(biomin

4、)活活性性剂剂，其其HLB=0HLB=02020；对对于于离离子子型型表表面面(biomin)(biomin)活活性性剂剂，规规定定油油酸酸钠钠1818，油酸钾，油酸钾20,20,十二烷基硫酸钠十二烷基硫酸钠=40=40。所所以以对对于于阴阴、阳阳离离子子型型表表面面(biomin)(biomin)活活性性剂，其剂，其HLB=0HLB=04040；第二十二页，共112页。对于一些非离子型表面活性剂，对于一些非离子型表面活性剂，GriffinGriffin给出了一些经验公式：给出了一些经验公式：对于多元醇脂肪酸酯，其公式为：对于多元醇脂肪酸酯，其公式为：式中：式中：S S酯的皂化值；酯的皂化值；

5、A A脂肪酸的酸值。脂肪酸的酸值。对于聚氧乙烯非离子型表面活性剂，其公式为：对于聚氧乙烯非离子型表面活性剂，其公式为：式中：式中：E E活性剂分子中氧化乙烯的质量百分数。活性剂分子中氧化乙烯的质量百分数。这这些些计计算算都都不不准准确确(zhnqu)(zhnqu)，现现在在用用了了一一些些试试验验的的方方法法，如如乳乳化法等。化法等。在表面活性剂有关书籍或手册中可以查到某活性剂的在表面活性剂有关书籍或手册中可以查到某活性剂的HLBHLB。第二十三页，共112页。把把表表面面活活性性剂剂的的结结构构分分解解(fnji)(fnji)为为一一些些基基团团，每每个个基基团团对对HLBHLB值值均均有有

6、各各自自的的贡贡献献，通通过过实实验验测测得得各各基基团团对对HLBHLB值值的的贡贡献献，称称做做“基基团团数数”，其其中中亲亲水水基基的的为为正正值值，亲亲油油基基的的为为负负值值，然然后后，将将各各亲亲水水、亲亲油油基基的的HLBHLB基基团团数数代代入入下下式式中中，即即可可计计算算出出离离子子型型表表面面活活性剂的性剂的HLBHLB值。值。第二十四页，共112页。混合表面活性剂的混合表面活性剂的HLBHLB值值 当当多多种种表表面面活活性性剂剂混混合合时时，其其HLBHLB值值具具有有加加合性，即有：合性，即有：式式中中，WiWi、HLBiHLBi分分别别(fnbi)(fnbi)为为

7、混混合合表表面面活性剂中活性剂中i i组分的质量和百分比浓度。组分的质量和百分比浓度。第二十五页，共112页。表面表面(biomin)活性剂的活性剂的HLB与应用的对应关系与应用的对应关系 表面(biomin)活性剂概述表面活性剂在水中的性表面活性剂在水中的性质质HLBHLB用用 途途 不分散不分散0 02 2W/OW/O型乳化剂型乳化剂4 4分散不好分散不好6 6不稳定乳状分散体不稳定乳状分散体8 8润湿剂润湿剂稳定乳状分散体稳定乳状分散体1010半透明至透明的分散体半透明至透明的分散体1212洗涤剂洗涤剂O/WO/W型乳化剂型乳化剂透明溶液透明溶液14141616增溶剂增溶剂1818第二十

8、六页，共112页。第二十七页，共112页。甘油三酯的结构(jigu)示意图第二十八页，共112页。磷脂的内盐部分具有亲水性，脂肪酸长链烃基部分具有疏水性，因此磷脂是天然的表面活性剂，它在生物体内能(ni nn)使油脂乳化，有助于油脂的运输、消化和吸收。第二十九页，共112页。表面活性剂一词来自英文表面活性剂一词来自英文Surfactant。它实际上是短语它实际上是短语(duny)Surface（表（表面）面）Active（活性）（活性）Agent（添加剂）（添加剂）的缩合词。的缩合词。表面活性剂是这样一种物质，它活跃于表面和界面表面活性剂是这样一种物质，它活跃于表面和界面上，具有极高的降低表、

