精细化学品化学课件第02章 表面活性剂.ppt

第二章表面活性剂，本章的教育目标：1。掌握表面活性剂的概念、结构和特性；掌握表面活性剂的基本作用和应用。掌握一般表面活性剂的特点和应用。熟悉一般负离子、阳离子表面活性剂和特性。熟悉常见的非离子性和两性表面活性剂和特性。了解洗涤剂中常见的表面活性剂。本章的教学很难：1。表面活性剂的概念和结构特性；表面活性剂的基本作用。一般表面活性剂的基本特性及应用。表面活性剂是各种工业品的主要添加剂和原料，应用于日常生活、工业农业、高新技术领域。因此，近年来我国表面活性剂产业发展迅速，产量不断扩大，品种不断增加。全国合成洗衣店产量：1980年为39.32104t，1989年为146.5104t，10年内增至3.73倍，1996年增至441.36104t，比1989年增加了3倍。这是因为表面活性剂广泛用于工业农业生产，更重要的是，日常生活中家用洗涤剂的需求日益增加。2.1表面活性剂概述，表面活性剂之间相互配合或与其他添加剂一起使用不同用途的液体或固体洗涤剂制造。不同行业有清洁印刷、加工、石油化学、纤维印染、运输等设备的各种品牌的中型清洗剂。生活上包括水果和蔬菜、洗碗机、洗发水、沐浴液、家具光亮剂、液体洗衣液等。此外，多种新型棉用洗涤剂中含有一种或多种性能优良的表面活性剂，能达到美白清洗效果的理想。问：为什么荷叶表面会滴水？2.1.1表面活性及表面活性剂，表面张力实验，金属线框中间将线圈捆在一起，一起浸泡在肥皂液体中，然后取出，形成液膜。(a)线圈边界两侧的表面张力大小相同，因此可以以任意形状穿过液膜(a)见图。(b)，通过螺旋中心的液膜，线圈内部张力消失，外部表面张力立即将线圈圆展开，清楚地显示出表面张力的(b)图。1 .表面张力，两相(尤其是气体-液体)界面具有垂直于表面边界、指向液体方向并与表面相切的张力。作用于单位边界线的此力称为表面张力，单位以Nm-1表示为g或s。保持温度、压力和组成不变，每次增加单位表面积时，Gibbs自由能的增加值称为表面Gibbs自由能或简单地称为表面自由能或表面能，以Jm-2为单位用符号g表示。2 .表面自由能，3 .表面活性，水溶液的表面张力和溶质浓度的几种典型关系，表面活性：如果a物质能减少b物质的表面张力，一般可以说，a物质(溶质)对b物质(溶剂)具有表面活性。表面-物质相和相界面表面-界面构成的两相中，1相在气体上时，表面表面活性剂的功能改变液体-液体界面的性质，2.1.1界面和表面活性剂是具有双亲性结构的有机化合物种类。广义上，能减少系统表面张力的溶质都可以说是表面活性物质。但是，只有习惯性大幅减少表面张力的化合物被称为表面活性剂。2.1.1.2表面活性剂的定义，两亲性溶解度表面吸附表面定性生成胶束CMC多功能，2.1.2表面活性剂的特性，结构特性-双亲性，非极性组。表面活性剂由两亲化合物的结构不对称的两部分组成。亲水：亲油性：极性集团。一般亲水系为羧基、磺酸盐、醚和羟基等。一般是长链烃界。溶于具有亲水特性的水。容易溶于油，具有亲油特性。，(疏水标准)，2.1.3表面活性剂的结构和性质，亲水，亲水，亲水，亲油系，表面活性剂分子吸附在溶液表面上的状态图，(a)浓度极薄的状态，(b)中等浓度的状态，(c)饱和时附近的状态临界胶束浓度(CMC)，(1)定义，a极稀溶液，b稀溶液，cCMC溶液，d大于CMC溶液，胶束结构的变化形式，浓度CMC，胶束形成大小-1-100n m，表面活性剂此时溶液的表面张力最低。显然，表面活性剂的CMC越小，达到饱和吸附，形成胶束，将表面张力降到最低所需浓度就越低。以CMC为边界，在水溶液的许多物理化学性质(如表面张力、渗透压、密度、洗涤能力等)中发生突变。因此，只有在表面活性剂水溶液的浓度略高于CMC值的情况下，才能充分表明其作用。CMC可以起到测定表面活性剂表面活性的作用，CMC以单分子和胶束的动态平衡状态存在于溶液中。