表面活性剂及其应用.pptx

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1、一、表面活性剂一、表面活性剂1.1.表面活性剂的定义表面活性剂的定义 由于水是最重要的溶剂，因此 表面活性往往是对水而言。曲线A中的溶质对于水无表面活性，称之为非表面活性物质。曲线B和C的溶质对水有表面活性，被称为表面活性物质。而曲线B中的溶质只能称为表面活性物质而不能称为表面活性剂。对于曲线C中的溶质在很低浓度时就能明显地降低水的表面张力，此类物质称之为表面活性剂。图1 水溶液的表面张力与溶质浓度的几种典型关系第1页/共21页2.2.表面活性剂的结构特点表面活性剂的结构特点 不论表面活性剂属于何种类型，都是由性质不同的两部分组成。一部分是由疏水亲油的碳氢链组成的非极性基团，另一部分为亲水疏油

2、的极性基。这两部分分别处于表面活性剂分子的两端。为不对称的分子结构。图2 两亲分子示意图第2页/共21页3.3.表面活性剂效率和有效表面活性剂效率和有效值值3.1 3.1 表面活性剂效率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。3.2 3.2 表面活性剂有效值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。第3页/共21页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

3、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（micelle）。这种开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度，简称CMC。4 4.临界胶束浓度临界胶束浓度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。第4页/共21页1.离子型2.非离子型表面活性剂阳离子型阴离子型两性离子型小极性头，如RSOCH3大极性头,如R(OC2H3)nOH5.5.表面活性剂的分类表面活性剂的分类R-NH2HCl伯胺盐 CH3|R-N-HCl仲胺盐|H CH3|R-N-HCl叔胺盐|CH3

4、 CH3|R-N+-CH3Cl-季胺盐|CH3RCOONa羧酸盐R-OSO3Na 硫酸酯盐R-SO3Na磺酸盐R-OPO3Na2磷酸酯盐第5页/共21页 表面活性剂都是两亲分子，由于亲水和亲油基团的不同，很难用相同的单位来衡量.6.6.表面活性剂表面活性剂的的HLBHLB值值 Griffin（格里芬）提出了用HLB(hydrophile-lipophile balance，亲水亲油平衡)值来表示表面活性剂的亲水性.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。非离子型表面活性剂的HLB值介于020之间,根据需要，

5、可根据HLB值选择合适的表面活性剂,例如：HLB值在26之间，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乳化剂第6页/共21页7.7.表面活性剂的一些重要作用表面活性剂的一些重要作用 表面活性剂的用途极广，主要有五个方面:润湿作用、起泡作用、增溶作用、乳化作用和洗涤作用。第7页/共21页检验水包油乳状液加入水溶性染料如亚甲基蓝，说明水是连续相。加入油溶性的染料红色苏丹，说明油是不连续相。第8页/共21页A.水的表面张力大，对油污润湿性能差，

6、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。洗涤作用第9页/共21页二、表面活性剂的应二、表面活性剂的应用用 纳米技术 纳米材料合成技术 纳米测试技术 纳米应用技术 纳米生产技术 纳米复合材料 纳米结构材料纳米粉体材料及其表面修饰纳米超微合成器 表面活性剂 表面偶联效应 表面电阻效应 界面偶联效应 界面吸附分散效应 分子膜表面效应 结构模板1.1.表面活性剂在纳米制备中的应用表面活性剂在纳米制备中的应用第10页/共21页1 1）表面活性剂在纳米粉体制备中的应用）表面活性剂在纳

7、米粉体制备中的应用 表面活性剂亲水亲油的结构使其在溶液中具有形成胶束的特性。这些胶束在溶液中成为微型反应器,被广泛用于纳米粉体材料的合成与制备中，尤其是使用溶液法制备纳米粉体材料时，几乎都用表面活性剂作为超微反应试剂。目前纳米粉体材料制备采用表面活性剂的方法有：沉淀法，超微乳法，乳化法，溶胶凝胶法等。第11页/共21页胶团形成的超微反应器模型如图所示：胶团形成的超微反应器模型如图所示：（b）第12页/共21页2 2）表面活性剂在纳米粉体分散和表面修饰中的应用）表面活性剂在纳米粉体分散和表面修饰中的应用 接枝型高分子表面活性剂的结构特点是主链与支链的结构不同，可产生微观相分离，利用这种结构特点可

