《表面活性剂》PPT课件

第三章表面活性剂,主菜单,3.1概论,3.4阳离子离子表面活性剂,3.3阴离子表面活性剂,3.6非离子表面活性剂,3.5两性离子表面活性剂,3.2表面活性剂的亲油基原料,3.1概论,三、表面活性剂的分类,二、表面活性剂的特点,主菜单,下一节,一、表面活性剂的定义,四、表面活性剂的物化性质,五、表面活性剂的应用性能,表面的几个概念,1.界面：是指物质的相与相之间的交界面。相指体系中物理和化学性质均匀的部分，有固、液、气三相如：液/液（如乳剂），液/气（如气雾剂）、固/气（如散剂）、固/液（如悬浊液）、固/固等。2.界面现象：是指物质在界面上发生的物理化学现象。3.表面：两相中有一相是气体的界面。气/固、气/液。4.表面现象：气/固、气/液界面上发生的物理化学现象。如荷叶上的水珠、水中的油滴5.表面张力：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。这就是当一滴单一成分的液体在恒温、恒压下达到平衡时，总是球状，即具有最小的表面积。,溶质对溶解表面张力的影响,水溶液的表面张力与溶质浓度的几种典型关系,在恒温恒压下，对于溶液，由于至少存在两种或两种以上的分子，因此其表面张力会随溶质的浓度变化而变化。物质的水溶液其表面张力随浓度的变化可分为三种类型。,第一类是表面张力随其溶质浓度的增加略有上升，且往往近于直线(曲线A)。如无机盐和不挥发的酸、碱等。第二类是表面张力随溶质浓度增加而逐渐下降，在浓度很稀时，下降较快，随浓度增加下降变慢(曲线B)。如有机酸、醇、醛溶液等。第三类是在溶液浓度稀时，溶液的表面张力随溶质浓度的增加急剧下降，当溶液的浓度增加到一定值后，溶液的表面张力就不再下降了(曲线C)。如肥皂、洗衣粉等。,水溶液的表面张力与溶质浓度的几种典型关系,溶质对溶解表面张力的影响,如果A物质能降低B物质的表面张力，通常可以说A物质(溶质)对B物质(溶剂)有表面活性。若A物质不仅不能使B物质的表面张力降低，甚至使其升高，那么A物质对B物质则无表面活性。由于水是最重要的溶剂，因此表面活性往往是对水而言。,水溶液的表面张力与溶质浓度的几种典型关系,溶质对溶解表面张力的影响,右图中曲线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。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。,水溶液的表面张力与溶质浓度的几种典型关系,特性1：在加入少量时就能显著降低溶液表面张力或界面张力并改变体系界面状态的物质,特性2：两亲结构,表面活性剂因能对两相界面性质产生影响，在实际应用中能显示出各种优异的性能，如乳化、洗涤、分散、湿润、渗透、起泡、消泡、增溶、去污、柔软、抗静电等。,定义：表面活性剂（surfaceactiveagentorsurfactant缩写成SAA）是指一类具有两亲结构的有机化合物，在加入少量时就能显著降低溶液表面张力或界面张力并改变体系界面状态的物质。,1917年德国化学家由煤焦油合成了第一个表面活性剂烷基萘磺酸盐，为表面活性剂的开发奠定了基础。其后，表面活性剂的发展经历了数次变革。30年代，德国化学家广泛进行表面活性剂的研制，开创了近代表面活性剂时期，并形成合成表面活性剂与肥皂相竞争的局面。40一50年代支链烷基苯磺酸钠(TPS)因优良的洗摄性和耐硬水性占据洗摄剂的主导地位；随后由于TPS难以生物降解造成河流污染，在1964年被性能优异的直链烷基苯磺酸钠取代；同时，50年代后石油化工的发展，促进了醇系表面活性剂的大力发展，其中酯醚非离子表面活性剂因其优异的低温洗摄性、低泡性、可生物降解性等，加之脂肪醇和环氧乙烷原料的充足供应获得迅猛发展，至今已有超过阴离子表面活性剂之势。90年代，表面活性剂向无毒、无公害、高效、全天然发展，烷基多苷(APG)成为第四代最具潜力的表面活性剂。,表面活性剂的发展历程,中国的表面活性剂和合成洗涤剂工业起始于50年代，尽管起步较晚，但发展较快。1995年洗涤用品总量已达到310万吨，仅次于美国，排名世界第二位。