溶液浓度达到临界胶束浓度后，表面活性剂的物理特性发生了变化，如电阻率、渗透压力、冰点下降、颜色变化等。只有表面活性剂浓度略大于CMC，才能充分发挥表面活性。CMC值的大小主要取决于表面活性剂的分子结构和水中强电解质的浓度，与强电解质的种类或不是电解质的种类无关。CMC值，表面活性剂的分子结构，离子表面活性剂的CMC取决于亲油体系(疏水基准)的长度，普通碳原子的数量越大，CMC就越小。但是，如果在亲行星齿轮中引入双键或分支机构，则CMC将更大。非离子表面活性剂的CMC主要由聚氧乙烯链生长、CMC增大等亲水基种类决定。表面活性剂随着无机盐类电解质的添加降低了CMC值。无机盐类强电解质的影响，CMC中表面活性剂的各种理化性质。表面张力、电导率、渗透压、密度、溶解度、可洗性等都发生了很大变化。因此，原则上，这些特性的突变可以通过在各种特性随浓度变化的情况下用CMC测量特性突变点的浓度来测量CMC。CMC的决定，1 .表面张力法，2 .电导率法，12-s-12的电导率随浓度变化的曲线(T=25)，系列浓度表面活性剂12-3-12的芘溶液中的荧光光谱(T=25)，芘溶液中的表面活性剂12-s-12荧光光谱、杨氏方程式、润湿和表面张力的关系、GS-g=GS-l GL-GCOS、cos=(GS-g-GS-l)/GL减少水溶液表面张力的本质。S，g，S-l，l-g，S-g，l，如果添加润湿剂，润湿角会减少，越小，润湿性越好。2.1.4表面活性剂分类，表面活性剂一般可分为化学结构分类，离子型和非离子型两类，离子型可分为阳离子、负离子、两性型表面活性剂。4 .按离子类型分类：阴离子表面活性剂，R-OSO3Na硫酸酯，R-SO3Na磺酸盐，R-OPO3Na2磷酸盐，-，两性表面活性剂，CH3|R-N -CH2COO，规定：石蜡没有亲水基础，HLB=0；油酸的HLB值为1。聚乙二醇，均为亲水，HLB=20；十二烷基硫酸钠是40 .其馀非离子表面活性剂的HLB值在1到20之间。离子表面活性剂的HLB值在1到40之间。，2.1.5表面活性剂的亲水亲油平衡(HLB)，1，HLB值的概念，阴离子表面活性剂的HLB值在1到40之间，非离子表面活性剂的HLB值在1到20之间。请参阅表1-9。HLB值，石蜡，油酸钾油酸，十二烷基硫酸钠，HLB值获取方法有实验和计算方法两种，后者更方便。HLB值没有绝对值，是基于标准的值。2，计算HLB值，1。估算方法、HLB值估算范围、其他用途的表面活性剂HLB值范围、2。组数方法，3。质量分数法，注意：仅适用于含聚氧乙烯的非离子表面活性剂。是计算聚氧乙烯(10)壬基酚醚(即op-10)的HLB值。一般表面活性剂的HLB值，a在应用的系统中具有良好的表面活性，并产生较低的表面张力。这表明，该表面活性剂倾向于关注界面，在界面两侧不能很好地保持在身体上。因此，表面活性剂的亲水性、亲油分部分需要适当的(平衡)率。任何一侧的溶解度过大，都不利于产生低界面张力(即不容易吸附)。在b界面上形成相当强的吸附膜。根据分子结构的要求，希望在表面活性剂分子的亲水性、亲油部分的大小和比例方面，吸附的分子之间有很大的交叉重力。作为乳化剂，表面活性剂必须满足以下条件：2.2表面活性剂的基本作用，2.2.1润湿，润湿是固体表面的一种流体被另一种流体取代的过程，接触角度的示意图：(1)润湿，1。润湿过程，粘着剂是在等温等压条件下单位面积的液体粘着固体表面时所施加的最大效果，衡量液体是否能浸湿固体。粘合力越大，液体可以浸湿固体，液-固耦合就越牢固。(2)在赤身裸体、赤身裸体工作的等温、等压条件下，具有单位表面积的固体可逆浸入液体中的最大的东西称为赤身裸体工作，这是对液体在固体表面替代气体的能力的测量。润湿性，(3)扩散，2。表面活性剂对物体的润湿作用称为润湿作用，(1)在固体表面产生定向吸附，改变固体表面特性。(2)提高液体的润湿性，3 .