金谷-第二章表面活性剂的结构和性能

1、第二章第二章 表面活性剂的结构和性能表面活性剂的结构和性能 内容：内容： 2.1 表面活性的分类表面活性的分类 2.2 表面活性剂的特性表面活性剂的特性 2.3 表面活性剂结构和性能的关系表面活性剂结构和性能的关系 2.4 添加剂对表面活性剂性能的影响添加剂对表面活性剂性能的影响 1. 按亲水基类型按亲水基类型 阴离子表面活性剂 阳离子表面活性剂 非离子表面活性剂 两性表面活性剂 2.1 2. 按疏水基类型按疏水基类型 碳氢表面活性剂 氟表面活性剂 硅表面活性剂 聚氧丙烯类表面活性剂 2.1 3. 其他分类方法其他分类方法 从应用功能分类 从溶解性分类 从分子大小分类 其他分类 2.1 阴离子

2、表面活性剂 RCOONa羧酸盐 R-OSO3Na 硫酸酯盐 R-SO3Na磺酸盐 R-OPO3Na2磷酸酯盐 2.1.1 阴离子型表面活性剂阴离子型表面活性剂 阳离子表面活性剂 R-NH2HCl伯胺盐 CH3 | R-N-HCl仲胺盐 | H CH3 | R-N-HCl叔胺盐 | CH3 CH3 | R-N+-CH3Cl-季胺盐 | CH3 2.1.2 阳离子型阳离子型 2.1.3 两性离子型两性离子型 2.1.4 非离子型非离子型 2.2 2.3.2 疏水基与结构对性能的影响疏水基与结构对性能的影响 1、疏水基类型的影响、疏水基类型的影响 表面活性剂的疏水基一般为长的碳氢链，碳原子数大都在表

3、面活性剂的疏水基一般为长的碳氢链，碳原子数大都在8-188-18。 疏水基可以是直链、支链、环状等。大致分为以下几种：疏水基可以是直链、支链、环状等。大致分为以下几种： 脂肪族烃基脂肪族烃基 芳香族烃基芳香族烃基 脂肪烃芳香烃基脂肪烃芳香烃基 亲油基中含有弱亲水基亲油基中含有弱亲水基 环烃基环烃基 其他特殊亲油基其他特殊亲油基 2 2、疏水基分支结构对性质的影响、疏水基分支结构对性质的影响 表面活性剂的种类相同，分子大小相同，有分支的不易形成表面活性剂的种类相同，分子大小相同，有分支的不易形成 胶团，胶团，cmccmc较高。带分支的降低表面张力的能力强，具有好较高。带分支的降低表面张力的能力强

4、，具有好 的润湿、渗透能力，但去污力差。的润湿、渗透能力，但去污力差。 3、端基结构的影响、端基结构的影响 全氟烷烃硅氧烷烃脂肪烷烃全氟烷烃硅氧烷烃脂肪烷烃（烷烃（烷烃环烷环烷 烃烃烯烃）连有脂肪基芳烃烯烃）连有脂肪基芳烃芳烃弱亲水芳烃弱亲水 基的烃基的烃 4、疏水基长度的影响疏水基长度的影响 许多单链型表面活性剂的效率与碳原子数成直线关系。许多单链型表面活性剂的效率与碳原子数成直线关系。 在同一品种的表面活性剂中，在同一品种的表面活性剂中，随疏水基碳链增长，随疏水基碳链增长， 其溶解度、其溶解度、cmccmc减小，降低表面张力的能力增大。减小，降低表面张力的能力增大。 5、疏水基的长度对称性

5、的影响、疏水基的长度对称性的影响 正、负离子表面活性剂混合体系，在疏水链总长度一定正、负离子表面活性剂混合体系，在疏水链总长度一定 的情况下，疏水链的情况下，疏水链对称性差的，混合体系的溶解性好、对称性差的，混合体系的溶解性好、 表面活性差表面活性差；碳氢链长相差越大，碳氢链长相差越大，cmc cmc越大 越大。 疏水链中不饱和烃基，包括脂肪族和芳香族、双键和疏水链中不饱和烃基，包括脂肪族和芳香族、双键和 叁键，有弱亲水基作用，叁键，有弱亲水基作用，有助于降低分子的结晶性有助于降低分子的结晶性， 对于胶团的形成与饱和烃的烃链中减少对于胶团的形成与饱和烃的烃链中减少1-1.51-1.5个个CHC

