表面活性剂.ppt

表面活性剂 1 定义将少量物质加到溶剂 溶液 中即可显著降低溶剂 溶液 的表 界 面张力 使体系的表 界 面状态发生明显变化 2 分类2 1按表面活性剂在水中的电离情况分类 A 阴离子型表面活性剂 B 阳离子型表面活性剂 C 非离子型表面活性剂 D 两性类表面活性剂使用 一般阴离子型 阳离子型表面活性剂不可同时混用 表1 表面活性剂的主要亲水亲油基团 表 2表面活性剂按亲水基种类分类 2 2高分子表面活性剂 通常将分子量在数千以上且具有表面活性的物质称为高分子表面活性剂2 3特种表面活性剂 A 有机氟表面活性剂 疏水基为全氟代的烷基 B 有机硅表面活性剂 疏水基为聚二甲基硅氧链 C 高分子表面活性剂 天然 果胶酸钠 羧基淀粉 羧甲基纤维素CMC 合成 PVA 聚氧乙烯 聚氧丙烯共聚物 D 有机硼表面活性剂 2 4生物表面活性剂 利用微生物在一定条件下 将某些物质转化为具表面活性剂特性的代谢物 如 海藻糖脂 磷脂类 鼠李糖 蛋白脂 多糖聚合物3 特征 结构与性质3 1特征 两亲性 亲水亲油性 溶解性 溶于液相中的某一相 界面吸附 达到平衡时 其在界面上的浓度要大于其作为溶质在溶液整体中的浓度 界面定向 在界面上定向排列成分子层 形成胶束 当其在溶剂中的浓度达到一定时 会聚集形成胶束 此浓度的极限值称为临界胶束浓度CMC CriticalMicelleConcentration 多功能性 其溶液通常具有多种复合的功能 如清洗 发泡 润湿 乳化 增溶 分散等 3 2结构及性质 不对称结构 亲水亲油基团一般分处两端 使其一部分可溶于水而另一部分易自水中逃逸 疏水基团 脱离水包围的趋势 自身互相靠近并聚集 致使其在水溶液表面上吸附 并在溶液内部形成胶束 表面张力 与lgC 作图可确定CMC 4 相关物性4 1表面张力 单位面积的表面自由能 水中加入表面活性剂后 表面张力迅速下降 开始时表面张力随其浓度增加而急剧下降 以后则大体保持平衡 4 2胶束 表面活性剂在超过一定浓度范围后急速聚集 形成了所谓的胶束分子或离子集合体 4 3显效点 KrafftPoint 离子型表面活性剂在水中的溶解度在低温时只随温度的升高缓慢增加 温度升至某一值后 溶解度迅速增大 此点为 该点的浓度为该温度下的CMC 4 4浊点 CloudPoint 缓慢加热非离子表面活性剂的透明水溶液 当表面活性剂开始析出 溶液呈现浑浊时的温度 故非离子表面活性剂在浊点以上不溶于水 而在浊点以下溶于水 4 5亲水亲油平衡值HLB HYDROPHILIC LIPOPHILICBALANCE 值 表面活性剂的亲水亲油部分有适当的平衡比例 表面活性剂在界面上形成相当结实的吸附膜与其亲水亲油部分的大小比例有关 若将HLB作为结构因子的总和来处理 把表面活性剂结构分解成一些基团 每一基团对HLB值均有确定的贡献 HLB 7 亲水的基团数 亲油的基团数 其中亲水的基团数 亲油的基团数可查相关手册 对只有 C2H4O n 为亲水基的非离子表面活性剂HLB E 5 E为表面活性剂中C2H4O质量百分数 阴阳离子型表面活性剂的HLB在1 40之间 非离子型表面活性剂的HLB在1 0之间 5 表面活性剂的应用5 1润湿 固体表面和液体表面接触时 原来的固 气界面消失 形成新的固 液界面 5 2渗透作用 借助表面活性剂向物体内部进行渗透 5 3乳化作用 互不相溶的两种液体以微小粒子分散于另一种液体中的现象叫乳化 表面活性剂向油水界面吸附 疏水基一端溶入油中 亲水基一端留在水中 定向排列成一层保护层 降低了油水两相界面上的界面张力 降低了油在水中分散所需要的功 达到油与水乳化的目的 5 4增溶 也叫加溶 表面活性剂能使某些难溶或不溶于水的有机物在水中的溶解度显著提高 此现象是当处于或高于CMC浓度时才明显表现出来 此时 胶束内部与液状烃近似 为热力学稳定的各向同性溶液 不同于溶解作用 因为被增溶的有机物是进入表面活性剂的胶团中增加溶解的 也不同于乳化作用 因为乳化形成的乳化体是外观一般不透明 