《表面活性剂》PPT课件.ppt

第四章 表面活性剂,一些基本的概念 1、界面：物质的相与相之间的交界面。 2、表面：两相中有一相是气体的界面。 3、界面现象：物质在界面上发生的物理化学现象。 4、表面现象：物质在表面上发生的物理化学现象。 5、表面张力：由于表面分子受力不平衡而产生的张力。是 指一种使表面分子具有向内运动的趋势，并使表面自动收缩 至最小面积的力。一滴单一成分的液体在恒温、恒压条件下 达平衡时，则总呈球状。 6、表面自由能：由于表面分子有向内运动的趋势，因此必 须克服分子间的引力，才能将内部分子转移到表面而增加表 面积,这个过程中外界所消耗的功则转化为表面层分子的位 能,这种能量即称为表面能或表面自由能。,第一节 表面活性剂,1、定义：是指具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列，具有很强表面活性、并能使表面张力显著下降的物质。 2、表面活性剂的特点 1）双亲性 2）溶解性 3）生成胶束 4）界面吸附 5）界面定性 6）多功能性,胶束：当水溶液内表面活性剂分子数目不断增加时，依靠自 身的范德华力相互聚集，形成亲油基向内，亲水基向外的分 子缔合体，称为胶束。,临界胶束浓度（CMC）：表面活性剂分子缔合形成 胶束的最低浓度。,临界胶束浓度的测定： 当处于CMC时，溶液表面张力基本达到最低值，溶液的多 种物理性质如摩尔电导、粘度、渗透压、密度、光散射等多 种物理性质发生急剧变化。利用这些性质与表面活性剂浓度 之间的关系，可推测出表面活性剂的临界胶束浓度。 -lgc图 影响因素： 1）温度 2）浓度 3）电解质 4）pH值,3、表面活性剂的分类,按溶解性分类,按是否离解分类,按离子类型分类,R-OSO3Na 硫酸酯盐,R-SO3Na 磺酸盐,R-OPO3Na2 磷酸酯盐,阴离子表面活性剂,阳离子表面活性剂,CH3 | R-N-HCl 仲胺盐 | H,CH3 | R-N-HCl 叔胺盐 | CH3,CH3 | R-N+-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 | CH3,咪唑啉型,氧化胺型,R-(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,4、表面活性剂的结构,5、表面活性剂的亲水-亲油平衡值（HLB） 1）亲水-亲油平衡值：是表面活性剂分子中亲水和亲油基团对油或水的综合亲合力。 2）计算： HLB=(亲水基团HLB数)-(亲油基团HLB数)+7 3）数值范围：离子型表面活性剂HLB值范围为0-40，非离子表面活性剂HLB值范围为0-20。 4）HLB值愈大，亲水性愈强； HLB值愈小，亲油性愈强。 5)非离子表面活性剂的HLB值具有加和性。,HLB值的应用范围,HLB=38 可作为W/O型乳化剂 HLB=79 可作为润湿剂 HLB=818 可作为O/W型乳化剂 HLB=15以上 可作为增溶剂,第二节 表面活性剂的基本作用,表面活性剂的应用,用途极广,润湿作用,起泡作用,增溶作用,乳化作用,洗涤作用,消毒和杀菌作用,一、润湿 1、定义：固体表面与液体接触时，原来的固体和气体的界面消失，形成新的固体和液体的界面。