表面活性剂第二章课件.ppt

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1、表面活性剂第二章表面活性剂第二章第1页，此课件共37页哦 2.1 2.1 表面张力与表面活性表面张力与表面活性表面张力与表面活性表面张力与表面活性 为比例系数，表示垂直通过为比例系数，表示垂直通过液面上任一单位长度、与液面液面上任一单位长度、与液面相切的收缩表面的力，简称为相切的收缩表面的力，简称为表面张力，其单位通常为表面张力，其单位通常为mN/m。液体自动收缩的表面现象还可以从液体自动收缩的表面现象还可以从能量的角度来理解。液体表面自发能量的角度来理解。液体表面自发地缩小，则会减少自由能，如按相地缩小，则会减少自由能，如按相反的过程，使液体产生新表面反的过程，使液体产生新表面dAdA，则需

2、要一定的功则需要一定的功dG,dG,它们之间的关它们之间的关系系 第2页，此课件共37页哦 2.1 2.1 表面张力与表面活性表面张力与表面活性表面张力与表面活性表面张力与表面活性 第3页，此课件共37页哦Measurements(1)滴重法滴重法 2.1 2.1 表面张力与表面活性表面张力与表面活性表面张力与表面活性表面张力与表面活性 第4页，此课件共37页哦 2.1 2.1 表面张力与表面活性表面张力与表面活性表面张力与表面活性表面张力与表面活性 Measurements（2 2）毛细管上升法毛细管上升法（3 3）环法环法（4 4）吊片法吊片法（5 5）最大起泡压力法最大起泡压力法（6 6

3、）滴外形法滴外形法第5页，此课件共37页哦 Surface Activity&Surfactant纯液体中只含有一种分子，在恒温恒压下，其表纯液体中只含有一种分子，在恒温恒压下，其表面张力是一个恒定的数值面张力是一个恒定的数值 溶液中通常含有两种或两种以上的分子，这使得溶液表溶液中通常含有两种或两种以上的分子，这使得溶液表面的化学组成不同于纯溶剂表面的化学组成。溶质的性面的化学组成不同于纯溶剂表面的化学组成。溶质的性质和浓度不同，产生单位溶液表面积时体系所需要的能质和浓度不同，产生单位溶液表面积时体系所需要的能量不同，溶液的表面张力也因此有所差异。量不同，溶液的表面张力也因此有所差异。第6页，

4、此课件共37页哦 Surface&Surfactant第7页，此课件共37页哦 Surface Activity&Surfactant吸附吸附:当物质加入液体中后，它在液体表面层的浓度和当物质加入液体中后，它在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吸附现液体内部的浓度不同，这种改变浓度的现象称为吸附现象。使表面层的浓度大于液体内部浓度的作用称为正吸象。使表面层的浓度大于液体内部浓度的作用称为正吸附作用，相反则为负吸附作用，通常人们也习惯将正吸附作用，相反则为负吸附作用，通常人们也习惯将正吸附称为吸附。附称为吸附。表面活性表面活性:因溶质在表面发生吸附因溶质在表面发生吸附(

5、正吸附正吸附)而使溶液表而使溶液表面张力降低的性质被称为表面活性，这类物质被称为表面活性物面张力降低的性质被称为表面活性，这类物质被称为表面活性物质。质。第8页，此课件共37页哦 2.2 2.2 表面活性剂胶束表面活性剂胶束表面活性剂胶束表面活性剂胶束 表面活性剂分子的亲油基团之间因疏水性存在显著的吸引作用，表面活性剂分子的亲油基团之间因疏水性存在显著的吸引作用，易于相互靠拢、缔合，从而逃离水的包围易于相互靠拢、缔合，从而逃离水的包围 第9页，此课件共37页哦 临界胶束浓度简称临界胶束浓度简称CMCCMC 表面活性剂在水中随着浓度增大，表面上聚集的表面活性剂在水中随着浓度增大，表面上聚集的活性

6、剂分子形成定向排列的紧密单分子层，多余的分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三三两两的以憎水基互相靠拢，聚集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，在一起形成胶束，这开始形成胶束的最低浓度称为临这开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度。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浓度，表面张力不再降低，而体相中的胶束不断增多、增大。多、增大。第10页，此课件共37页

