表面活性剂化学第二章表面活性剂的作用原理课件.ppt

《表面活性剂化学第二章表面活性剂的作用原理课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《表面活性剂化学第二章表面活性剂的作用原理课件.ppt（44页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、表面活性剂化学第二章表面活性剂的作用原理第1页，此课件共44页哦主要内容2.1表面张力与表面活性2.2表面活性剂胶束2.3表面活性剂结构与性能的关系第2页，此课件共44页哦2.1表面张力与表面活性表面：把液体和固体与气体的接触面称为液体和固体的表面。界面 把液体与液体、固体与固体或液体与固体的接触面称为界面第3页，此课件共44页哦2.1.1表面张力和表面自由能露珠等露珠等液珠总是具有自动收缩减少液珠总是具有自动收缩减少表面积，从而降低表面表面积，从而降低表面自由能的趋势。自由能的趋势。体积一定的体积一定的各种形状中球形的各种形状中球形的表面积最小。表面积最小。液体内部和表面分子的受力情况第4页

2、，此课件共44页哦表面张力表面张力是指一种使表面分子具有向内运动的趋势，并使表面自是指一种使表面分子具有向内运动的趋势，并使表面自动收缩至最小面积的力。动收缩至最小面积的力。第5页，此课件共44页哦2.1.2表面活性和表面活性剂纯液体中只还有一种分子，在恒温、恒压下表面张力是一个恒定值。据大量的实验证明；各种物质的水溶液的表面张力与浓度的关系主要有三种。P11吸附现象：当物质加入溶液中时，液体表面层的浓度和液体内部的浓度不同，这种改变浓度的现象称为。第6页，此课件共44页哦表面活性剂分子在溶液中的正吸附表面活性剂分子在溶液中的正吸附 正吸附：吸附：表面活性剂在浓度较低时，基本集中在表面形成单分

3、子层，表面活性剂在浓度较低时，基本集中在表面形成单分子层，其在表面层的浓度大大高于溶液内的浓度，并使溶液的表面张力降其在表面层的浓度大大高于溶液内的浓度，并使溶液的表面张力降低到水的表面张力以下。这种表面活性剂在溶液表面层聚集的现象低到水的表面张力以下。这种表面活性剂在溶液表面层聚集的现象称为正吸附。称为正吸附。第7页，此课件共44页哦表面活性物质即为表面活性剂 ！？表面张力下降的原因是什么？！第8页，此课件共44页哦2.2表面活性剂胶束 当表面活性剂浓度增加到一定值后，水表面是全部被表面活性剂分子占据，达吸附饱和后，表面张力不再继续降低。其时表面活性剂在溶液内部采取另一种排列方式，即形成胶束

4、。第9页，此课件共44页哦 胶束是表面活性剂的重要性质，也是产生增溶、乳化、洗涤、分散、絮凝等作用的根本原因。胶束的形成实际是表面活性剂分子为缓和水和疏水基之间的排斥作用而采取的另一种稳定化方式。第10页，此课件共44页哦2.2.1 胶束形成 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，部分会自相结合，形成聚集体，使憎水基向里、亲水基向外，这种这种多分子聚集体称为多分子聚集体称为胶束胶束第11页，此课件共44页哦第12页，此课件共44页哦第13页，此课件共44页哦2.2.2 临

5、界胶束浓度（cmc）临界胶束浓度（critical micelle 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子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也三三两形成定向排列的紧密单分子层，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，两的以憎水基互相靠拢，聚集在一起形成胶束，这开始形成胶这开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度。束的最低浓度称为临界胶束浓度。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

6、折。继续增加活性剂浓度，表面张力不再降低，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。而体相中的胶束不断增多、增大。临界浓度通常在临界浓度通常在0.02%0.5%左右左右。第14页，此课件共44页哦第15页，此课件共44页哦1.临界胶束浓度的测定方法表面张力法：不受无机盐存在的影响，但极性有机物影响较大，需提纯后进行测定电导法：适用于测定离子型表面活性剂的cmc，无机盐易干扰增溶作用法：利用不溶或低溶解度物质第16页，此课件共44页哦染料法：利用某些燃料的颜色或荧光在水中和胶团中具有明显的差 别。应选择颜色和荧光变化明显的染料，一般要求染料离子与表面