热力学不稳定体系 而增溶形成的是透明 热力学稳定 各向同性的溶液 苯乳状液的稳定性显著低于苯增溶体系的原因在于 乳化的苯蒸汽压与纯苯相同 而增溶的苯蒸汽显著低于纯苯 由化学势 RTlnP 乳状液的化学势大于增溶溶液的化学势 5 5分散作用 使固体微粒均匀分散在另一液体内部 5 6起泡作用 表面活性剂分子的亲水基向着内部 疏水基向着外部 空气 排列 最后形成双分子膜结构 5 7洗涤作用 表面活性剂降低表面张力而产生的润湿 渗透 乳化 分散 增溶等多种作用的综合结果 5 8浮选至少涉及气 液 固三相 首先是采用能大量起泡的表面起泡剂 当在水中通人空气或由于水的搅动引起空气进入水中时 表面活性剂的憎水端在气 液界面向气泡的空气一方定向 亲水端仍在溶液内 形成了气泡 另一种起捕集作用的表面活性剂 一般都是阳离子表面活性剂 也包括脂肪胺 吸附在固体矿粉的表面 这种吸附随矿物性质的不同而有一定的选择性 其基本原理是利用晶体表面的晶格缺陷 而向外的憎水端部分地插入气泡内 这样在浮选过程中气泡就可把指定的矿粉带走 达到选矿的目的 6 表面活性剂派生的性质及应用6 1纤维的柔软整理剂 表面活性剂的亲水基被纤维表面吸附 疏水基背离纤维表面朝向空气 使纤维表面间的摩擦力降低 因而使人感到纤维柔软润滑 作为润滑柔软剂的表面活性剂疏水基具有较长的链烃结构 6 2抗静电整理剂 疏水基 增加纤维织物的润滑 降低纤维的摩擦系数 使静电不容易产生 亲水基 吸收水分 使产生的静电容易传递到大气中去 避免静电 6 3杀菌剂 阳离子表面活性剂具有较强的杀菌抑菌性 尤其是含有苄基时 6 4匀染剂 使染料在纤维织物上均匀上色或延缓上色 并能使染料从纤维的重色区域转移至浅色区域的功能 A 亲纤维匀染剂 B 亲染料匀染剂6 5防水整理剂 纤维织物或纸张表面常带有负电 一些阳离子表面活性剂由于电荷的相互作用 能吸附在纤维表面上 表面活性剂的疏水基朝外 在纤维表面上形成连续的防水膜 从而产生防水性 A 分类 不透气型 透气型 B 方法 吸附法 化学结合法 以十二烷烃为原料通过简单化学反应生成各种表面活性剂 7 各种表面活性剂的合成概述 7 1阴离子表面活性剂羧酸盐 硫酸 酯 盐 磺酸盐 磷酸 酯 盐 硫酸酯盐 磺酸盐为目前阴离子表面活性剂的主要类别 7 1 1羧酸盐型阴离子表面活性剂通式 RCOO Na K NH4 硬脂酸钠 十八酸钠 C17H35COONa 皂类洗涤剂制备方法 1 油脂水解皂化法 2 硬脂酸直接中和法7 1 2磺酸盐型阴离子表面活性剂7 1 2 1十二烷基苯磺酸钠LAS C12H25 C6H4 SO3Na高效去污 润湿 起泡 乳化及分散能力 稳定性好制备方法 三氧化硫磺化法 以烯烃为原料制备烷基苯磺酸盐 以烷基苯为原料制备烷基苯磺酸盐 7 1 2 2琥珀酸磺酸盐 丁二酸酯磺酸盐 乳化 润湿及渗透能力强 AESM或AESS 脂肪醇聚环氧乙烷醚琥珀酸单酯磺酸钠典型产品为 月桂醇聚环氧乙烷AEO 3醚琥珀酸单酯磺酸钠C12H25O CH2CH2O 3OCCH2CH SO3Na COONa AESM的合成 酯化和磺化 二 2 乙基己基 琥珀酸酯磺酸钠 快速渗透剂OT 制备 酯化和磺化 7 1 2 3仲烷烃磺酸盐 SAS 7 1 2 4 烯烃磺酸盐 AOS 含量42 内酯含量50 第一步 第二步 7 1 3硫酸酯盐型阴离子表面活性剂月桂醇聚环氧乙烷酸钠 十二醇聚环氧乙烷醚硫酸钠 AES C12H25O CH2CH2O 3OSO3Na润湿 乳化 增溶 去污 钙皂分散性较好 制备 三氧化硫法 氯磺酸法 氨基磺化法 67 33 AOS是两种化合物的混合物 两种化合物在性能上有互补性 7 1 4磷酸酯盐型阴离子表面活性剂AEPS 十二烷基聚环氧乙烷醚磷酸酯钠盐 月桂醇聚环氧乙烷醚磷酸钠 包括 单烷基醚磷酸酯钠盐 乳化 洗涤 起泡 抗静电性好 双烷基醚磷酸酯钠盐 平滑 集束性好 水溶性 起泡性 洗涤性相对较差 制备 1 五氧化二磷法 2 三氯氧磷法 7 1 5阴离子表面活性剂的生物降解性 1 