这种使液体湿润或加速固体表面润湿性的表面活性剂称为润湿剂，分子中间时润湿性比较强，分子末端时去污能力比较强。亲油基地对分结构的润湿性和渗透性的优秀去污能力较差。亲水基位置，(1)分子结构，(2)特性，目前用作润湿剂的主要是负离子型和非离子型！分子量小的润湿性及渗透性好的分子量大的清洗、分散、乳化能力好，分子量4。表面活性剂在润湿中的应用，(1)矿物的泡沫浮选，(2)金属的防锈，缓蚀，(3)织物的防水，防油处理，(4)农药中的应用，一种或多种液体分散成微滴，由其他非混合液体形成的多相分散系统。形成乳液的这个过程称为乳化。分散相(内相，不连续相)分散介质(外伤，连续相)水/油相，2.2.2乳化和乳化，分散：一个固体粒子均匀分布在另一个液体中的现象。乳化、分散、乳化：在水中均匀乳化或分散非水溶性物质的现象。乳化剂：能把一种液体(例如油)分散在水或其他液体中的物质。分散剂：能把一种固体颗粒分散到另一种液体中的物质。2.2.1乳化，油水型(W/O)，油和水乳型，水乳型(O/W)，少量油分散在大量水中连续相：水分酸相：油，少量水分散在大量油中连续相：油分散相：水方法：机械法、物理法和化学法。化学乳化-改变乳液的类型或界面特性，使其不稳定，引起乳化等。例如，蒸汽机凝析油的o/w乳状液的破坏，以乳化去除油；原油对w/o型乳状液的破坏用乳化去除水，2.2.2.2乳化，1 .乳化剂的乳化，两相界面存在是热力学的不稳定系统，物理方法：离心电沉积法超声波过滤法，化学方法：主要改变乳状液的类型或界面特性，降低乳状液的稳定性并进行乳化。乳化剂，2。乳化剂，原油通过岩石的狭窄空隙与水混合，并且喷嘴和油泵的搅拌形成W/O乳液。一般水分含量在10%以上。除了静态分离外，还要添加乳化剂，与高压电场作用相结合，将原油净化到低于1%的含水量。电化学脱水工艺，常用乳化剂：油脂衍生物、磺酸盐、环烷酸盐、烷基萘磺酸盐、石油磺酸盐，主要是五碳环羧酸衍生物、乳化剂，环烷酸铅(铝)可用于润滑剂的制造。聚环氧丙烷环氧丙烷共聚物，是一种非离子表面活性剂，通过调节聚合度及附加分子数合成其他HLB值。可以用作乳化剂和乳化剂。聚氧乙烯烷基苯醚和甲醛的缩合物质烷基酚树脂衍生物。不同性质的乳化剂可以通过改变烷基的种类、缩合程度、环氧乙烷加成分子的数量来获得，也可以用于泥浆分散剂、水分离剂、燃烧剂等。3 .乳化及乳化的应用，农药生产，金属加工，沥青乳化食品，化妆品原油提取，在低温度下溶解度通常很小，随着温度上升。溶解度逐渐增加，达到特定温度时，溶解度突然增加，溶解度突然提高的温度称为克拉夫性质。离子表面活性剂在水中的溶解度与随着浓度的变化物理化学性质的变化相似。2.2.3增溶作用，在克拉夫的特征中，离子表面活性剂的溶解度突然增加是由于胶束的形成。实际上，克拉夫特性的溶解度是CMC。一般来说，非离子表面活性剂在低温下容易与水混合，上升到一定温度后，溶液混浊，即表面活性剂析出，该温度称为相应表面活性剂的浊点。非离子表面活性剂，特别是包含聚氧乙烯链的非离子表面活性剂，其水溶性与离子表面活性剂相反。浊点可用于测定非离子表面活性剂的水溶性。非离子表面活性剂的溶解在聚氧乙烯链中的氧原子和水分子之间形成氢键，温度升高，这种氢键容易破坏，从而产生混浊，释出相。非离子表面活性剂的溶解度在室温(20 25)下最大，离子型最小。碳链长度相同的离子表面活性剂中，季铵盐阳离子表面活性剂的溶解度很大。聚氧乙烯醚非离子表面活性剂等非离子表面活性剂分子中含有可溶于水但不能分解为水中离子的聚氧乙烯或羟基。亲水性是由聚氧乙烯醚链或羟基链中的氧原子和水分子形成氢键而表现出来的。提高温度会切断氢键，水分子脱落，亲水性下降，不溶于水。缺点：2.2.3.3增溶(Solubilization)，水溶液中表面活性剂达到临界胶束浓度时，部分不溶性或微溶解性物质在胶束溶液中的溶解度明显增加，可形成溶解的透明胶体溶液。定义