7、活性剂离子的电荷相反。光散射法：从溶液光散射-浓度图中的突变点求出cmc.表面张力法和电导法最为常用第17页，此课件共44页哦tCMCCMC的测定的测定1.1.表表面面张张力力法法：以以表表面面张张力力对对浓浓度度的的对对数数作作图图，曲曲线线的的转转折折点点即即为为CMCCMC值值。适适合合于于离离子子表表面面活活性性剂剂和和非非离离子子型型表面活性剂。表面活性剂。2.2.电电导导法法：以以表表面面活活性性剂剂溶溶液液的的摩摩尔尔电电导导率率对对浓浓度度或或浓浓度度的的平平方方根根作作图图，曲曲线线的的转转折折点点即即CMCCMC值值。适适合合于于离离子表面活性剂子表面活性剂。3.3.染染料

8、料法法：表表面面活活性性剂剂溶溶液液增增溶溶染染料料前后吸收光谱的变化。前后吸收光谱的变化。4.4.光光散散射射法法：胶胶束束形形成成与与散散射射光光强强度度成正比成正比。庚基乙二醇十二烷基醚的表面庚基乙二醇十二烷基醚的表面张力与浓度的关系张力与浓度的关系 十二烷基磺酸水溶液的十二烷基磺酸水溶液的电导率与浓度的关系电导率与浓度的关系第18页，此课件共44页哦2.影响临界胶束浓度的因素临界胶束浓度是表面活性剂表面活性的一种量度，影响临界胶束浓度是表面活性剂表面活性的一种量度，影响因素主要是分子结构，此外还与温度，无机盐，有机添因素主要是分子结构，此外还与温度，无机盐，有机添加剂加剂等外界因素有关

9、。等外界因素有关。（1 1）碳氢链的长度）碳氢链的长度：cmccmc随碳原子数的增加而降低。随碳原子数的增加而降低。（2 2）碳氢链的分支）碳氢链的分支：疏水基团碳氢链带分支的表面活性疏水基团碳氢链带分支的表面活性剂比相同碳原子的直链化合物的剂比相同碳原子的直链化合物的cmccmc浓度大得多浓度大得多。第19页，此课件共44页哦（3）极性基团的位置：极性基团越靠近碳氢链的中间，cmc越大。（4）C-H链中其他取代基的影响：C-H链中极性基团的增多，亲水性增强，cmc增加。（5）疏水链的性质：疏水性越强，cmc越小第20页，此课件共44页哦（6 6）亲水基团的影响）亲水基团的影响：水溶液中，离子

10、型表面活性水溶液中，离子型表面活性剂的剂的cmccmc远比非离子型的大。亲水基团的种类对远比非离子型的大。亲水基团的种类对cmccmc影影响不大。响不大。（7 7）温度对胶束形成的影响）温度对胶束形成的影响：离子型表面活性剂的离子型表面活性剂的KrafftKrafft点点KrafftKrafft：离子型表面活性剂在水溶液中当温度达某离子型表面活性剂在水溶液中当温度达某一值时溶解度突然增大，这一温度称为。一值时溶解度突然增大，这一温度称为。（低（低于于KrafftKrafft点没有增溶作用）点没有增溶作用）第21页，此课件共44页哦浊点浊点：一定浓度的非离子表面活性剂溶液在加热过：一定浓度的非离

11、子表面活性剂溶液在加热过程中，表面活性剂突然析出使溶液浑浊的温度点。程中，表面活性剂突然析出使溶液浑浊的温度点。（浊点下使用）（浊点下使用）其它如，电解质，水结构改进剂，混合胶束都对其它如，电解质，水结构改进剂，混合胶束都对cmccmc有影响。有影响。第22页，此课件共44页哦3.3.胶束的形状和大小胶束的形状和大小 随着亲水基不同和浓度不同，形成的胶束可呈现随着亲水基不同和浓度不同，形成的胶束可呈现球状球状、棒状棒状、层层状状或或块状块状等等多种形状。多种形状。（光散射法对胶束的研究光散射法对胶束的研究）第23页，此课件共44页哦第24页，此课件共44页哦第25页，此课件共44页哦第26页，