,2、接触角：在气、液、固三相交界点，气-液与液-固界面张 力之间的夹角称为接触角，通常用表示。 接触角的计算公式润湿方程：,3、铺展： 平衡接触角等于零或不存在。 铺展系数： 等温、等压条件下，单位面积的液固界面取代了单位面 积的气固界面并产生了单位面积的气液界面，这过程表面自 由能变化值的负值称为铺展系数，用S表示。若S0，说明 液体可以在固体表面自动铺展。 计算公式： 表面活性剂HLB=7-9，可作为润湿剂，它可以降低液体表 面张力，从而达到润湿的目的。,二、乳化和破乳 1、乳化 乳浊液：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。 2、乳浊液的分散情况 1）水包油O/W， HLB=8-16 Tween 2) 油包水W/O， HLB=3-8 Span,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。,3、破乳：反乳化 4、破乳方法： 物理机械法 物理化学法 能有效地使乳状液破坏的试剂称为破乳剂。它们通常是 在油水界面上有强烈吸附倾向，但又不能形成牢固的界面膜 的一类表面活性剂。 阴离子型破乳剂（如脂肪酸盐、磺酸盐类、烷基苯磺酸盐、聚氧乙烯脂肪醇磷酸盐等）； 阳离子型破乳剂（如氯化十四烷基三甲基铵等）； 非离子型破乳剂（如聚氧乙烯聚氧丙烯烷基醇（或苯酚）醚、聚氧乙烯聚氧丙烯多乙烯多胺醚）。,三、增溶作用 1、增溶：表面活性剂在水溶液中达到CMC后，难溶性物质 的溶解度显著增加，形成透明胶体溶液，这种作用称为增溶。 增溶在热力学上是稳定的！ 2、克拉夫特点 离子型表面活性剂的溶解度随温度增加而急剧增大，这 一温度称为克拉夫特点，克拉夫特点越高，其CMC越小。 2、昙点（浊点） 非离子表面活性剂，温度升高至某一温度时，其溶解度 急剧下降并析出，溶液出现混浊，此现象称为起昙，此时温 度称为昙点(或浊点）。,四、起泡和消泡作用 1、“泡”就是由液体薄膜包围着气体。 2、起泡剂：和水可以形成一定强度的薄膜，包围着空气而 形成泡沫的表面活性剂，称为起泡剂。反之称为消泡剂。起 泡剂通常具有较强的亲水性和较高的HLB值。,3、溶液的黏度对起泡有利。 4、破泡剂、抑泡剂、脱泡剂总称为消泡剂。,选矿： 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。,五、洗涤 1、洗涤剂最适HLB值一般在13-16， 非离子表面活性剂去污最强，其次为 阴离子表面活性剂。 2、去污过程 六、杀菌功能 阳离子表面活性剂和两性表面活性剂,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。,七、表面活性剂的毒性 1、离子型表面活性剂在酸性或碱性介质中都可能与蛋白质结合，使蛋白质变性。 2、表面活性剂毒性大小： 口服给药：阳离子型阴离子型非离子型， 非离子型表面活性剂口服一般没有毒性。 静脉给药的毒性口服，非离子型毒性较低。 溶血作用：阴、阳离子表面活性剂有溶血作用。 非离子型表面活性剂也有溶血作用，但一般较小。,第三节 阴离子表面活性剂,一、羧酸盐型阴离子表面活性剂： 1、简介：俗称皂类。 1）通式：(RCOO-)nM 2）分类：一价金属皂(钾、钠皂)；二价或多价皂(铅、钙、铝皂)；有机胺皂(三乙醇胺皂) 3）性质：具有良好的乳化能力，易被酸及多价盐破坏，电解质使之盐析。