有机硅表面活性剂

1、第六章第六章 表面活性剂（表面活性剂（Surfactant）6.1表面活性剂的一般结构表面活性剂的一般结构6.2 表面活性剂分类表面活性剂分类6.3 常用表面活性剂性能参数常用表面活性剂性能参数6.4 胶束胶束(micelle)6.5 表面活性剂的重要作用表面活性剂的重要作用6.1表面活性剂的一般结构表面活性剂的一般结构表面活性剂表面活性剂是指能显著降低水的表面张力的一是指能显著降低水的表面张力的一类物质类物质表面活性剂表面活性剂从结构上看均为从结构上看均为两亲分子两亲分子，即同时，即同时具有亲水的极性基团和憎水的非极性基团。具有亲水的极性基团和憎水的非极性基团。极性头极性头818C 长链烷基

2、等非极性基团长链烷基等非极性基团非极性基团：非极性基团：1. 最常见的是最常见的是818碳的直链烷烃，或环烃等碳的直链烷烃，或环烃等 如如 C17H35，R 等等2. 全氟表面活性剂：将上述碳氢链中的氢原子全部用全氟表面活性剂：将上述碳氢链中的氢原子全部用氟原子取代即可。其疏水作用强于碳氢链，其水溶液氟原子取代即可。其疏水作用强于碳氢链，其水溶液表面张力可低至表面张力可低至20mN/m以下以下H3CCCH3CH3SiCH3CH3( )4SiCH3CH3O3. 硅化合物类：如下所示的聚硅氧烷链疏水性很突出硅化合物类：如下所示的聚硅氧烷链疏水性很突出6.2 表面活性剂分类表面活性剂分类表面活性剂通

3、常采用其表面活性剂通常采用其极性基团极性基团的结构来分类，的结构来分类，离子型离子型非离子型非离子型阳离子型阳离子型阴离子型阴离子型两性型两性型表面活性剂表面活性剂阳离子型和阴离子型的表面活性剂不能混用，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。否则可能会发生沉淀而失去活性作用。6.2.1.阴离子表面活性剂阴离子表面活性剂(1)(1) 羧酸盐羧酸盐 RCOO RCOO 例如：例如： 肥皂中的表面活性成分肥皂中的表面活性成分硬脂酸钠硬脂酸钠等等(2) (2) 磺酸盐磺酸盐 R-SO3 例如：例如： 洗衣粉中的洗衣粉中的十二烷基苯磺酸钠十二烷基苯磺酸钠(ABS)(A

4、BS)等等(3) (3) 硫酸酯盐硫酸酯盐 R-OSO R-OSO3 3 (4) (4) 磷酸酯盐磷酸酯盐 R-OPO R-OPO3 32 2 具有易吸附于一般固体表面及杀菌性两个特点具有易吸附于一般固体表面及杀菌性两个特点(1)(1)伯胺盐伯胺盐 R-NH3 (2)(2)季胺盐季胺盐 CH3 |例如例如 C16H33-N+-CH3Br | CH3 十六烷基溴化铵十六烷基溴化铵( (俗称俗称1631)1631)(3) (3) 吡啶盐吡啶盐 例如例如 C C1212H H2525(NC(NC5 5H H5 5) )+ + 6.2.2.阳离子表面活性剂阳离子表面活性剂季胺盐水溶液具有强杀菌性，常用

5、作消毒、杀菌剂6.2.3.两性表面活性剂两性表面活性剂(3) (3) 卵磷脂类卵磷脂类 属天然表面活性剂，常用作食品添加剂属天然表面活性剂，常用作食品添加剂 (1) 氨基酸型氨基酸型 R-NH2CH2-CH2COO 洗涤性能良好，常作为特殊洗涤剂洗涤性能良好，常作为特殊洗涤剂(2)(2)甜菜碱型甜菜碱型 CH3 R-N+-CH2COO- CH3去污力强，对纤维有保护作用6.2.4.6.2.4.非离子表面活性剂非离子表面活性剂(1)脂肪醇脂肪醇聚氧乙烯醚聚氧乙烯醚 R-O-(CH2CH2O)nH 俗称平平加系列，具良好湿润性能俗称平平加系列，具良好湿润性能(2)(2)烷基酚聚氧乙烯醚烷基酚聚氧乙

6、烯醚 R-(C6H4)-O(C2H4O)nH 俗称俗称 OPOP系列，化学性质稳定，抗氧化性能强系列，化学性质稳定，抗氧化性能强(3)(3)聚氧乙烯烷基酰胺聚氧乙烯烷基酰胺 R-CONH(C2H4O)nH 常用作起泡剂、增粘剂 (4)(4)多元醇型多元醇型 主要是失水山梨醇的脂肪酸酯及其聚氧乙烯加成物 Span类 及 Tween类表面活性剂即属此类 具有低毒的特点，广泛用于医药工业、食品工业以及生化实验亲水基多为聚氧乙烯基构成，由所含氧乙烯基数目控制其亲水性。亲水基多为聚氧乙烯基构成，由所含氧乙烯基数目控制其亲水性。稳定性高，与其他类型表面活性剂相容性好，可混合使用稳定性高，与其他类型表面活性