9、界面张力的能力和效率。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，从在一定浓度以上的溶液中形成分子有序组合体，从而而(cng r)具有一系列应用功能。具有一系列应用功能。第三十页，共112页。降降低低表表面面(biomin)张张力力为为正正吸吸附附，溶溶质质在在溶溶液液表表面面(biomin)的的浓浓度度大大于于其其在在溶液本体中的浓度溶液本体中的浓度 此溶质为表面此溶质为表面(biomin)活性物质活性物质 增增加加表表面面(biomin)张张力力为为负负吸吸附附，溶溶质质在在溶溶液液表表面面(biomin)的的浓浓度度小小于于其其在在溶液本体中的浓

10、度溶液本体中的浓度 此溶质为表面此溶质为表面(biomin)惰性物质惰性物质 溶溶入入少少量量就就能能显显著著降降低低表表面面(biomin)张张力力的的物物质质也也称称表表面面(biomin)活活性性物物质质或表面或表面(biomin)活性剂。活性剂。第三十一页，共112页。表面表面(biomin)活性剂分类活性剂分类表面表面(biomin)活性剂分子活性剂分子非极性烃链（疏水）非极性烃链（疏水）极性基团极性基团(j tun)（亲（亲水）水）硬脂酸硬脂酸第三十二页，共112页。阴离子表面(biomin)活性剂RCOONa羧酸盐R-OSO3Na 硫酸(li sun)酯盐R-SO3Na磺酸盐R-

11、OPO3Na2磷酸酯盐1.离子型2.非离子型阳离子型阴离子型两性型表面(biomin)活性剂按离子类型按离子类型第三十三页，共112页。阳离子表面(biomin)活性剂R-NH2HCl伯胺盐 CH3|R-N-HCl仲胺盐|H CH3|R-N-HCl叔胺盐|CH3 CH3|R-N+-CH3Cl-季胺盐|CH3第三十四页，共112页。伯胺盐伯胺盐 R-NH3 季铵盐季铵盐 CH3 CH3|例如例如(lr)C16H33-N+-(lr)C16H33-N+-CH3BrCH3Br|CH3CH3 十六烷基溴化铵十六烷基溴化铵(俗称俗称1631)1631)吡啶吡啶(bdng)盐盐 例如例如 C12H25(NC

12、5H5)+第三十五页，共112页。两性(lingxng)表面活性剂R-N+HCH2-CH2COO-H 氨基酸型 CH3|R-N+-CH2COO-H 甜菜碱型|CH3第三十六页，共112页。(1)氨基酸型氨基酸型 R-NH2CH2-CH2COO 洗涤性能良好，常作为特殊洗涤剂洗涤性能良好，常作为特殊洗涤剂(2)甜菜碱型甜菜碱型 CH3 R-N+-CH2COO-CH3 去污力强，对纤维有保护作用去污力强，对纤维有保护作用第三十七页，共112页。-由于其特殊结构，具有许多优异性能，如良由于其特殊结构，具有许多优异性能，如良好的去污、起泡和乳化性能，耐硬水性好，对酸好的去污、起泡和乳化性能，耐硬水性好

13、，对酸碱和多种金属离子都比较稳定，具有抗静电、杀碱和多种金属离子都比较稳定，具有抗静电、杀菌、防腐蚀等使用性能，特别是其极低毒性和无菌、防腐蚀等使用性能，特别是其极低毒性和无刺激性以及良好的生物降解性能，使其在日用化刺激性以及良好的生物降解性能，使其在日用化学品应用学品应用(yngyng)(yngyng)中前景广阔。同时在纺织、中前景广阔。同时在纺织、印染、化纤、除锈方面都有相当用途。印染、化纤、除锈方面都有相当用途。第三十八页，共112页。R-(C6H4)-O(C2H4O)nH烷基酚聚氧乙烯醚非离子(lz)表面活性剂R2N-(C2H4O)nH聚氧乙烯(y x)烷基胺R-CONH(C2H4O)

14、nH聚氧乙烯(y x)烷基酰胺R-COOCH2(CHOH)3H多元醇型R-O-(CH2CH2O)nH脂肪醇聚氧乙烯醚第三十九页，共112页。(1)脂肪醇聚氧乙烯醚脂肪醇聚氧乙烯醚 R-O-(CH2CH2O)nH(2)俗称平平加系列，具良好湿润俗称平平加系列，具良好湿润(shrn)性能性能(2)烷基酚聚氧乙烯醚烷基酚聚氧乙烯醚 R-(C6H4)-O(C2H4O)nH 俗称俗称(s chn)OP系列，化学性质稳定，抗氧化性能强系列，化学性质稳定，抗氧化性能强(4)多元醇型多元醇型 主要是失水山梨醇的脂肪酸酯及其聚氧乙主要是失水山梨醇的脂肪酸酯及其聚氧乙烯加成物烯加成物Span类类 及及 Tween