具有一定的刺激性。 4）应用：用于外用制剂。 2、硬脂酸类 1）是直链C9C21烃基羧酸盐，它的分子式是RCOOM+，M通常是Na+、K+或NH4+。肥皂是由天然动植物油脂或它的脂肪酸与碱皂化制得。,2）性质：水溶液呈碱性，对皮肤有刺激性，可塑性。 3）制备： 4）应用：制造皂类洗涤剂， 在化妆品及化工工业中里作为乳化剂。,2、聚醚羧酸盐（AEC）类 1）聚醚羧酸盐（AEC）又称脂肪醇聚烷氧基醚羧酸盐。 通式为：R(OCH2CH2) nOCH2COONa，R是 C10C18烷基或 烷基芳基，n是大于1的整数，它是非离子表面活性剂脂肪醇 聚氧乙烯醚进行阴离子化后的产品。 2）性质：具有好的水溶性和耐硬水性。兼具非离子表面活性 剂和阴离子表面活性剂的性能，是一种多功能表面活性剂。 3）制备： 4）应用：主要用于化妆品、洗涤剂、纺织印染助剂、塑料工业、造纸工业等方面。,3、N-酰基氨基酸盐类 1） R为高碳烷基，R及R为蛋白质分解产物中的低碳烷基。 N-油酰基多缩氨基酸钠（C17H33CONR (CONHR )nCOONa） 是重要的品种之一，商品名为雷米邦A，有很好的钙分散力、 去污力和乳化能力，大都用作纺织印染工业的净洗剂和乳化剂。 2）制备：,二、磺酸盐型阴离子表面活性剂： 1、简介： 1）通式：RSO3M 2）分类：脂肪族磺化物、烷基芳基磺化物，烷基苯磺化物。 3）性质：水溶性，耐酸，不易水解，黏度低、去污力、油 脂分散力都强 。 4）应用： 常用优良洗涤剂。 2、烷基苯磺酸盐： 1）CnH2n+1-C6H4-SO3Na。它是一个组成和结构比较复杂的混合物，性能受组成和结构的影响。如苯环上碳链的长短对溶解性、润湿性、起泡性、洗涤性有很大影响。烷基为C12C14时洗涤性能最好。苯环上磺化反应产物是邻、对位的混合物，而又以对位产物居多，且对位产物的洗涤性能优于邻位产物。,2）TPS与LAS LAS的优点： a、主要优点在于烷基中没有支链，有良好的生化降解性。 b、能溶于水，对水硬度不敏感，对酸碱水解的稳定性好。 c、对氧化剂十分稳定，可适用于目前流行的加氧化漂白剂的洗衣粉配方。 d、发泡能力强，可与助洗剂进行复配，兼容性好。 e、成本低，质量稳定。,3）LAS制备 起始原料采用直链氯代烷或直链烯烃。 a、发烟硫酸磺化法 b、三氧化硫磺化法,2、烷基磺酸盐 1）烷基磺酸钠（SAS） R一般为碳原子数1418的正烷烃。 2）性质：SAS有与LAS类似的发泡性能和洗涤效能，水溶性 好，有很好的生物降解性。缺点:发粘，不松散。 3）应用：复配成液体洗涤剂 4）制法： 磺氧化法: 磺氯化法:,3、-烯烃磺酸盐 1）-烯烃磺酸钠（AOS）主要由烯基磺酸盐（约55%）、羟基磺 酸盐（约37%）和二磺酸盐（约8%）所组成。AOS中的烯基磺酸 盐和羟基磺酸盐在性能上有互补性，两种成分复合时的性能优于 单一组分。 2）性质：具有良好的生物降解性，对硬水不敏感，刺激性小。 3）应用：应用于复配家用洗涤剂、餐具洗涤剂、洗发香波、 液体肥皂等领域。 4）制备：,4、酯、酰胺的磺酸盐 高级脂肪酸酯-磺酸钠由天然油脂制得，具有良好的洗 涤能力，生物降解度高，毒性低。 