7、哦第11页，此课件共37页哦 2.2 2.2 表面活性剂胶束表面活性剂胶束表面活性剂胶束表面活性剂胶束 SternStern双电层结构双电层结构双电层结构双电层结构第12页，此课件共37页哦 2.2 2.2 表面活性剂胶束表面活性剂胶束表面活性剂胶束表面活性剂胶束 临界胶束浓度临界胶束浓度(cmc)开始形成胶束的最低浓度被称为临界胶束浓度。开始形成胶束的最低浓度被称为临界胶束浓度。临界胶束浓度是衡量表面活性剂的临界胶束浓度是衡量表面活性剂的表面活性和表面活性剂应用中的一表面活性和表面活性剂应用中的一个重要物理量。表面活性剂溶液的个重要物理量。表面活性剂溶液的表面张力表面张力随着活性剂浓度的增加

8、而降低，随着活性剂浓度的增加而降低，当浓度增加到一定值后，即便浓度再增当浓度增加到一定值后，即便浓度再增加，其表面张力变化不大，此时表面活加，其表面张力变化不大，此时表面活性剂从离子或分子分散状态缔合成稳定性剂从离子或分子分散状态缔合成稳定的胶束，从而引起溶液的高频电导、渗的胶束，从而引起溶液的高频电导、渗透压、电导率等各种性能发生明显的突透压、电导率等各种性能发生明显的突变变 十二烷基硫酸钠水溶液的主要物理化学性质随其浓度的变化关系十二烷基硫酸钠水溶液的主要物理化学性质随其浓度的变化关系 第13页，此课件共37页哦 2.2 2.2 表面活性剂胶束表面活性剂胶束表面活性剂胶束表面活性剂胶束 M

9、easurements(1)表面张力法表面张力法(2)(2)电导法电导法第14页，此课件共37页哦 2.2 2.2 表面活性剂胶束表面活性剂胶束表面活性剂胶束表面活性剂胶束 Measurements(3)增溶作用法增溶作用法(4)(4)染料法染料法(5)(5)光散射法光散射法cmccmc影响因素影响因素(1)(1)碳氢链的长度碳氢链的长度(2)(2)碳氢链的分支碳氢链的分支(3)(3)极性基团的位置极性基团的位置(4)(4)碳氢链中其它取代基的影响碳氢链中其它取代基的影响(5)(5)疏水基的性质疏水基的性质(6)(6)亲水基团的种类亲水基团的种类(7)(7)温度的影响温度的影响第15页，此课件

10、共37页哦 2.2 2.2 表面活性剂胶束表面活性剂胶束表面活性剂胶束表面活性剂胶束 胶束的形状和大小胶束的形状和大小第16页，此课件共37页哦MICELLE第17页，此课件共37页哦可以将可以将“油油”“藏藏”在水中在水中.第18页，此课件共37页哦第19页，此课件共37页哦 2.2 2.2 表面活性剂胶束表面活性剂胶束表面活性剂胶束表面活性剂胶束 胶束的形状和大小胶束的形状和大小胶束的形状受无机盐和有机添加剂的影响，并与胶束的大小有着密切胶束的形状受无机盐和有机添加剂的影响，并与胶束的大小有着密切的关系的关系 胶束聚集数是指缔合成胶束的表面活性剂分子或离子的数量，可以通过胶束聚集数是指缔合

11、成胶束的表面活性剂分子或离子的数量，可以通过光散射法、扩散法、光散射法、扩散法、X射线衍射法、核磁共振法、渗透压法和超离心法等射线衍射法、核磁共振法、渗透压法和超离心法等测得测得 亲油基碳原子数增加，表面活性剂在水介质中的聚集数增大亲油基碳原子数增加，表面活性剂在水介质中的聚集数增大 非离子表面活性剂亲水基团的极性较小，增加碳氢链长度引起的胶非离子表面活性剂亲水基团的极性较小，增加碳氢链长度引起的胶束聚集数的增加更为明显束聚集数的增加更为明显;亲油基相同时，聚氧乙烯基团数越大，亲油基相同时，聚氧乙烯基团数越大，胶束聚集数越小胶束聚集数越小 无论是离子型或非离子型表面活性剂，在水介质中，表面活性