15、类表面类表面(biomin)活性剂即活性剂即属此类；具有低毒的特点，广泛用于医药工业、食品属此类；具有低毒的特点，广泛用于医药工业、食品工业以及生化实验工业以及生化实验(3)聚氧乙烯烷基酰胺聚氧乙烯烷基酰胺 R-CONH(C2H4O)nH 常用作起泡剂、增粘剂常用作起泡剂、增粘剂 第四十页，共112页。非离子型表面活性剂稳定性高，不易受强电解质无机盐类存在的影响，也不易受酸碱的影响；与其它类型表面活性剂的相容性好；在水及有机溶剂中皆有良好(lingho)的溶解性能，具有良好(lingho)的乳化、润湿、渗透性、以及起泡、洗涤、稳泡、抗静电等作用，且无毒；广泛用作纺织业、化妆品、食品、药物等广泛

16、用作纺织业、化妆品、食品、药物等的乳化剂、消泡剂、增稠剂，以及医疗方面的乳化剂、消泡剂、增稠剂，以及医疗方面(fngmin)的杀菌剂以及洗涤、润湿剂等。的杀菌剂以及洗涤、润湿剂等。第四十一页，共112页。表面活性的表征表面活性的表征(bio zhn)通常用加入表面活性剂后溶液表面张力通常用加入表面活性剂后溶液表面张力的降低及其形成胶团的能力（胶团化能的降低及其形成胶团的能力（胶团化能力）来表征。力）来表征。溶液表面张力降低包含：溶液表面张力溶液表面张力降低包含：溶液表面张力降低的效率降低的效率(xio l)和溶液表面张力降和溶液表面张力降低的能力两方面；低的能力两方面；胶团化能力用临界胶束浓度

17、表示。胶团化能力用临界胶束浓度表示。第四十二页，共112页。表面表面(biomin)活性剂的活性剂的基本功能基本功能一、在表面（界面）吸附成膜（一般是单分一、在表面（界面）吸附成膜（一般是单分子膜）；子膜）；二、在溶液内部自聚，形成多种类型的分子二、在溶液内部自聚，形成多种类型的分子有序组合体。有序组合体。从这两种基本功能出发，衍生出表面活性从这两种基本功能出发，衍生出表面活性剂的其它剂的其它(qt)多种应用功能。多种应用功能。第四十三页，共112页。胶束的形成胶束的形成(xngchng)两两亲亲分分子子溶溶解解在在水水中中达达一一定定浓浓度度时时，其其非非极极性性部部分分会会互互相相吸吸引引

18、，从从而而使使得得分分子子自自发发形形成成有有序序的的聚聚集集体体，使使憎憎水水基基向向里里、亲亲水水基基向向外外，减减小小了了憎憎水水基基与与水水分分子子的的接接触触，使使体体系系(tx)(tx)能能量下降，这种多分子有序聚集体称为胶束。量下降，这种多分子有序聚集体称为胶束。胶束胶束第四十四页，共112页。临界临界(ln ji)胶束浓度胶束浓度 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子形成定向排列的紧密单分子层，多余

19、的分子在体相内部也三三两两的以憎水基互相靠拢，聚集在一起也三三两两的以憎水基互相靠拢，聚集在一起(yq)(yq)形成形成胶束，这开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度。胶束，这开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度。第四十五页，共112页。（a）是极稀溶液，界面上没聚集很多的表面活）是极稀溶液，界面上没聚集很多的表面活性剂，空气和水直接接触，水的表面张力性剂，空气和水直接接触，水的表面张力(biominzhngl)下降不多，接近于纯水的状下降不多，接近于纯水的状态。态。第四十六页，共112页。b）浓度相对升高，很快地聚集到水表面上，即）浓度相对升高，很快地聚集到水表面上，即表面吸附量大为增加、