其中合成洗涤剂的生产量从1980年的40万吨上升到1995年的230万吨，净增4.7倍，并以年平均增长率大于10%的速度增长。2010年产量达到140.2万吨，同比增长10.8%。同期中国表面活性剂的表观消费量约为148.9万吨，进口量为31.1万吨，进口依存度达20.9%。,我国表面活性剂的发展历程,二、表面活性剂的特点,结构特点：两亲结构,表面活性剂分子在其水溶液中很容易被吸附于气-水(或油-水)界面上形成独特的定向排列的单分子膜。表面活性剂在溶液中超过某一特定浓度时（界面吸附达饱和）可通过碳氢键的疏水作用（HydrophobicInteraction）或“疏水效应”缔合成胶团。,表面活性剂在其溶液表面的定向吸附和在溶液内部形成胶团,2.定向排列（or表面吸附）,1.显著降低表面张力,性能特点：,表面活性剂在溶液中超过某一特定浓度时（界面吸附达饱和）可通过碳氢键的疏水作用（HydrophobicInteraction）或“疏水效应”缔合成胶团。,3.定向排列（or表面吸附）,2.显著降低表面张力,性能特点：,1.溶解性,表面活性剂分子在其水溶液中很容易被吸附于气-水(或油-水)界面上形成独特的定向排列的单分子膜。,4.形成胶束,表面活性剂的分类方法有以下几种：,三、表面活性剂的分类,在这些分类方法中常用的是按表面活性剂在水溶液中能否解离及解离后所带电荷类型来分类。,1、按分子量分类，可将分子量大于104者称为高分子表面活性剂，分子量在103104者称为中分子量表面活性剂及分子量在102l03者称为低分子量表面活性剂。,2、按表面活性剂在水和油中的溶解性可分为水溶性和油溶性表面活性剂；,3、按表面活性剂在水溶液中能否解离（非离子型、离子型）及解离后所带电荷类型分为阴离子型、阳离子型和两性离子性；,表面活性剂通常采用按分子结构中亲水基团的带电性来分类。显然阳离子型和阴离子型的表面活性剂不能混用，否则可能会发生沉淀而失去活性作用。,三、表面活性剂的分类,阴离子型表面活性是具有阴离子亲水性基团的表面活性剂。它们在整个表面活性剂生产中占有相当大的比重，据统计，世界表面活性剂总产量的40%属于这一类。去污力强，起泡性好。通常显碱性，不能与酸性物合用。,1、阴离子表面活性剂,脂肪醇硫酸钠,三、表面活性剂的分类,阴离子表面活性剂常见类型,阳离子表面活性剂正好与阴离子表面活性剂结构相反。如图所示，其亲水基一端是阳离子，故常称之为“逆性肥皂”或“阳性皂”。阳离子表面活性剂水溶液，大多呈酸性。而阴离子表面活性剂水溶液，一般为中性或碱性，与前者正好相反。这是因为在中和时，各自的酸碱强度不同而造成的。,2、阳离子表面活性剂,烷基三甲基氯化铵,三、表面活性剂的分类,1.抗静电性好，柔顺乳化效果好。2.阳离子型和阴离子型的表面活性剂等碱性物不能混用，否则可能会发生沉淀而失去活性作用。,胺盐型,广义地说，所谓两性表面活性剂，是指同时具有两种离子性质的表面活性剂。即是指由阴离子和阳离子所组成的表面活性剂。换言之，单就两性表面活性剂结构来讲，在亲水基一端既有阳离子(+)也有阴离子(-)，是两者结合在一起的表面活性剂。,3、两性表面活性剂,三、表面活性剂的分类,两性表面活性剂常见类型,常见的两性表面活性剂的阳离子部分分别是季胺盐和胺盐，阴离子部分是羧酸盐。,甜菜碱（Betaine）首先是在欧洲发现的，它主要存在于甜菜糖的糖蜜中，故而得名。学名：N-三甲基甘氨酸。,甜菜碱型表面活性剂，加水能呈透明溶液，泡沫多去污力好。可看成是两性表面活性剂的代表。甜菜碱型两性表面活性剂与氨基酸型两性表面活性剂最大的差别是前者无论是在酸性、中性或碱性都易溶于水。即使在等电点也无沉淀，且在任何pH值时均可使用。,3、两性表面活性剂,甜菜碱型表面活性剂,三、表面活性剂的分类,补充：等电点（pI,isoelectricpoint）等电点：在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，所带净电荷为零，呈电中性，此时溶液的pH称为该氨基酸的等电点。