7、剂相容性好，可混合使用Span类 及 Tween类表面活性剂(失水山梨醇的脂肪酸酯)OHOOHOCORSpanOOOCORTweenOC2H4HnOC2H4OHmSpan类 及 Tween类表面活性剂OOHOHOOHCORSpanOOO(C2H4O)yHOO(C2H4O)zHCORH(OC2H4)xTween(失水山梨醇的脂肪酸酯)6.2.5.Gemini 在在Gemini表面活性剂中表面活性剂中,两个离子头基是靠联接基团通过化两个离子头基是靠联接基团通过化学键而连接的学键而连接的,由此造成了两个表面活性剂单体离子相当紧密的由此造成了两个表面活性剂单体离子相当紧密的连接连接,致使其碳氢链间更容

8、易产生强相互作用致使其碳氢链间更容易产生强相互作用,即加强了碳氢链间即加强了碳氢链间的疏水结合力的疏水结合力,而且离子头基间的排斥倾向受制于化学键力而被而且离子头基间的排斥倾向受制于化学键力而被大大削弱这就是大大削弱这就是 Gemini 表面活性剂和单链单头基表面活性剂相表面活性剂和单链单头基表面活性剂相比较比较,具有具有高表面活性高表面活性的根本原因。的根本原因。6.3 常用表面活性剂性能参数常用表面活性剂性能参数1. C20 ：降低溶液表面张力 20mNm-1 时所需的表面活性剂浓度,该值愈小表明表面活性剂在界面的吸附能力愈强。2. 表面活性剂有效值 能够把水的表面张力降低到的最小值。显然

9、，能把水的表面张力降得愈低，该表面活性剂愈有效。C20有效值杂质的原因20mN/m6.3 常用表面活性剂性能参数常用表面活性剂性能参数CMC 在表面张力对浓度绘制的在表面张力对浓度绘制的曲线曲线 上会出现转折。继续增上会出现转折。继续增加活性剂浓度，表面张力不再加活性剂浓度，表面张力不再降低，降低，3. 3. 临界胶束浓度临界胶束浓度 ( CMC( CMC ) ) ( (Critical Micelle ConcentrationCritical Micelle Concentration) ) 表面活性剂溶液中表面活性剂溶液中开始形成胶束的最低浓度称为开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度。

10、临界胶束浓度。6.3临界胶束浓度临界胶束浓度(critical micelle misel concentration) 临界胶束浓度简称临界胶束浓度简称CMCCMC 表面活性剂在溶液中表面活性剂在溶液中开始形成胶束的最低浓度称为开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度。临界胶束浓度。 在在CMCCMC附近，表面活性剂溶液的许多性质都会出现转附近，表面活性剂溶液的许多性质都会出现转折，如表面张力、电导率、去污能力等折，如表面张力、电导率、去污能力等6.3临界胶束浓度临界胶束浓度(critical micelle concentration)表面活性剂浓度变大表面活性剂浓度变大C CMC溶液中的分

11、子的憎水溶液中的分子的憎水基相互吸引，分子自基相互吸引，分子自发聚集，形成球状、发聚集，形成球状、层状胶束，将憎水基层状胶束，将憎水基埋在胶束内部埋在胶束内部6.4常用表面活性剂性能参数亲水亲常用表面活性剂性能参数亲水亲油平衡值油平衡值(hydrophile-lipophile balance)GriffinGriffin提出了用一个相对的值即提出了用一个相对的值即HLBHLB值值来衡量表面活性物来衡量表面活性物质的亲水性。质的亲水性。对非离子型的表面活性剂，对非离子型的表面活性剂，HLBHLB的计算公式为：的计算公式为：HLBHLB值值= =亲亲水基质量水基质量亲水基质量亲水基质量+ +憎水

12、基质量憎水基质量2020 石蜡无亲水基，所以石蜡无亲水基，所以HLB=0HLB=0 聚乙二醇，全部是亲水基，聚乙二醇，全部是亲水基，HLB=20HLB=20。其余非离子型表面活性剂的其余非离子型表面活性剂的HLBHLB值介于值介于0 02020之间。之间。在表面活性剂的应用中，需根据不同目的选择具备适当在表面活性剂的应用中，需根据不同目的选择具备适当亲水亲油性的表面活性剂亲水亲油性的表面活性剂6.4HLB值的意义值的意义 根据需要，可根据根据需要，可根据HLBHLB值选择合适的表面活性剂。例值选择合适的表面活性剂。例如：如：HLBHLB值在值在2 26 6之间，可作油包水型的乳化剂；之间，可作