12、此课件共44页哦 事实上在一个表面活性剂体系中往往是几种形事实上在一个表面活性剂体系中往往是几种形状的胶束共存，并且胶束的主要形态与表面活性剂状的胶束共存，并且胶束的主要形态与表面活性剂的浓度有很大的关系。的浓度有很大的关系。胶束的形状受无机盐和有机添加剂的影响，并与胶束胶束的形状受无机盐和有机添加剂的影响，并与胶束的大小有密切的关系。胶束的大小由胶束聚集数来衡量。的大小有密切的关系。胶束的大小由胶束聚集数来衡量。第27页，此课件共44页哦胶束聚集数胶束聚集数=胶束量胶束量/表面活性剂的分子量表面活性剂的分子量 胶束量即为胶束的分子量胶束量即为胶束的分子量在水介质中，表面活性剂与溶液的的不在水

13、介质中，表面活性剂与溶液的的不相似性越大，则聚集数越大。相似性越大，则聚集数越大。第28页，此课件共44页哦2.2.3胶束作用简介1.1.乳化作用乳化作用（降低表面张力，使乳液容易生成并稳（降低表面张力，使乳液容易生成并稳定）定）乳化乳化：将一种液体的细小颗粒分散于另一种：将一种液体的细小颗粒分散于另一种不相溶的溶液中，所得到的分散体系称为乳液。不相溶的溶液中，所得到的分散体系称为乳液。2.2.泡沫作用泡沫作用（低的表面张力和高强度表面膜的形成是（低的表面张力和高强度表面膜的形成是形成泡沫的基本条件）形成泡沫的基本条件）烷基苯磺酸钠和烷基硫酸钠是良好的起泡剂，月桂酰二乙醇胺为良好的稳泡剂。第2

14、9页，此课件共44页哦3.3.分散作用分散作用（降低界面自由能，同时有利于粒子周围双电层的（降低界面自由能，同时有利于粒子周围双电层的形成）形成）4.4.增溶作用增溶作用 只有在表面活性剂浓度超过只有在表面活性剂浓度超过cmccmc后才显现出来后才显现出来第30页，此课件共44页哦5.催化作用 通常35nm，其大小、性质、结构与含酶球状蛋白相似，因此具有与酶类似的催化作用。如，阳离子表面活性剂能能够增加亲核阴离子与未带电机制的反应。第31页，此课件共44页哦2.3表面活性剂结构与性能的关系亲油基种类化学结构亲水基种类表面活性剂的性质决定其应用的领域和应用性能表面活性剂的性质决定其应用的领域和应

15、用性能用途性质分子量分子形态亲水性HLB第32页，此课件共44页哦2.3.1表面活性剂的亲水性 表面活性剂活性的强弱和cmc的大小，与其亲水性密切相关。表面活性剂的亲水性是由亲水、亲油基团相互作用，共同决定的性质。Griffin提出了用亲水-亲油平衡值（HLB）来表示表面活性剂的亲水性，它是亲水基和疏水基之间在大小和力量上的平衡程度的量度。第33页，此课件共44页哦1.HLB值的确定亲油基的疏水性可以用亲油基的质量表示，但亲水基种类较多，亲水性能差别较大。聚氧乙烯型非离子表面活性剂HLB计算如下：HLB=亲水基团质量/表面活性的质量100/5 HLB=E/5 E:代表合成表面活性剂时加入的环氧

16、乙烷的质量分数第34页，此课件共44页哦三点结论：三点结论：1.1.聚氧乙烯型非离子表面活性剂的聚氧乙烯型非离子表面活性剂的HLBHLB在在0 02020之间之间2.2.只有亲水基，没有亲油基的化合物分子只有亲水基，没有亲油基的化合物分子HLB=20HLB=20，如聚乙二醇，如聚乙二醇3.3.只有亲油基，没有聚氧乙烯亲水基的石蜡烃，只有亲油基，没有聚氧乙烯亲水基的石蜡烃，HLB=0HLB=0第35页，此课件共44页哦HLBHLB值代表了亲水基和亲油基的平衡值，用来衡量亲水和值代表了亲水基和亲油基的平衡值，用来衡量亲水和亲油能力的强弱，实际表征了表面活性剂的亲水性。亲油能力的强弱，实际表征了表面