12、剂与溶剂无论是离子型或非离子型表面活性剂，在水介质中，表面活性剂与溶剂水之间的不相似性水之间的不相似性 (即疏水性即疏水性)越大，则聚集数越大越大，则聚集数越大 第20页，此课件共37页哦 2.2 2.2 表面活性剂胶束表面活性剂胶束表面活性剂胶束表面活性剂胶束 胶束的作用胶束的作用表面活性剂表面活性剂形成形成cmc 聚集成胶束聚集成胶束改变物系的界面状态改变物系的界面状态乳化、起泡、分散、增溶、催化乳化、起泡、分散、增溶、催化（1）乳化作用（破乳）乳化作用（破乳）（2）泡沫作用）泡沫作用（3）分散作用）分散作用（4）增溶作用）增溶作用（5）催化作用）催化作用第21页，此课件共37页哦 2.3

13、 2.3 表面活性剂结构与性能的关系表面活性剂结构与性能的关系 表面活性剂的亲水性表面活性剂的亲水性SAA的亲水性的亲水性:亲水基相同，亲水基相同，亲油基链越长，亲油基链越长，SAA的亲油性越大的亲油性越大亲水性衡量标准：亲水性衡量标准：HLB值值第22页，此课件共37页哦 2.3 2.3 表面活性剂结构与性能的关系表面活性剂结构与性能的关系表面活性剂结构与性能的关系表面活性剂结构与性能的关系 非离子聚氧乙烯型非离子聚氧乙烯型SAA的亲水性：的亲水性：简化为：简化为：HLB=E/5（1）聚氧乙烯型非离子）聚氧乙烯型非离子SAA的的HLB值在值在020之间之间（2）只有亲水基，没有亲油基的化合物

14、）只有亲水基，没有亲油基的化合物HLB值为值为20（3）只有亲油基没有聚氧乙烯链的石蜡烃）只有亲油基没有聚氧乙烯链的石蜡烃HLB值为值为0第23页，此课件共37页哦 2.3 2.3 表面活性剂结构与性能的关系表面活性剂结构与性能的关系表面活性剂结构与性能的关系表面活性剂结构与性能的关系 多元醇酯型非离子多元醇酯型非离子SAA的的HLB值：值：HLB=20（1-S/A）S：皂化值（：皂化值（saponification value）指）指1g酯完全皂化时所需氢氧化钾的量，酯完全皂化时所需氢氧化钾的量，mgA：脂肪酸原料的酸值（：脂肪酸原料的酸值（acid value）指中和）指中和1g有机酸所需

15、氢氧化钾的量，有机酸所需氢氧化钾的量，mgHLB=（E+P）/5对于皂化值不易测得的非离子对于皂化值不易测得的非离子SAA，还可用下式，还可用下式P为多元醇的质量分数为多元醇的质量分数第24页，此课件共37页哦 2.3 2.3 表面活性剂结构与性能的关系表面活性剂结构与性能的关系表面活性剂结构与性能的关系表面活性剂结构与性能的关系 离子离子SAA的的HLB值：值：HLB=亲水基亲水性亲水基亲水性-疏水基亲油性疏水基亲油性简化为：简化为：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第25页，此课件共37页哦 2.3 2.3 表面活性剂结构与性能的关系表面活性剂结构与性能的关系表

16、面活性剂结构与性能的关系表面活性剂结构与性能的关系 HLB=a0.45m亲水基相同的亲水基相同的SAA同系物的同系物的HLB值值a为常数，为常数，m为亲油基的碳原子数为亲油基的碳原子数第26页，此课件共37页哦 2.3 2.3 表面活性剂结构与性能的关系表面活性剂结构与性能的关系表面活性剂结构与性能的关系表面活性剂结构与性能的关系 HLB混混=（HLBiqi）混合混合SAA的的HLB混混 例如：计算例如：计算63%Span20和和Tween20混合得到表面活性剂的混合得到表面活性剂的HLB混混 HLB混混=8.60.63+16.70.37 =11.6HLB值与表面活性剂应用性能的关系值与表面活

17、性剂应用性能的关系第27页，此课件共37页哦 2.3 2.3 表面活性剂结构与性能的关系表面活性剂结构与性能的关系表面活性剂结构与性能的关系表面活性剂结构与性能的关系 表面活性剂亲油基团对性能的影响表面活性剂亲油基团对性能的影响亲油基分为以下几种类型。亲油基分为以下几种类型。（1）氟代烃基）氟代烃基含氟表面活性剂的亲油基为氟代烷基，其中全氟含氟表面活性剂的亲油基为氟代烷基，其中全氟烷基疏水性最好，表面活性也最高。烷基疏水性最好，表面活性也最高。（2）硅氧烃基）硅氧烃基是有机硅表面活性剂的亲油基。是有机硅表面活性剂的亲油基。（3）脂肪族烃基）脂肪族烃基包括脂肪烷基和脂肪烯基，如十二烷基、十六烷基