20、空气表面吸附量大为增加、空气(kngq)和水的接触和水的接触相对减少，水表面张力下降相对减少，水表面张力下降第四十七页，共112页。（c c）表表面面(biomin)(biomin)活活性性剂剂浓浓度度逐逐渐渐升升高高，表表面面(biomin)(biomin)活活性性剂剂毫毫无无间间隙隙地地密密集集于于液液面面上上，形形成成了了单单分分子子吸吸附附膜膜。空空气气与与水水处处于于完完全全隔隔离离状状态态，表表面面(biomin)(biomin)吸吸附附达达饱饱和和。在在溶溶液液内内部部，增增加加表表面面(biomin)(biomin)活活性性剂剂,先先是是三三三三两两两两以以疏疏水水基基互互相相

21、靠靠拢拢，形形成成球球形形胶胶束束的的最最初初形形式式。水水表表面面(biomin)(biomin)张力急剧下降。张力急剧下降。第四十八页，共112页。胶束结构示意图胶束结构示意图第四十九页，共112页。临界临界(ln ji)胶束浓度胶束浓度(critical micelle concentration)临界胶束浓度临界胶束浓度(nngd)简简称称CMC 表面活性剂在溶液表面活性剂在溶液中开始形成胶束的最低中开始形成胶束的最低浓度称为浓度称为(chn wi)(chn wi)临界胶束浓度。临界胶束浓度。在在CMC附近，表面活性剂溶液的许多性质附近，表面活性剂溶液的许多性质都会出现转折，如表面张力

22、、电导率、去污能都会出现转折，如表面张力、电导率、去污能力等力等.第五十页，共112页。可以利用测可以利用测定表面张力，定表面张力，电导率等方电导率等方法达到法达到(d do)测定临测定临界胶束浓度界胶束浓度目的目的;表表 面面 活活性性剂剂水水溶溶液液其其浓浓度度只只有有稍稍 高高 于于 其其CMC值值时时，才才能能(cinng)充充分分显显示示其其作用。作用。CMC第五十一页，共112页。球形胶束球形胶束随着亲水基不同随着亲水基不同(b tn)和浓度和浓度不同不同(b tn)，形成的胶束可呈形成的胶束可呈现棒状、层状或现棒状、层状或球状等多种形状。球状等多种形状。第五十二页，共112页。棒

23、状胶束棒状胶束第五十三页，共112页。第五十四页，共112页。层状胶束层状胶束第五十五页，共112页。第五十六页，共112页。胶束的作用胶束的作用(zuyng)乳化作用乳化作用泡沫泡沫(pom)作作用用分散作用分散作用增溶作用增溶作用催化作用催化作用第五十七页，共112页。1 消毒杀菌消毒杀菌(sh jn)2 腈纶匀染剂腈纶匀染剂3 抗静电剂抗静电剂4 矿物浮选剂矿物浮选剂5 相转移催化剂相转移催化剂织物柔软剂织物柔软剂分散剂分散剂食品加工食品加工印染印染(ynrn)金属加工金属加工电镀电镀采矿采矿采油采油第五十八页，共112页。润湿润湿(rn sh)作用作用乳化乳化(rhu)作作用用分散分散

24、(fnsn)作作用用起泡与消泡起泡与消泡增溶作用增溶作用洗涤作用洗涤作用肥皂、洗涤剂肥皂、洗涤剂化妆品化妆品食品加工食品加工纺织工业纺织工业金属加工金属加工石油、建筑石油、建筑功能功能应用应用第五十九页，共112页。润湿润湿(rn sh)(rn sh)作用作用润湿是固体润湿是固体(gt)表面与液体接触时，原来的固相表面与液体接触时，原来的固相-气气相界面消失，形成新的固相相界面消失，形成新的固相-液相界面的现象。液相界面的现象。接触角的示意图：第六十页，共112页。第六十一页，共112页。第六十二页，共112页。Young方程方程(fngchng)（杨氏方程（杨氏方程(fngchng)）:ls

25、gANM s-l s-g l-g 接触角接触角越小，润湿和渗透越小，润湿和渗透(shntu)作用越好；作用越好；90不润湿不润湿(rn sh)10.110.050.1 阴离子阴离子多元醇非离子多元醇非离子阳离子阳离子第一百零四页，共112页。抗静电作用抗静电作用(zuyng)表面表面(biomin)活性剂的抗活性剂的抗静电机理：静电机理：1 摩擦带电摩擦带电(di din)部分部分 表面电荷的表面电荷的逸散逸散摩擦生电是由于在局部表面存在的物质之间发生摩擦生电是由于在局部表面存在的物质之间发生电子移动；电子移动；电荷的逸散与表面活性剂的吸附量和吸湿性电荷的逸散与表面活性剂的吸附量和吸湿性有关；