8、对聚合物材料进行表面修饰,得到正负两表面亲水(油)性质不同的薄膜材料。因此，在加入纳米微粒时,高分子表面活性剂能与纳米微粒之间形成很好的相容性。表面修饰分散处理粒子复合处理表面改性处理第13页/共21页3 3）表面活性剂在纳米复合材料中的应用）表面活性剂在纳米复合材料中的应用 纳米复合材料无论形式、性能如何变化，主要有两种：纳米粉体与基体材料的直接复合；纳米粉体前驱体与聚合物反应复合。表面活性剂在消除两相界面中的作用：偶联作用：表面活性剂吸附在固体表面即可通过降低界面能、与固体表面基团静电吸附、与固体表面等使亲油基面向聚合物而增加界面相容性，也可以通过自身的有机链在固体表面成为空间位阻防止纳米

9、固体颗粒再团聚的同时增加无机/有机界面相容性。活化作用：表面活性剂在纳米微粒表面的吸附、静电吸引或成键，使纳米微粒的表面性能发生了极大的改变，当朝向微粒外面的表面活性剂中古有反应基团时，在与聚合物的复合中，这些官能团可能与聚合物中的官能团发生反应。把具有反应性的纳米微粒的这一改变过程称为活化，由此可见，表面活性剂对纳米微粒具有活化作用。分散作用：表面活性剂降低无机有机物界面张力，改善液体流动性，使反应物之间更均匀一致。表面活性剂在无机有机溶液体系中，通过相似共溶原理，形成桥梁作用，表面活性剂的两亲性使之介于无机有机物之间，进行双头搭桥，减小界面。表面活性剂的加溶性使无机胶体增加有机物在胶团中的

10、溶解度，进行相互渗透，以增加界面间的致密性。第14页/共21页 图4 不同水含量的钠基蒙脱土的XRD谱图1-H2O：MMT=2 2-H2O:MMT=1 3-NaMMT第15页/共21页4 4）表面活性剂在纳米结构材料中的作用）表面活性剂在纳米结构材料中的作用图5 表面活性剂形成的各种模板示意图图6 液晶模板示意图 第16页/共21页5 5）高分子表面活性剂在纳米材料制备中的应用）高分子表面活性剂在纳米材料制备中的应用 1958年就有人报告闻聚乙烯单体作为乳化剂第一次合成出聚乙烯。从此,各种可聚合表面活性剂用于研究和合成不同的材料引起人们极大的关注。高分子表面活性剂在纳米材料的合成和应用的焦点主

11、要在以下四个领域：高分子胶团，微囊，液晶和超微乳。此外，表面活性剂也用于脂质体和LB膜的制备，研究发现，许多类型的表面活性剂都可以作为脂质体的膜材料。图7 可形成LB膜的芳香基表面活性剂第17页/共21页APG代表烷基糖苷(Alkyl Polyglucoside）图8 烷基葡萄糖苷的分子结构图9 表面活性剂去油污原理图1 1）绿色表面活性剂的应用绿色表面活性剂的应用用于洗涤剂,化妆品，食品、纺织、石油等工业以及医药和其他行业。2.其他表面活性剂的相关应用第18页/共21页2 2）生物表面活性剂在环境污染治理中的应用生物表面活性剂在环境污染治理中的应用生物表面活性剂具有良好的抗菌性、热稳定性和化学稳定性，有些生物表面活性剂可以耐强碱、强酸。主要应用与环境污染治理：促进有机污染物的降解重金属污染的生物修复 减少农药污染 抑制藻类过度繁殖双子表面活性剂能够更有效地降低水的表面张力，具有更低的临界胶束浓度、更高的吸附性能以及奇特的聚集行为，在三次采油、杀菌、印染等领域受到人们的广泛关注。第19页/共21页第20页/共21页感谢您的观看。第21页/共21页