渗透剂T 5、木质素磺酸盐,三、硫酸酯型阴离子表面活性剂： 1、简介 1）通式：ROSO3M，R为818 2）分类：硫酸化油(硫酸化蓖麻油)； 高级脂肪醇硫酸脂(十二烷基硫酸钠) 。 3）性质：可与水混溶，乳化性很强，稳定、耐酸、钙，易 与一些高分子阳离子药物发生沉淀。 4）应用：代替肥皂；有一定刺激性，主要用于外用软膏的 乳化剂。有时也用于片剂等固体制剂的润湿剂或增溶剂。 2、脂肪醇硫酸盐 1）脂肪醇硫酸钠（AS），分子式为ROSO3Na 2）性质： AS比LAS有更好的生物降解性，有更强的洗涤、 发泡和乳化性能。缺点是对硬水较敏感，在强酸和强碱条件 下易水解。,3）应用：配制液状洗涤剂，餐具洗涤剂，牙膏、香波和化 妆品，纺织用润湿和洗净剂，化工中乳化聚合的添加剂。 4）合成,3、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐 1）脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠（AES）的分子式为： RO（CH2CH2O）nSO3Na (n=26)。 2）性质：生物降解性能优异，对水硬度不敏感，产生泡沫 大，润湿性、乳化性及增溶性等都比LAS强。不刺激皮肤， 水溶性高于LAS，碱性介质中稳定，成本低。 3）应用： AES是一类高性能的表面活性剂，与LAS复配用 于香波和轻垢洗涤剂。 4）制备： 三氧化硫法： 氯磺酸法： 氨基磺化法：,四、磷酸酯型阴离子表面活性剂 1、烷基聚氧乙烯醚磷酸酯钠（AEPS） 式中： R为C8C18烷基； n一般35； M为Na、K、二乙醇胺、三乙醇胺。 2、性质：具有优良的抗静电性、乳化性、润滑、洗净和耐 酸碱等特性，生物降解性也较好。 3、应用：要用作工业清洗剂，织物抗静电剂，液体洗涤剂 和干洗剂，复配香波、护肤膏、护肤液等化妆品，农药乳化 剂，废纸脱墨剂等。,4、制备：,五、阴离子表面活性剂的生物降解性 1、表面活性剂的生物降解性 2、降解阶段 初级降解：母体结构消失，特性变化 次级降解：降解为无污染物质 最终降解：完全转化为无机物 3、阴离子表面活性剂与生物降解关系 降解速度随亲水憎水基之间的距离增大而加快， C6-C12之间最易降解。 支链难于直链，支链与主链接近最难。,第四节 阳离子表面活性剂,结构：含有一个五价氮原子，带正电荷。 特点：水溶性大，酸性和碱性溶液中较稳定，具有良好的表 面活性和杀菌作用。但易与一些大分子阴离子药物发生沉淀。 应用：杀菌；防腐；毒性大，主要用于皮肤、粘膜和手术器 械的消毒、抗静电剂。 一、胺盐型阳离子表面吸附剂 1、脂肪族伯胺、仲胺、叔胺， N-烷基丙二胺，烷基醚胺等。 2、应用：广泛应用于建筑工业中的表面活性剂，如沥青乳化 剂、防水处理剂等。 3、制备:,二、季铵盐阳离子表面活性剂 1、结构： 2、性质：强碱性，强亲水性。 3、应用：主要用作纺织柔软剂、抗静电剂、消毒杀菌剂、杀藻剂，制备有机膨润土，在化学反应中作相转移催化剂。 4、常见有价值的：,5、长碳链季铵盐 1)按长碳链烷基的个数可分为单、双、三长碳链烷基季铵盐。,6、咪唑啉季铵盐 用于纤维柔软剂、抗静电剂、防锈剂等。它的合成工艺 比较简单。高碳烷基咪唑啉季铵盐主要由脂肪酸及其酯和 多元胺经脱水缩合、闭环、甲基化三步合成。