表面活性剂的应用——制作肥皂.ppt

表面活性剂的应用制作肥皂,By程燕,四甲B2：张菲茜、鲍磊娜、程燕、周国颖、俞嘉怿,1.表面活性剂为什么具有气泡、增溶和分散作用？与其结构有什么联系？举五个例子，并说明其原理。2乳化作用的原理是什么？生活中还有哪些常见的乳化体系？举五个例子，并说明其原理。3.洗涤过程的基本原理是什么?4表面活性剂的溶液具有什么性质？5.表面活性剂能否生物降解？对人体健康和环境有什么影响？,思考题,表面活性剂,表面活性剂,表面活性剂,表面活性剂肥皂,无论何种表面活性剂，其分子结构均由两部分构成。分子的一端为非极亲油的疏水基，有时也称为亲油基；分子的另一端为极性亲水的亲水基，有时也称为疏油基或形象地称为亲水头。两类结构与性能截然相反的分子碎片或基团分处于同一分子的两端并以化学键相连接，形成了一种不对称的、极性的结构，因而赋予了该类特殊分子既亲水、又亲油，便又不是整体亲水或亲油的特性。表面活性剂的这种特有结构通常称之为“双亲结构”（amphiphilicstructure），表面活性剂分子因而也常被称作“双亲分子”。,表面活性剂的结构,表面活性剂结构示意图,表面活性剂分子示意,表面活性剂作用与结构的关系,表面活性剂是一类结构很有特点的分子，水溶性的表面活性剂的分子有亲水性差异很大的两端，一端是有长烃链组成，它与油具有亲和性，称为亲油基或疏水基；另一端则是由易溶于水或被水湿润的原子团组成，与水亲和性好，称为亲水基。正是由于表面活性剂分子一端亲水，一端亲油的特点，才使它具有一些特殊的性质。,概念：对含有表面活性剂的溶液进行机械搅拌，空气进入溶液，被溶液包围，在水中形成气泡，此时疏水基向气泡内部，亲水基留在液相，水中的这种气泡上浮，逸出水面时，形成双分子膜，肥皂泡即是这样：,起泡作用,在泡沫灭火剂中表面活性剂的主要作用是起泡，由于泡沫中水分的冷却作用和泡沫隔离空气的作用，起到灭火的作用。起泡活性高的有高碳脂肪类阴离子、非离子和两性表面活性剂，还可加入十二烷醇等以稳定泡沫。有些情况要求减少泡沫，如在纤维的洗涤漂洗过程中，可以通过加入消泡剂来破坏泡沫，如加入高碳醇、烃和动植物油等。,起泡作用,起泡与消泡的应用,在泡沫灭中的应用产生大量的沫，借助泡沫中所的水分起到冷却作用，或者在燃烧体的表面上覆一层泡沫层、胶束膜或凝胶层，使燃烧体育可燃气体氧隔绝，从而起到灭火的作用。,起泡与消泡的应用,a、泡沫钻井液：具有携带和悬浮钻屑、稳定井壁、冷却和冲洗钻头、消除井底岩屑等功能对钻井效率和防止事故起关键作用。b、泡沫驱油剂：为了提高原油开采收率而从油田的注入井注入油层、将原油驱至油井的物质。,在原油开采中的作用,起泡与消泡的应用,在发酵工业中的应用,在发酵工业中不可避免会产生泡沫，泡沫对微生物的培养极为不利，并会妨碍菌体的分离、浓缩和制品的分离等后续工序，故需防止泡沫的产生并尽快消除泡沫。加入消泡剂是十分有效的方法。,消泡剂,能将固体微粒（0.1至几十微米）均匀分布在另一液体中的物质叫分散剂。分散剂的存在使固体微粒外层包了一层亲水性的分散剂分子膜，使分散后颗粒不再凝聚，保证了分散体系的稳定性。颜料分散在涂料、油墨中以及印染工业中常用到分散剂，常用的分散剂为阴离子性烷基磺酸盐类表面活性剂。,分散作用,分散作用应用,分散和絮凝作用在现代工业中十分重要，在许多生产工艺中常常涉及到固体微粒的分散与絮凝问题。