6、H2 2的的 效果相同。效果相同。增加不饱和烷烃，增大发泡和去污力，提增加不饱和烷烃，增大发泡和去污力，提 高溶解性。高溶解性。 6、疏水链中其他基团的影响、疏水链中其他基团的影响 2.3.3 亲水基结构对性能的影响亲水基结构对性能的影响 表面活性剂分子亲水基的种类很多，亲水基可以位于疏水基表面活性剂分子亲水基的种类很多，亲水基可以位于疏水基 链的任一位置，或大或小，或有几个亲水基。链的任一位置，或大或小，或有几个亲水基。 相对于疏水基来讲，亲水基的结构对表面活性剂性能的影响相对于疏水基来讲，亲水基的结构对表面活性剂性能的影响 较小。较小。 不同亲水基对表面活性剂性能的影响主要在溶解性、化学稳

7、不同亲水基对表面活性剂性能的影响主要在溶解性、化学稳 定性、生物降解性、安全性（毒性）、温和性（刺激性）等定性、生物降解性、安全性（毒性）、温和性（刺激性）等 方面。方面。 无机电解质能提高阴离子型和阳离子型表面活性剂的表面活性。无机电解质能提高阴离子型和阳离子型表面活性剂的表面活性。 阴离子型表面活性剂不适宜在硬水中使用。阴离子型表面活性剂不适宜在硬水中使用。 两性表面活性剂则一般具有很好的抗硬水性能。两性表面活性剂则一般具有很好的抗硬水性能。 非离子表面活性剂一般不受无机电解质的影响。非离子表面活性剂一般不受无机电解质的影响。 1、亲水基类型的影响、亲水基类型的影响 不同电性的离子型表面活

8、性剂一般不宜混合使用。不同电性的离子型表面活性剂一般不宜混合使用。只有在很低浓只有在很低浓 度范围内阴、阳离子表面活性剂复配可极大地提高表面活性，但度范围内阴、阳离子表面活性剂复配可极大地提高表面活性，但 必须遵从特殊的复配规律。必须遵从特殊的复配规律。 非离子型表面活性剂几乎与其他所有类型的表面活性剂都有很好非离子型表面活性剂几乎与其他所有类型的表面活性剂都有很好 的相容性，可以复配使用。的相容性，可以复配使用。 离子型离子型表面活性剂水溶性表面活性剂水溶性随温度升高而增加随温度升高而增加，具有，具有KrafftKrafft点点; ; 聚氧乙烯型非离子聚氧乙烯型非离子表面活性剂水溶性则表面活

9、性剂水溶性则随温度升高而减小，随温度升高而减小，具有具有 浊点，当温度达到浊点时从溶液中析出。浊点，当温度达到浊点时从溶液中析出。 阳离子型阳离子型表面活性剂表面活性剂易吸附到带负电的固体表面易吸附到带负电的固体表面，导致固体表面，导致固体表面 性质的变化。性质的变化。 非离子型非离子型表面活性剂则表面活性剂则不易在固体表面发生强烈吸附不易在固体表面发生强烈吸附。 阳离子阳离子表面活性剂具有很强的杀菌作用，因而表面活性剂具有很强的杀菌作用，因而毒性也大毒性也大。 非离子非离子表面活性剂一般表面活性剂一般无毒无毒，性能温和。，性能温和。 亲水基的体积大小对表面活性剂性能有明显的影响。亲水基的体积

10、大小对表面活性剂性能有明显的影响。 亲水基体积增大影响亲水基体积增大影响到表面活性剂分子到表面活性剂分子在表面吸附层所占的面积在表面吸附层所占的面积及及降降 低表面张力的能力低表面张力的能力。 极性基体积的大小影响分子的排列状态极性基体积的大小影响分子的排列状态及及分子有序组合体的形状和大分子有序组合体的形状和大 小小。 亲水基的体积的大小影响正、负离子表面活性剂混合体系亲水基的体积的大小影响正、负离子表面活性剂混合体系。增大极性。增大极性 基的体积，降低正离子和负离子极性基之间的静电引力，提高混合体系基的体积，降低正离子和负离子极性基之间的静电引力，提高混合体系 的溶解性。的溶解性。 对聚氧

