物理化学中国药科大学表面活性剂及其作用.ppt

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1、表面活性剂分类常用表面活性剂类型表面活性剂效率和有效值胶束临界胶束浓度亲水亲油平衡表面活性剂的重要作用浮游选矿乳状液类型起泡作用增溶作用乳化作用洗涤作用润湿作用第六节第六节 表面活性剂及其作用表面活性剂及其作用作为溶质能使溶液的表面张力显著降低作为溶质能使溶液的表面张力显著降低的物质称为表面活性剂。表面活性剂分的物质称为表面活性剂。表面活性剂分子在结构上都是不对称的，均由亲水性子在结构上都是不对称的，均由亲水性的极性基和憎水性的非极性基两部分组的极性基和憎水性的非极性基两部分组成。成。表面活性剂溶于水后，凡能电离的，表面活性剂溶于水后，凡能电离的，称为离子型表面活性剂；不能电离的则称为离子型表

2、面活性剂；不能电离的则称为非离子型表面活性剂。称为非离子型表面活性剂。一、表面活性剂的分类一、表面活性剂的分类1.离子型2.非离子型阳离子型阴离子型两性型表面活性剂CH3CH2CH2CH2CH2OSO-Na+OOCH3CH2CH2CH2CH2N+CH3 Cl-CH3CH3CH3CH2CH2CH2CH2N+CH2COO-CH3CH3常用的表面活性剂：常用的表面活性剂：阴离子表面活性剂RCOONa羧酸盐R-OSO3Na 硫酸酯盐R-SO3Na磺酸盐R-OPO3Na2磷酸酯盐阳离子表面活性剂R-NH2HCl伯胺盐 CH3|R-N-HCl仲胺盐|H CH3|R-N-HCl叔胺盐|CH3 CH3|R-N

3、+-CH3Cl-季胺盐|CH3两性表面活性剂R-NHCH2-CH2COOH 氨基酸型 CH3|R-N+-CH2COO-甜菜碱型|CH3R-(C6H4)-O(C2H4O)nH烷基酚聚氧乙烯醚非离子表面活性剂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R-O-(CH2CH2O)nH脂肪醇聚氧乙烯醚表面活性剂效率 使水的表面张力明显降低所需要的表面活性剂的浓度。显然，所需浓度愈低，表面活性剂的性能愈好。表面活性剂有效值 能够把水的表面张力降低到的最小值。显然，能把水的表面张力降得愈低，该表面活性剂愈有效。表面活性剂的效

4、率与有效值在数值上常常是相反的。例如，当憎水基团的链长增加时，效率提高而有效值降低。二、表面活性剂的二、表面活性剂的HLB值值（一）表面活性剂的亲水亲油平衡值（一）表面活性剂的亲水亲油平衡值HLB(hydrophile-lipophile balance)值，亲值，亲水亲油平衡值，表示表面活性剂的亲水性。水亲油平衡值，表示表面活性剂的亲水性。定义：石蜡定义：石蜡HLB0，聚乙二醇，聚乙二醇HLB20表面活性剂的表面活性剂的HLB020。DAVIES规则：规则：HLB7(各基团的各基团的HLB)C16H33OH:HLB=7+1.9+16(-0.475)=1.3亲水基团亲水基团HLB憎水基团憎水基

5、团HLBSO3Na38.7CH-0.475COOK21.1CH2COONa19.1CH3N叔胺叔胺9.4-0.475脂（脂（6.8(CH2CH2O)0.33脂脂(free)2.4(CH2CH2CHO)-0.15COOH2.1OH(free)1.9O1.3OH0.5基团的基团的HLB值值HLB值=亲水基质量亲水基质量+憎水基质量100/5例如：石蜡无亲水基，所以HLB=0 聚乙二醇，全部是亲水基，HLB=20。其余非离子型表面活性剂的HLB值介于020之间。加水后的性质加水后的性质HLB不分散不分散02W/O乳化剂乳化剂4分散得不好分散得不好6不稳定乳状分散不稳定乳状分散8润湿剂润湿剂稳定乳状分

6、散稳定乳状分散10半透明至透明分散半透明至透明分散12洗涤剂洗涤剂O/W乳化剂乳化剂透明分散透明分散 1416增溶剂增溶剂18HLB值和性质的关系值和性质的关系 根据需要，可根据HLB值选择合适的表面活性剂。例如：HLB值在26之间，可作油包水型的乳化剂；810之间作润湿剂；1218之间作为水包油型乳化剂。HLB值 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20|石蜡 W/O乳化剂 润湿剂 洗涤剂 增溶剂|聚乙二醇 O/W乳化剂三、胶束和临界胶束浓度三、胶束和临界胶束浓度 表面活性剂是两亲分子。溶解在水中达一定浓度时，其非极性部分会自相结合，形成聚集体，使憎水基向里、亲水基向外，这种多

7、分子聚集体称为胶束。随着亲水基不同和浓度不同，形成的胶束可呈现棒状、层状或球状等多种形状。（一）胶束的形成和（一）胶束的形成和临界胶束浓度临界胶束浓度简单胶束和层状胶束简单胶束和层状胶束棒状胶束棒状胶束表面活性剂在水溶液中形成胶束所需的表面活性剂在水溶液中形成胶束所需的最低浓度，称为临界胶束浓度最低浓度，称为临界胶束浓度(CMC)。临界胶束浓度与在溶液表面形成饱和临界胶束浓度与在溶液表面形成饱和吸附所对应的浓度基本一致。表面活吸附所对应的浓度基本一致。表面活性剂的水溶液在浓度加大的过程中，性剂的水溶液在浓度加大的过程中，系统许多性质的变化规律，都以临界系统许多性质的变化规律，都以临界胶束浓度为