17、活性剂的亲水性。HLBHLB值越高，亲水性越强。值越高，亲水性越强。大部分多元醇脂肪酸酯型非离子表面活性剂的大部分多元醇脂肪酸酯型非离子表面活性剂的HLBHLB可可采用下面经验公式采用下面经验公式（19491949年年Griffin Griffin 提出提出）第36页，此课件共44页哦HLB=20（1-S/A）S:多元醇酯表面活性剂的皂化值，指1克酯完全皂化时所需氢氧化钾的量，mg.A:脂肪酸原料的酸值，中和1克有机酸需要的氢氧化钾的量，mg对于皂化值不易测定的非离子表面活性剂可用公式：HLB=(E+P)/5P:多元醇的质量分数第37页，此课件共44页哦DaviesDavies将将HLBHLB

18、值作为亲水基和亲油基各原子团的值作为亲水基和亲油基各原子团的HLBHLB值的值的代数和表示。他采用分割计算的方法，将表面活性剂结代数和表示。他采用分割计算的方法，将表面活性剂结构分解为一些基团，每个基团对构分解为一些基团，每个基团对HLBHLB值均有确定的贡值均有确定的贡献。献。HLB=HLB=亲水基基团数亲水基基团数-亲油基基团数亲油基基团数+7+7混合复配表面活性剂的混合复配表面活性剂的HLBHLB计算：计算：HLB=(HLBiqi)HLB=(HLBiqi)第38页，此课件共44页哦不同不同HLB值的表面值的表面活性剂的用途活性剂的用途 第39页，此课件共44页哦2.3.2.亲油基团的影响

19、SASA降低表面张力和胶束的生成均是由于亲油基的疏降低表面张力和胶束的生成均是由于亲油基的疏水作用产生的，其对水作用产生的，其对SASA性质的影响仅次于性质的影响仅次于HLB.HLB.七类亲油基的疏水性大小顺序为：七类亲油基的疏水性大小顺序为：氟代烃硅氧烃基脂肪族烷基氟代烃硅氧烃基脂肪族烷基环烷烃基脂环烷烃基脂肪族烯烃脂肪基芳香烃基芳香烃基含弱亲水基肪族烯烃脂肪基芳香烃基芳香烃基含弱亲水基的烃基的烃基第40页，此课件共44页哦2.3.3亲水基团的影响表面活性剂的亲水基团会影响其溶解度，从而影响cmc.溶解度越大，cmc越高。亲水基团亲水性会影响溶解度，进而影响cmc.亲水基不同，SA对温度的敏

20、感性不同。E.g离子型 温度升高 溶解度 离子形式非离子型 温度升高 溶解度 氢键第41页，此课件共44页哦2.3.4分子形态的影响亲水基团的相对位置一般，亲水基位于分子中间时，SA润湿性能比位于末端的强，而位于末端时，则去污力较强。亲油基团的相对位置SA类型和分子大小相同的情况下，带有分支结构的SA润湿性和渗透性好，但去污力小。第42页，此课件共44页哦2.4.5分子量的影响分子量的影响较为显著。一般分子量较大的SA洗涤、分散、乳化性能较好，而分子量较小的润湿、渗透性能较好。大，SA洗涤、分散、乳化作用好。小，润湿、渗透好第43页，此课件共44页哦2.4.6表面活性剂的溶解度浊点浊点非离子表

21、面活性剂在浊点下使用。非离子表面活性剂在浊点下使用。SASA溶解度越高，浊点越高溶解度越高，浊点越高其使用范围越广。其使用范围越广。KrafftKrafft点点存在浊点的原因？存在浊点的原因？答：通常情况下，聚氧乙烯醚分子以锯齿型存在，当其溶于答：通常情况下，聚氧乙烯醚分子以锯齿型存在，当其溶于 水中时，则转变为蜿曲型，将氧原子排在外侧与水分子形成水中时，则转变为蜿曲型，将氧原子排在外侧与水分子形成氢键从而使自身溶解在水中。当温度升高时，分子热运动加氢键从而使自身溶解在水中。当温度升高时，分子热运动加剧，氢键被破坏，使表面活性剂从溶液中析出。剧，氢键被破坏，使表面活性剂从溶液中析出。第44页，此课件共44页哦