18、、包括脂肪烷基和脂肪烯基，如十二烷基、十六烷基、十八烯基十八烯基(油基油基)等。等。（4）芳香族烃基）芳香族烃基如苯基、奈基、苯酚基等。如苯基、奈基、苯酚基等。（5）脂肪基芳香烃基）脂肪基芳香烃基如十二烷基苯基、二丁基萘基、辛基苯酚基等。如十二烷基苯基、二丁基萘基、辛基苯酚基等。（6）环烷烃）环烷烃主要指环烷酸皂类中的环烷烃基。主要指环烷酸皂类中的环烷烃基。（7）含弱亲水基的亲油基）含弱亲水基的亲油基如蓖麻油酸分子中除含有羧基外，还含如蓖麻油酸分子中除含有羧基外，还含有二个烃基，再如聚氧丙烯基团中带有一个醚键。有二个烃基，再如聚氧丙烯基团中带有一个醚键。第28页，此课件共37页哦 2.3 2.

19、3 表面活性剂结构与性能的关系表面活性剂结构与性能的关系表面活性剂结构与性能的关系表面活性剂结构与性能的关系 亲油基的疏水性大小的顺序为：亲油基的疏水性大小的顺序为：氟代烃基硅氧烃基脂肪族烷基氟代烃基硅氧烃基脂肪族烷基 环烷烃基脂肪族烯烃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的烃基肪基芳香烃基芳香烃基含弱亲水基的烃基 应用时还应考虑：应用时还应考虑：乳化剂考虑疏水基与油相分子的结构相近，相容性和亲和性好乳化剂考虑疏水基与油相分子的结构相近，相容性和亲和性好染料和颜料的分散考虑芳香族烃基较多的或带弱亲水基的表面活性剂等染料和颜料的分散考虑芳香族烃基较多的或带弱亲水基的表面活性剂等第

20、29页，此课件共37页哦 2.3 2.3 表面活性剂结构与性能的关系表面活性剂结构与性能的关系表面活性剂结构与性能的关系表面活性剂结构与性能的关系 表面活性剂亲水基团对性能的影响表面活性剂亲水基团对性能的影响阴离子型阴离子型SAA亲水基团：亲水基团：阳离子型阳离子型SAA亲水基团：亲水基团：非离子型非离子型SAA亲水基团：亲水基团：亲水基性有如下规律：亲水基性有如下规律：第30页，此课件共37页哦 2.3 2.3 表面活性剂结构与性能的关系表面活性剂结构与性能的关系表面活性剂结构与性能的关系表面活性剂结构与性能的关系 表面活性剂分子形态对性能的影响表面活性剂分子形态对性能的影响亲水基团的相对位

21、置：亲水基团的相对位置：润湿剂、渗透剂润湿剂、渗透剂去污性好去污性好去污性好去污性好第31页，此课件共37页哦 2.3 2.3 表面活性剂结构与性能的关系表面活性剂结构与性能的关系表面活性剂结构与性能的关系表面活性剂结构与性能的关系 第32页，此课件共37页哦 2.3 2.3 表面活性剂结构与性能的关系表面活性剂结构与性能的关系表面活性剂结构与性能的关系表面活性剂结构与性能的关系 表面活性剂分子形态对性能的影响表面活性剂分子形态对性能的影响亲油基团结构中分支的影响：亲油基团结构中分支的影响：带有分支结构的带有分支结构的SAA通常具有较好的润湿和渗透性能，但去污力相对较小通常具有较好的润湿和渗透

22、性能，但去污力相对较小润湿、渗透性好润湿、渗透性好去污性好去污性好第33页，此课件共37页哦 2.3 2.3 表面活性剂结构与性能的关系表面活性剂结构与性能的关系表面活性剂结构与性能的关系表面活性剂结构与性能的关系 分子量的影响：分子量的影响：分子量较大的分子量较大的SAA洗涤、分散、乳化性能较好洗涤、分散、乳化性能较好分子量较小的分子量较小的SAA润湿、渗透性能较好润湿、渗透性能较好例如：烷基硫酸钠的洗涤性能例如：烷基硫酸钠的洗涤性能第34页，此课件共37页哦 2.3 2.3 表面活性剂结构与性能的关系表面活性剂结构与性能的关系表面活性剂结构与性能的关系表面活性剂结构与性能的关系 表面活性剂