26、可用已吸湿的水分为介质的离子移动有关；可用已吸湿的水分为介质的离子移动引起电荷的移动来解释；引起电荷的移动来解释；具有抗静电作用的表面活性剂称为具有抗静电作用的表面活性剂称为抗静电剂抗静电剂；第一百零五页，共112页。疏水基吸附在物体表面，亲水基趋向空气疏水基吸附在物体表面，亲水基趋向空气形成一层亲水性膜，由于单分子膜可降低合形成一层亲水性膜，由于单分子膜可降低合成纤维的摩擦系数从而难以产生静电；成纤维的摩擦系数从而难以产生静电；亲水性膜吸收空气中的水分，因此好像物亲水性膜吸收空气中的水分，因此好像物体表面多了一层水层，产生的静电易于传递体表面多了一层水层，产生的静电易于传递(chund)到大

27、气中，从而降低了物体表面的到大气中，从而降低了物体表面的电荷；电荷；2 表面活性剂抗静电原理表面活性剂抗静电原理(yunl)在在于：于：第一百零六页，共112页。杀菌作用杀菌作用定义：能与蛋白质发生定义：能与蛋白质发生(fshng)作用的一作用的一类表面活性剂；类表面活性剂；杀菌机理：首先表面活性剂吸附于菌体，然杀菌机理：首先表面活性剂吸附于菌体，然后浸透后浸透(jntu)菌体的细胞膜并破坏之；菌体的细胞膜并破坏之；以阳离子表面活性剂和两性以阳离子表面活性剂和两性(lingxng)表表面活性剂为主；如烷基二甲基苄铵盐，烷基三面活性剂为主；如烷基二甲基苄铵盐，烷基三甲基铵盐、聚氨基单羧酸类等；甲

28、基铵盐、聚氨基单羧酸类等；第一百零七页，共112页。带苄基的季胺氯化物；改变烷基带苄基的季胺氯化物；改变烷基(wn j)(wn j)的碳的碳原子数，杀菌力会有很大的改变，一般以原子数，杀菌力会有很大的改变，一般以12121414为宜，为宜，1010的水溶液的杀菌力大于苯酚的水溶液的杀菌力大于苯酚50507070倍；倍；第一百零八页，共112页。匀染作用匀染作用(zuyng)在印染工业中，以达到在印染工业中，以达到(d do)均匀染色均匀染色为目的的表面活性剂称为匀染剂；为目的的表面活性剂称为匀染剂；达到均匀染色的两种途径：达到均匀染色的两种途径：降低染色速度，使染料分子与纤维降低染色速度，使染

29、料分子与纤维(xinwi)缓缓慢接触；慢接触；对已发生不匀染色的织物，能使深色部分的染对已发生不匀染色的织物，能使深色部分的染料分子向浅色部分迁移，称为料分子向浅色部分迁移，称为“移染移染”第一百零九页，共112页。第一百一十页，共112页。（1）亲纤维）亲纤维(xinwi)匀染剂匀染剂 表面活性剂与纤维的吸附亲和力较大，染料只能在匀表面活性剂与纤维的吸附亲和力较大，染料只能在匀染剂后追踪染剂后追踪(zhuzng)，延长染色时间达到缓染的目的，延长染色时间达到缓染的目的，在染色工艺完成后，染料不能再移动。在染色工艺完成后，染料不能再移动。（2）亲染料）亲染料(rnlio)匀染剂匀染剂表面活性剂

30、与染料有较大亲和力，在染色时可拉住染表面活性剂与染料有较大亲和力，在染色时可拉住染料分子，达到缓染目的，同时亦可移染；料分子，达到缓染目的，同时亦可移染；聚乙二醇类非离聚乙二醇类非离子表面活性剂子表面活性剂第一百一十一页，共112页。表面表面(biomin)活性剂的国内外发展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。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、滋润皮肤等作用，并应不断开发新用要有抑菌、杀菌、滋润皮肤等作用，并应不断开发新用途。途。3耐硬水、低温洗涤效果好，浓缩的表面活性剂洗涤耐硬水、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用品是一个发展方向(fngxing)，这包括浓缩洗衣粉和，这包括浓缩洗衣粉和液体洗涤剂。液体洗涤剂。第一百一十二页，共112页。