,有时固体微粒需均匀的分散到液体介质中，以获得稳定的固液分散体系，如涂料、印刷油墨和钻井泥浆等；而有时又需要均匀和稳定的固液分散体系迅速破坏，使固体微粒尽快地聚集沉降，如在湿法冶金、污水处理和原水澄清等。,造纸分散剂,所谓增溶作用是指由于表面活性剂的存在，使得在溶剂中难溶乃至不溶的物质溶解度显著增加的作用。增溶作用的基础是胶束的形成，表面活性剂浓度越大，形成的胶束越多，难溶物质或不溶物质溶解的越多，增溶量越大。,增溶作用,增溶作用的应用,石油工业增溶作用被利用来“驱油”以提高石油的开采率，利用表面活性剂胶束的存在，将表面活性剂、助剂和油混合在一起搅动，使之形成均匀的“胶束溶液”。这种溶液能溶解原油，且具有足够的黏度，能很好的润湿岩层，遇水不分层，当流过岩层时能有效的洗下黏附于砂石上的石油，达到提供使用开采率的目的。,增溶作用的应用,胶片生产胶片上出现的微小油脂杂质造成的斑点，在乳化剂中加入适当的表面活性剂，利用胶束的增溶作用可以使斑点消除。此外，增溶作用在洗涤去污中也发挥着重要作用。,互不相溶的两液相中的一相以微液滴的状态分散于另一相中形成乳液。将油和水在混合器中搅拌时，由于界面不断分裂，凝聚速度也会急剧增加，静止后还会分层成为两相。若在体系中加入表面活性剂，分散时，它的疏水一端溶入油相，亲水的一端则留在水中，排列成一层保护层，降低了油水界面张力，可防止分散了的液滴凝聚，保护乳液的稳定性，达到油与水形成乳化液的目的。,乳化作用原理,油与水的乳化形式有两种：少量油分散在多量水中，水是连续相，油为分散相，这种类型为油在水中，也叫水包油（O/W）；另一种是少量的水分散在油中，油是连续相，叫油包水（W/O）。,乳化形式,1、油/水型乳化体2、水/油型乳化体3、微乳化体4、无水乳化体5、透明乳化体,乳化体系类型,表面活性剂作为乳化剂用于制造霜膏类化妆品，可提供皮肤需要的油性和水性成分，使化妆品在皮肤上有良好的铺展性；用于农药，可以使少量的油性农药均匀地分散于大量水中，而且还可以促进农药对生物体的润湿、附着和渗透。此外，它还可以用于乳液聚合制造高分子材料或食品添加剂等。,乳化作用应用,污垢通常分油污、固体污垢（无机成分）和其它污垢（如牛奶、血等蛋白质）。无机污垢可以通过清水冲洗除去而有机物和蛋白质污垢通常不溶于水，常要使用涤剂。洗涤剂的主要成分是表面活性剂，表面活性剂可以使油性污垢与水成水包油化体系。将污物放入洗涤剂溶液中，充分润湿、渗透，表活性剂在纤维污垢上的吸附降低了污垢的附着力，使污垢易离开织物表面进入洗液，然后表面活性剂将脱落的污垢乳化，分散水中，经清水漂洗除去。,洗涤作用,洗涤过程的基本原理,洗涤过程的本质十分复杂，通常可描述如下：被洗物浸入水中，由于洗涤剂的存在，减弱了污垢与物体表面的黏附作用，此时施以机械搅拌，使与表面活性剂结合的污垢与被洗涤物的表面脱离开来，悬浮于水中，经冲洗后便可除去。洗涤过程是可逆的，与洗涤剂结合的污物有可能重新回到被洗涤物表面。因此作为优良的洗涤剂，应能够同时降低污垢与物体表面的结合能力，并防止污垢再沉积到物体表面上来。,洗涤基本过程,表面活性剂在固体污垢去除中的湿润作用,随溶质浓度的增加而溶液表面张力缓慢升高dr/dc0；随溶质浓度的增加而溶液表面张力缓慢降低dr/dc70%的表面活性剂才允许使用。