,7、吗啉类化合物： 8、其他阳离子表面活性剂： 氧化叔胺R(CH3)2NO，也称为胺氧化物，R为C16C18烃基。 氧化叔胺的胺氧基是极性的，易于结合H+。 在中性与碱性溶液中能与阴离子表面活性剂混合使用。 9、影响季铵化的因素： 1）胺碱性的强弱：一般来说，碱性强，亲核性强，反应容易进行。 2）空间位阻：空间位阻越大，季铵化越慢。 3）烷基化试剂中卤素影响：IBrClF 4）溶剂的影响：极性溶剂有利于季铵化的进行,第五节 两性离子表面活性剂,结构：分子内同时含有酸式和碱式亲水性基团。一般阳离子 以氮原子形成的（也包括游离氨基）。阴离子多数是羧基， 有时也有用磺酸基或硫酸基。 性质：1）优异的柔软平滑性和抗静电能力 2）一定的杀菌和抑霉性 3）良好的乳化性和分散性 4）良好的配伍性 5）很好的湿润性和起泡性 6）相对低毒性和低刺激性 7）极好的耐硬水性 8）良好的生物降解性 应用：优良的表面活性剂。用作洗涤剂、乳化剂、润湿剂、发型 剂、发泡剂、柔软剂和抗静电剂，也大量用于化妆品的配制中。,一、咪唑啉型两性表面活性剂 1、结构： 2、性质：极好的生物降解性，低毒低刺激性、润湿性好， 发泡性能好。 3、应用：化妆品助剂、香波、纺织助剂等。 4、制备：,二、甜菜碱型两性离子表面活性剂 1、结构： R(CH3)2N+CH2X， 它是一个内铵盐。 2、性质：很好的水溶性，洗净性、抗菌 性，抗硬水能力强。 3、应用：香波、洗手液、洗涤剂等。 4、制备： 1）N-烷基羧酸型甜菜碱型,2）N-酰胺基羧酸型甜菜碱型 3）N-长链硫代羧酸型甜菜碱型,4）硫酸酯甜菜碱型 5）磺酸甜菜碱型,三、氨基酸型两性表面活性剂 1、结构： -氨基丙酸型和-亚氨基型 2、合成：,第六节 非离子表面活性剂,结构：亲水基团 (甘油、聚乙二醇、山梨醇)； 亲油基团(长链脂肪酸、长链脂肪醇、烷基或芳基)； 亲水基和亲油基以酯键、醚键结合 性质：毒性小，不解离，不受pH的影响；与药物配伍好。 应用：广泛应用于外用、内服、注射制剂。 生物降解能力： 长链比短链难降解 支链比直链难降解 分子中有酚结构难降解 亲水亲油基团越多越难降解 相同长度，亲油基比亲水基难降解,一、聚氧乙烯型非离子表面活性剂 1、脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO） 2、烷基酚聚氧乙烯醚 3、脂肪酸酯聚氧乙烯醚,4、 天然油脂聚氧乙烯醚 5、其他的聚氧乙烯醚,二、多元醇酯型非离子表面活性剂 具有良好的乳化性、分散性、润滑和增溶性。 1、脂肪酸羧酸酯 2、脂肪酸失水山梨醇酯 六、烷基葡萄糖苷（APG）,第七节 特殊的表面活性剂,一、有机氟表面活性剂 表面活性剂的碳氢链中，氢原子全部用氟原子取代 了的全氟表面活性剂，是表面活性最强的一种特殊表面活 性剂。具有憎水憎油性。 可用于氟树脂的乳液聚合和化妆品的乳液稳定剂， 灭火剂、塑料调匀剂、油墨润湿剂等。还常用于既防水又 防油的纺织品、纸张及皮革等。,二、有机硅表面活性剂 表面活性剂分子中的疏水链是聚硅氧烷链或聚硅烷链， 含硅表面活性剂具有较高的热稳定性和较好的润湿能力，同 时具有泡沫抑制性和泡沫稳定性。 用于合成纤维油剂及织物的防水剂、抗静电剂、柔软 剂，在化妆品中可用作消泡剂、调理剂等。含硅阳离子型表 面活性剂也具有很强的杀菌作用等。