8、界而出现明显转折。胶束浓度为界而出现明显转折。界面张力界面张力表面张力表面张力渗透压渗透压电导率电导率去污作用去污作用摩尔电导率摩尔电导率CMC 四、表面活性剂的几种重要作用四、表面活性剂的几种重要作用 1.润湿作用 表面活性剂可以降低液体表面张力，改变接触角的大小，从而达到所需的目的。例如，要农药润湿带蜡的植物表面，要在农药中加表面活性剂；如果要制造防水材料，就要在表面涂憎水的表面活性剂，使接触角大于90。润湿作用润湿作用去润湿作用去润湿作用2.起泡作用 “泡”就是由液体薄膜包围着气体。有的表面活性剂和水可以形成一定强度的薄膜，包围着空气而形成泡沫，用于浮游选矿、泡沫灭火和洗涤去污等，这种活

9、性剂称为起泡剂。也有时要使用消泡剂，在制糖、制中药过程中泡沫太多，要加入适当的表面活性剂降低薄膜强度，消除气泡，防止事故。3.增溶作用 非极性有机物如苯在水中溶解度很小，加入油酸钠等表面活性剂后，苯在水中的溶解度大大增加，这称为增溶作用。增溶作用与普通的溶解概念是不同的，增溶的苯不是均匀分散在水中，而是分散在油酸根分子形成的胶束中。经X射线衍射证实，增溶后各种胶束都有不同程度的增大，而整个溶液的的依数性变化不大。4.乳化作用 一种或几种液体以大于10-7m直径的液珠分散在另一不相混溶的液体之中形成的粗分散体系称为乳状液。要使它稳定存在必须加乳化剂。根据乳化剂结构的不同可以形成以水为连续相的水包

10、油乳状液(O/W)，或以油为连续相的油包水乳状液(W/O)。有时为了破坏乳状液需加入另一种表面活性剂，称为破乳剂，将乳状液中的分散相和分散介质分开。例如原油中需要加入破乳剂将油与水分开。5.洗涤作用 洗涤剂中通常要加入多种辅助成分，增加对被清洗物体的润湿作用，又要有起泡、增白、占领清洁表面不被再次污染等功能。其中占主要成分的表面活性剂的去污过程可用示意图说明：A.水的表面张力大，对油污润湿性能差，不容易把油污洗掉。B.加入表面活性剂后，憎水基团朝向织物表面和吸附在污垢上，使污垢逐步脱离表面。C.污垢悬在水中或随泡沫浮到水面后被去除，洁净表面被活性剂分子占领。首先将粗矿磨碎，倾入浮选池中。在池水

11、中加入捕集剂和起泡剂等表面活性剂。搅拌并从池底鼓气，带有有效矿粉的气泡聚集表面，收集并灭泡浓缩，从而达到了富集的目的。不含矿石的泥砂、岩石留在池底，定时清除。浮游选矿浮游选矿的原理图 选择合适的捕集剂，使它的亲水基团只吸在矿砂的表面，憎水基朝向水。当矿砂表面有5%被捕集剂覆盖时，就使表面产生憎水性，它会附在气泡上一起升到液面，便于收集。矿物矿物增溶作用增溶作用 一些非极性的碳氢化合物在水中的溶解一些非极性的碳氢化合物在水中的溶解度很小，但在浓度达到或超过临界胶束浓度度很小，但在浓度达到或超过临界胶束浓度的表面活性剂溶液中却能溶解它们，形成完的表面活性剂溶液中却能溶解它们，形成完全透明、外观与真

12、溶液非常相似的系统。这全透明、外观与真溶液非常相似的系统。这种现象称为表面活性剂的增溶作用。种现象称为表面活性剂的增溶作用。表面活性剂是由于胶束而产生增溶作用。表面活性剂是由于胶束而产生增溶作用。在胶束内部，相当于液态的碳氢化合物。根在胶束内部，相当于液态的碳氢化合物。根据性质相似相溶原理，非极性有机溶剂较易据性质相似相溶原理，非极性有机溶剂较易溶于胶束内部的碳氢化合物之中，这就形成溶于胶束内部的碳氢化合物之中，这就形成了增溶现象。因此只有表面活性剂的浓度达了增溶现象。因此只有表面活性剂的浓度达到临界胶束浓度以上，有胶束形成时，才能到临界胶束浓度以上，有胶束形成时，才能有增溶作用。有增溶作用。4.2nm2.452nm3.6nm2.452nm苯在油酸水溶液中的增溶苯在油酸水溶液中的增溶 应当注意，碳氢化合物被增溶后，能形应当注意，碳氢化合物被增溶后，能形成非常类似真溶液的稳定体系，但实验证明，成非常类似真溶液的稳定体系，但实验证明，这类系统不同于真溶液，入溶液依数性值比这类系统不同于真溶液，入溶液依数性值比相应的真溶液小很多，这证明增溶系统并为相应的真溶液小很多，这证明增溶系统并为分散至分子水平的均匀程度，溶质是以分子分散至分子水平的均匀程度，溶质是以分子集团整体而溶于的。集团整体而溶于的。