11、乙烯型非离子表面活性剂，对聚氧乙烯型非离子表面活性剂，聚氧乙烯链长度增加，影响到表面聚氧乙烯链长度增加，影响到表面 活性剂的溶解性、浊点、表面吸附以及所形成的分子有序组合体的性质。活性剂的溶解性、浊点、表面吸附以及所形成的分子有序组合体的性质。 2、亲水基大小的影响、亲水基大小的影响 从聚氧乙烯基硫酸盐的实验结果表明，在一定范围内随着聚氧乙从聚氧乙烯基硫酸盐的实验结果表明，在一定范围内随着聚氧乙 烯基数量的增大烯基数量的增大Krafft点和点和cmc明显下降，明显下降，cmc逐步增大。逐步增大。 3、混合亲水基的影响、混合亲水基的影响 亲水基位置不同对表面活性剂性能有很大的影响。亲水基位置不同

12、对表面活性剂性能有很大的影响。 亲水基在碳链末端降低表面张力的效率较高，但能力却较低，亲水基在碳链末端降低表面张力的效率较高，但能力却较低， 亲水基在碳链末端其亲水基在碳链末端其cmccmc比在链中间的低。比在链中间的低。 亲水基在分子中部的，比在末端的润湿性能强。亲水基在分子中部的，比在末端的润湿性能强。 亲水基在分子末端的，比在中间的去污力好。亲水基在分子末端的，比在中间的去污力好。 起泡性能一般极性基在碳链中间者为佳。起泡性能一般极性基在碳链中间者为佳。 对于有苯环的表面活性剂，亲水基在苯环上的位置对表面活对于有苯环的表面活性剂，亲水基在苯环上的位置对表面活 性剂的性质亦有与上述相似的影

13、响。性剂的性质亦有与上述相似的影响。 4、亲水基位置的影响、亲水基位置的影响 1. 表面活性剂的亲水性表面活性剂的亲水性 HLB值越大，亲水性越强；值越大，亲水性越强；HLB值越小，亲油性越强。值越小，亲油性越强。 设定标设定标 准：石蜡准：石蜡HLB=0，完全是亲水基的聚乙二醇，完全是亲水基的聚乙二醇HLB=20，十二烷基，十二烷基 硫酸钠硫酸钠HLB40。 离子型表面活性剂范围离子型表面活性剂范围:HLB=1 40 非离子表面活性剂范围非离子表面活性剂范围:HLB=0 20 HLB值定义：值定义： 2.3.4表面活性剂的亲水亲油平衡表面活性剂的亲水亲油平衡 表面活性剂两亲基团之间的平衡称为

14、亲水亲油间的平衡值，即表面活性剂两亲基团之间的平衡称为亲水亲油间的平衡值，即HLB。 反映表面活性剂分子中两种结构基的大小和力量平衡后的相互关系。反映表面活性剂分子中两种结构基的大小和力量平衡后的相互关系。 表达式为：表达式为： 亲油基的亲油性 亲水基的亲水性 HLB 表面活性剂表面活性剂HLB值与性质和用途的关系值与性质和用途的关系 HLB值范围值范围性性 质质用用 途途 13 3 6 7 9 8 18 13 15 15 18 不分散不分散 微分散微分散 搅拌下分散成乳液搅拌下分散成乳液 形成稳定乳液形成稳定乳液 半透明至透明分散体半透明至透明分散体 透明溶液透明溶液 消泡剂消泡剂 乳化剂（

15、乳化剂（W/O） 润湿剂润湿剂 乳化剂（乳化剂（O/W） 洗涤剂洗涤剂 增溶剂增溶剂 2.HLB的测定和的测定和计算方法计算方法 1.经验估算法 根据在水中溶解状态，估计HLB范围。 加水后溶解情况 13 3 6 7 9 8 18 13 15 15 18 HLB 不分散 分散不好 振荡成乳色分散体 稳定的乳色分散体 半透明至透明分散体 透明溶液 2.分子结构法 1)Griffin法用于非离子型表面活性剂HLB的计算 2)多元醇型脂肪酸酯非离子表面活性剂 3)皂化值不易测定的非离子表面活性剂 20HLB 亲水基分子量 亲水基分子量亲油基分子量 5 PE HLB )1 (20 A S HLB 3.其他类型表面活性剂