23、的溶解度表面活性剂的溶解度克拉夫点（克拉夫点（Krafft point）浊点（浊点（Cloud point）它是指它是指1%的表面活性剂溶液在加热时由浑浊忽然变澄清时相应的温度。的表面活性剂溶液在加热时由浑浊忽然变澄清时相应的温度。Krafft点点越低，说明该表面活性剂的低温水溶性越好越低，说明该表面活性剂的低温水溶性越好,Krafft点越高，其溶解度降低。在点越高，其溶解度降低。在Krafft点时，表面活性剂单分子溶液和胶束平衡共存，此时活性剂的浓度等于临点时，表面活性剂单分子溶液和胶束平衡共存，此时活性剂的浓度等于临界胶束浓度。表面活性剂在低于界胶束浓度。表面活性剂在低于Krafft点温度

24、下使用时不可能形成胶束，因而也不可能点温度下使用时不可能形成胶束，因而也不可能存在由胶束派生的一系列胶体性质和应用性能存在由胶束派生的一系列胶体性质和应用性能 对于大部分非离子表面活性剂对于大部分非离子表面活性剂(聚氧乙烯型聚氧乙烯型)存在浊点，所谓浊点是指存在浊点，所谓浊点是指1%的聚的聚氧乙烯醚型非离子表面活性剂溶液加热时由澄清变浑浊时的温度；温度高于浊点氧乙烯醚型非离子表面活性剂溶液加热时由澄清变浑浊时的温度；温度高于浊点时，表面活性剂将发生分相，许多性质和效能均下降。非离子表面活性剂存在浊时，表面活性剂将发生分相，许多性质和效能均下降。非离子表面活性剂存在浊点的原因是其在水中的氢键被破

25、坏所致。通常情况下聚氧乙烯醚分子以锯齿型存点的原因是其在水中的氢键被破坏所致。通常情况下聚氧乙烯醚分子以锯齿型存在，当其溶于水时，则转变为婉曲型，将氧原子排在外侧与水分子形成氢键从而在，当其溶于水时，则转变为婉曲型，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。使自身溶解在水中。第35页，此课件共37页哦 2.3 2.3 表面活性剂结构与性能的关系表面活性剂结构与性能的关系表面活性剂结构与性能的关系表面活性剂结构与性能的关系 第36页，此课件共37页哦 2.3 2.3 表面活性剂结构与性能的关系表面活性剂结构与性能的关系表面活性剂结构与性能的关系表面活性剂结构与性能的关系 表面活性剂的

26、安全性和温和性表面活性剂的安全性和温和性（1）表面活性剂的毒性，如急性、亚急性或慢性毒性、溶血性）表面活性剂的毒性，如急性、亚急性或慢性毒性、溶血性;（2）对生育繁殖的影响，如胚胎毒性和致畸性等）对生育繁殖的影响，如胚胎毒性和致畸性等;（3）致突变性，主要是致癌性和致过敏性等。）致突变性，主要是致癌性和致过敏性等。安全性安全性温和性温和性表面活性剂的温和性主要指对皮肤、眼睛等黏膜组织的刺激性和致敏性。通常情况表面活性剂的温和性主要指对皮肤、眼睛等黏膜组织的刺激性和致敏性。通常情况下，表面活性剂因渗人皮肤、溶出黏膜中有效成分或与蛋白质发生反应等引发刺激下，表面活性剂因渗人皮肤、溶出黏膜中有效成分或与蛋白质发生反应等引发刺激和致敏性。与安全性一致，两性型和和致敏性。与安全性一致，两性型和非离子型表面活性剂的温和性最好非离子型表面活性剂的温和性最好，其次其次是阴离子型，阳离子表面活性剂的温和性最差，刺激性最强，是阴离子型，阳离子表面活性剂的温和性最差，刺激性最强，一般只用作一般只用作外用消毒杀菌剂。外用消毒杀菌剂。毒性大小顺序：非离子和两性型阴离子型阳离子型毒性大小顺序：非离子和两性型阴离子型阳离子型 第37页，此课件共37页哦