,表面活性剂的生物降解,生物降解过程,完整的生物降解需要以下过程：,（1）初级生物降解：包括吸附和裂解两个过程，在这一阶段表面活性剂母体结构消失，特性发生变化；,（2）环境允许的生物降解：达到环境可以接受程度的降解得到产物不再导致环境的污染；,（3）最终生物降解：表面活性剂完全转化为CO、H2O、NH等无机物和其他代谢物。,表面活性剂对人体健康和环境的影响,表面活性剂在工业、农业、医药、日用、化工等众多领域的应用越来越广，全球的年使用量已经超过千万吨。表面活性剂的大量使用同时也造成了土壤、水质的严重污染，甚至对人体带来危害，如皮肤过敏、癌症、生物雌性化等。表面活性剂具有一定的毒性，会对皮肤产生明显的刺激作用，在洗涤剂中大量使用，所产生的泡沫造成了城市下水道及河流泡沫泛滥，使用含有磷酸盐的表面活性剂使河流湖泊水质产生“富营养化”。,制作肥皂,肥皂,肥皂是高级脂肪酸金属盐类的总称，包括软肥皂、硬肥皂、透明皂和香皂等。肥皂是最早使用的洗涤用品，对皮肤刺激性小，具有便于携带、使用方便、去污力强、泡沫适中和洗后容易去除等优点。肥皂的有效成分是表面活性剂，洗涤衣服的洗涤剂中常用表面活性剂分为阴离子型和非离子型，最典型的有肥皂中常用的硬脂酸钠，洗衣粉主要洗涤成分为十二烷基苯磺酸钠；非离子型表面活性剂主要是烷基聚氧乙烯醚。非离子型表面活性剂为主要成分的洗涤剂不受硬水的影响，有很好的除皮质污垢的能力，对合成纤维有防止再污染作用，因此常做液体洗涤剂如丝毛洗涤剂的主要成分。,实验目的,1了解洗涤的基本过程。2学习制备肥皂的方法。,实验原理,制作肥皂以天然的动、织物油脂为原料，经碱皂化值得肥皂，以硬脂酸三甘油酯的皂化反应为例，发生的皂化反应如下：,油脂在碱性条件下的水解反应,皂化值：指完全皂化1克油脂所需的KOH毫克数。,皂化值,C:KOH的浓度V:KOH的体积m:油脂的质量,a.降低水表面的张力。b.形成稳定的乳浊液。,肥皂的主要成分是高级脂肪酸的钠盐或钾盐，其中的烃基是非极性的憎水部分，而羧酸根是极性的亲水部分。在水中，其亲水部分插入水中，憎水部分被排出水面外，从而降低了水分子之间的引力，亦即降低了水的表面张力；同时，在水面外的憎水烃基靠范德华引力靠在一起，而亲水基团则包在外面与水相连接，形成一粒一粒的胶束。如遇到油污，其憎水部分就进入油滴内，而亲水部分伸在油滴外面的水中，形成稳定的乳浊液由于水表面张力的降低，使油质较易被润湿，并使油污与它的附着物(纤维)逐渐分开，受机械振动，脱离附着物分散成细小乳浊液，随水漂洗而去。,去污原理,Ps:a、肥皂不宜在硬水中使用，以免形成不溶于水的脂肪酸钙和镁盐。b、肥皂不宜在酸性水中使用，以免生成难溶于水的脂肪酸。c、制造肥皂要耗用大量的食用油脂。,实验仪器与试剂,、实验仪器与试剂仪器：250ml烧杯，温度计，玻璃棒，水浴锅，电加热台板试剂：NaOH，猪油，牛油，棕榈油，蓖麻油，甘油，95%乙醇，蔗糖，香料，模具,实验步骤,肥皂制取原理,Step1:,1在250ml烧杯中加入10克猪油，10g椰子油或7.4g棕榈油，8克蓖麻油，加热至80使油脂混合熔化。,Step2:,2搅拌下快速加入14ml30%NaOH和6.2ml95%乙醇的混合液，在75的水浴上加热皂化，到达终点后停止加热。,Step3:,4.适当降温后加入适量香