两性离子所带电荷因溶液的pH值不同而改变，当两性离子正负电荷数值相等时，溶液的pH值即其等电点。当外界溶液的pH大于两性离子的pl值，两性离子释放质子带负电。当外界溶液的pH小于两性离子的pl值，两性离子质子化带正电,非离子型表面活性剂在水溶液中不电离，其亲水基主要是由具有一定数量的含氧基团成。正是这一特点决定了非离子型表面活性剂在某些方面比离子型表面活性剂优越。,4、非离子型表面活性剂,脂肪醇聚氧乙烯醚,三、表面活性剂的分类,4、非离子型表面活性剂,亲水由所含亲水基团的数目控制其亲水性。非离子型表面活性剂稳定性高，与其他类型表面活性剂相容性好，可混合使用,亲水亲油平衡值HLB临界胶束浓度cmc溶解性临界溶解温度Tk离子型表面活性剂浊点Tp非离子型表面活性剂,四、表面活性剂的物化性质,表面活性剂的应用性能取决于分子中亲水和亲油两部分的组成和结构，这两部分的亲水和亲油能力的不同，就使它的应用范围和应用性能有差别。表面活性剂分子中亲水基的强度与亲油基的强度之比值，就称为亲水亲油平衡值，简称HLB值。通常说表面活性剂的亲水性。HLB值是用来表示表面活性剂的亲水亲油性强弱的数值。,亲水亲油平衡(hydrophile-lipophilebalanceHLB),亲水性的大小（即HLB的大小）决定了表面活性剂是否易溶于水HLB值=（亲水基的亲水性）/（憎水基的憎水性）HLB的确定：通常用以下物质作为标准HLB（石蜡）0HLB（油酸）1HLB（油酸钠）18HLB（十二烷基硫酸酯钠盐）40,根据需要，可根据HLB值选择合适的表面活性剂。例如：HLB值在26之间，可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02468101214161820|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,理论计算法：如果HLB值是由表面活性剂分子中各种结构基团贡献的总和，则每个基团对HLB值的贡献可用数值表示，此数值称为HLB基团数(groupnumber)。HLB=(亲水基团HLB)-(亲油基团HLB)+7,HLB值计算,例1计算十二烷基磺酸钠的HLB值？,亲水基：一个-SO3Na基团亲油基：一个-CH3，十一个-CH2-,HLB=37.4-（0.475+11*0.475）+7=38.7,例2计算油酸钠的HLB值？,亲水基：一个-COONa基团亲油基：一个=CH-，一个-CH3，十五个-CH2-,HLB=19.1-17*0.475+7=18,CMC,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，,临界胶束浓度(cmc)(CriticalMicelleConcentration),表面活性剂溶液中开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度cmc。,临界胶束浓度(criticalmicelleconcentration),表面活性剂浓度变大,CCMC溶液中的分子的憎水基相互吸引，分子自发聚集，形成球状、层状胶束，将憎水基埋在胶束内部,球形胶束,棒状胶束,层状胶束,表面活性剂浓度与溶液性质的关系,可以利用测定表面张力，电导率等方法达到测定临界胶束浓度的目的,临界溶解温度Tk（krafft点）,溶解性,krafft点亦是离子表面活性剂应用温度的下限，即只有高于krafft点，表面活性剂才能更大地发挥作用。,低温时，离子型表面活性剂一般很难溶解当温度升高至某一温度时，离子表面活性剂在水中的溶解度急剧升高，该温度称为克拉夫（krafft）点，也称临界溶解温度。,浊点（或昙点）对聚氧乙烯型非离子表面活性剂，温度升高可导致聚氧乙烯链与水之间的氢键断裂，表面活剂溶解度急剧下降和析出，溶液出现混浊，此现象称为起昙，此时温度称为浊点(或昙点）。过程可逆。T浊点，浑浊。TCMC（HLB1318）,4.乳化作用,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。,要使它稳定存在必须加乳化剂。根据乳化剂