表面活性剂在环境因素作用下结构发生变化 从对环境有害的分子转化成对环境无害的小分子 2 LAS 十二烷基苯磺酸钠 AS 烷基磺酸钠 AES 十二醇聚环氧乙烷醚硫酸钠 AOS 烯基磺酸盐 中 AS最易生物降解 降解速度随磺酸基和烷基链末端距间的距离增大而增大 烷基链长在C6 C12间最易降解 当阴离子表面活性剂的烷基链带有支链 且长度愈接近主链愈难降解 7 2阳离子表面活性剂含氮阳离子型表面活性剂主要分为胺盐及季铵盐 胺盐 为弱碱性 对pH较为敏感 酸性条件下形成可溶于水的胺盐 碱性条件下游离出胺 常指伯 仲 叔胺的盐 季铵盐 为强碱 酸性或碱性溶液中均能溶解 并解离为正电荷的脂肪链阳离子 广泛用作纺织品的防水剂 柔软剂 抗静电剂 染料固色剂 7 2 1脂肪胺盐 制备 7 2 2乙醇胺盐 制备 7 2 3聚乙烯多胺盐 制备 7 2 4季铵盐 胺盐遇碱会生成不溶于水的胺 季铵盐与碱作用能生成一个溶于水的季铵碱与季铵盐的混合物 具有一个长链烷基的季铵盐在水中的溶解度与长链烷基的碳链长度有关 C8 C14易溶于水 C16 C18难溶于水 7 2 4 1常规季铵盐 1 制备 叔胺与烷基化剂反应 2 季铵化反应的影响因素 胺类碱性增大 亲核性增大 易于季铵化反应吡啶碱性 PKb 8 8 小于三乙醇胺 PKb 3 24 故吡啶的烷基化速度要比三乙醇胺慢100倍当吡啶的2 3 4位上连有烷基时 碱性增大 但由于2位的空间位阻增大 反应性下降 空间效应增大 不易于季铵化反应单烷基随链长 C6 C16 增加 影响不大 双烷基随链长 C6 C16 增加 有一定影响 三烷基随链长 C6 C16 增加 影响较大 烷基化剂中卤素键能增大 反应性下降烷基化速度 I Br Cl F 烷基化剂中烷基的影响 CH3 CH3CH2 CH3 2CH CH3 3C 极性溶剂促进季铵化 非极性溶剂对反应影响较小 7 2 5杂环类阳离子表面活性剂7 2 5 1咪唑啉型 7 2 5 2吗啉型 7 3两性表面活性剂同一分子中既含有阴离子亲水基又含有阳离子亲水基7 3 1甜菜碱型两性表面活性剂7 3 1 1羧酸型甜菜碱季铵盐型阳离子和羧酸型阴离子组成 1 N 烷基取代的羧酸型甜菜碱 制备 2 N 酰氨基取代的羧酸型甜菜碱 制备 3 N 长碳链基硫代羧酸型甜菜碱 制备 7 3 1 2硫酸酯甜菜碱 制备 7 3 1 3磺酸甜菜碱 制备 7 3 2氨基羧酸型两性表面活性剂7 3 2 1羧酸型 氨基丙酸型 制备 7 3 2 2N 烷基甘氨酸型 制备 7 3 2 3氨基磺酸型 制备 7 3 3咪唑啉型两性表面活性剂7 3 3 1羧酸型咪唑啉 制备 7 3 3 2咪唑啉硫酸酯 制备 7 4非离子表面活性剂7 4 1性质与分类 在水溶液中不电离 也不易受pH的影响 不易受强电解质无机盐的影响 与其他类型表面活性剂相溶性好 主要包括聚氧乙烯型和多元醇脂肪酸酯型7 4 2聚氧乙烯型非离子表面活性剂随烷基链增长 疏水性增大 聚氧乙烯单元数增大 水溶性增大 溶于水时 水分子以氢键与聚氧乙烯醚的氧原子连结 水分子中的氢原子连到醚键氧原子的 自由电子对 上 溶解是通过与1 4 6 个水分子水合而完成的 醚的氧原子只有在聚氧乙烯链呈 之 字排列时 才可能结合4 6个水分子 7 4 2 1脂肪醇聚氧乙烯型非离子表面活性剂的制备 7 4 2 2聚氧乙烯烷基酚型非离子表面活性剂 伯醇 醚 通式 制备 7 4 2 3聚氧乙烯脂肪酸酯型非离子表面活性剂的制备 1 脂肪酸与环氧乙烷酯化 2 脂肪酸与聚乙二醇酯化 7 4 3脂肪酸多元醇酯型非离子表面活性剂7 4 3 1山梨糖醇酐脂肪酸酯 Span 一般为混合物 Span60的制备 聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯 Tween 由Span分子中残余的羟基与氧化乙烯缩合而成 7 4 3 2烷基糖苷 APG Alkylpolyglucoside APG 葡萄糖和脂肪醇合成的烷基糖苷 的亲水性来自糖上的多个羧基与水形成的氢