,三、冠醚型表面活性剂 由于冠醚大环主要由聚氧乙烯构成，与非离子表面 活性剂极性基相似，在冠醚上引入烷基，则可得到与非离 子表面活性剂类似，但又有其独特性质的新型表面活性剂。,五、高分子表面活性剂 良好的分散性、凝聚性、稳泡性、乳化和增稠性；毒 性小，有良好的保护胶体和增溶能力，优良的成膜性及粘附 性能。被广泛用作胶乳稳定剂、增稠剂、破乳剂、防垢剂、 分散剂、乳化剂和絮凝剂等。,高分子表面活性剂的分类,第八节 洗涤剂,一、洗涤剂的组成及分类。 1、洗涤剂是按一定的配方配制的专门用于清洗的产品。洗 涤剂配方的必要组分是表面活性剂，其辅助成分包括助剂、 配料、填料等。 2、分类： 二、洗涤剂中表面活性剂 1、作用：在洗涤剂中，表面活性剂一般作为洗涤成分，但 在某些配方中也用作辅助原料，起乳化、润湿、增溶、保湿、 润滑、杀菌、柔软、抗静电、发泡、消泡等作用。 2、种类：用的最多的是阴离子表面活性剂，其次是非离子 表面活性剂，两性表面活性剂很少使用。阳离子表面活性 剂，由于它在纤维上的吸附大、洗涤力小，且价格昂贵，不 适合用于洗涤剂，有时在洗涤剂中加入阳离子表面活性剂主 要是使洗涤剂具有杀菌消毒能力或起柔软作用。,三、洗涤助剂 1、洗涤助剂与表面活性剂配合，能够发挥各组分互相协 调，互相补偿的作用，进一步提高产品的洗净力，使其综合 性能更趋完善，成本更为低廉。 2、洗涤助剂的作用： 1）增强表面活性，增加污垢的分散、乳化、增溶，防止污 垢再沉积。 2）软化硬水，防止表面活性剂水解，提高洗涤液碱性，并 有碱性缓冲作用。 3）改善泡沫性能，增加物料溶解度，提高产品粘度。 4）降低皮肤的刺激性，并对纺织品起柔软、抑菌、杀菌、 抗静电、整饰等作用。 5）改善产品外观，赋予产品美观的色彩和优雅的香气，提 高商品的商业价值。 3、洗涤助剂分为无机和有机助剂两类。,1）无机助剂 a、磷酸盐 作为螯合剂，常用的磷酸盐有磷酸三钠、 三聚磷酸钠、焦磷酸四钾。 有机螯合助剂，如二乙胺四醋酸(EDTA)、氮川三醋酸 (NTA)、酒石酸钠、柠檬酸盐、葡萄糖酸盐等；高分子电解 质助剂，如聚丙烯酸盐以及人造沸石等。 b、硫酸钠 合成洗涤剂的无机助剂和粉状洗涤剂的填料，在粉状洗涤剂中 加入量为20%40%。 c、 硅酸钠 水质软化剂、助沉剂。相当于由硅酸钠与硅酸组成的缓冲溶液。 在溶液中能控制pH值、贮存碱性物质，起到减少洗涤剂消耗和保护 织物的作用。此外，水玻璃还具有悬浮力、乳化力和泡沫稳定作 用，起到阻止污垢在被洗物上再沉积的作用，并对金属（如铁、铝、 铜、锌等）具有防腐蚀作用。制造粉状洗涤剂时，能使产品保持疏 松，防止结块，增加颗粒的强度、流动性和均匀性。,d、漂白剂 主要是次氯酸盐和过酸盐两大类。 次氯酸盐主要用次氯酸钠，稳定性差，易受光、热与重 金属和pH值的影响。氧化力很强，具有刺激性。 过酸盐主要是过硼酸钠和过碳酸钠，常在粉状洗涤剂生 产的后配料工序加入，用量一般占粉质量的10%30%。 2）有机助剂 a、羧甲基纤维素钠（CMC） 携污剂（抗再沉积剂）。洗涤剂中加入1%2%的 CMC，则在洗涤时CMC被吸附在被洗物和污垢粒子表面， 使二者都带上负电荷。另一方面，CMC还具有增稠、分散、 乳化、悬浮和稳定泡沫的作用。,b、烷醇酰胺又称脂肪醇酰胺 泡沫稳定剂。主要作用是增稠和稳定泡沫，兼有悬浮 污