13、油包水型的乳化剂；8 81010之之间作润湿剂；间作润湿剂；12121818之间作为水包油型乳化剂。之间作为水包油型乳化剂。HLBHLB值值 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 | | | | | | 石蜡石蜡 W/O乳化剂乳化剂 润湿剂润湿剂 洗涤剂洗涤剂 增溶剂增溶剂 | | | | | 聚乙二醇聚乙二醇 O/W乳化剂乳化剂1、非离子型表面活性剂HLB值的计算（1）格里芬导出：HLB=100/5（1- Mo/ M）式中：Mo疏水基的相对分子质量。 M表面活性剂的相对分子质量。例： 其HLB值为：C9H19OCH2C

14、H2O10H6.4 HLB值的计算100220113.35220440HLB（2）混合表面活性剂的HLB的计算具有加和性，以两种表面活性剂为例：式中：HLBA、HLBBA和B单用时各自的HLB值。 WA、WBA和B在混合物中的质量分数。例：63%的表面活性剂Span20（HLB=8.6）与37%的 Tween20(HLB=16.7)相互混合的HLB值？则63% 8.637% 16.711.59HLB AABBABWHLBWHLBHLBWW作业1、HLB值的定义和意义？2、用格里芬法计算出石蜡、聚乙二醇的HLB值分别是多少？ 3、求48%的Span40（HLB=6.7）与52%的Tween40(

15、HLB=15.6)相互混合的表面活性剂的HLB值？6.4 胶束胶束(micelle) 两亲分子溶解在水中达一定浓度时，其非极性部分两亲分子溶解在水中达一定浓度时，其非极性部分会会互相吸引互相吸引，从而使得分子自发形成有序的聚集体，使，从而使得分子自发形成有序的聚集体，使憎水基向里、亲水基向外，减小了憎水基与水分子的接憎水基向里、亲水基向外，减小了憎水基与水分子的接触，使体系能量下降，触，使体系能量下降，这种多分子有序聚集体称为胶束。这种多分子有序聚集体称为胶束。 随着亲水基不同和浓度不同，形成的胶束可呈现随着亲水基不同和浓度不同，形成的胶束可呈现棒状棒状、层状或球状等层状或球状等多种形状。多种

16、形状。 6.4.1球形胶束球形胶束6.4.2棒状胶束棒状胶束6.4.3层状胶束层状胶束6.4.5脂质双层与细胞膜脂质双层与细胞膜可以利用测定可以利用测定表面张力，电表面张力，电导率等方法达导率等方法达到测定临界胶到测定临界胶束浓度的目的束浓度的目的6.5 表面活性剂的重要作用表面活性剂的重要作用 表面活性剂的用途极广，主要有五个方面：表面活性剂的用途极广，主要有五个方面：1 1. .润湿作用润湿作用 2 2. .起泡作用起泡作用 4.4.增溶作用增溶作用 3.3.乳化作用乳化作用5 5. .洗涤作用洗涤作用 1.润湿作用 表面活性剂可以降低液体表面张力，改变接触表面活性剂可以降低液体表面张力，

17、改变接触角的大小，从而达到所需的目的角的大小，从而达到所需的目的。 例如，要农药润湿带蜡的植物表面，要在农例如，要农药润湿带蜡的植物表面，要在农药中加表面活性剂；药中加表面活性剂； 如果要制造防水材料，就要在表面涂憎水的如果要制造防水材料，就要在表面涂憎水的表面活性剂，使接触角大于表面活性剂，使接触角大于9090。2.起泡作用表面活性剂的起泡机理主要表现表面活性剂的起泡机理主要表现在以下几个方面：在以下几个方面：1）降低气）降低气液液界面张力界面张力，使泡沫体系稳定。，使泡沫体系稳定。2）在液膜上形成双层吸附。）在液膜上形成双层吸附。3）表面活性剂的亲油基相互吸引、拉紧，）表面活性剂的亲油基相

18、互吸引、拉紧，使吸附层的使吸附层的强度提高强度提高。4）离子型表面活性剂因电离而使泡沫荷电，）离子型表面活性剂因电离而使泡沫荷电，其其相互斥力相互斥力阻碍了表面活性剂的接近和阻碍了表面活性剂的接近和聚集。聚集。3.乳化和分散作用1 乳化作用：两种互不相溶的液体，其中一相以微微 滴滴状分散于另一相中，这种作用称为乳化作用。2 分散作用：两种互不相溶的液体，其中一相以微微 粒粒状固体均匀分散于另一液相中，这种作用称为分散作用。3 起乳化、分散作用的表面活性剂分别称乳化剂、分散剂。4 乳化作用形成的溶液称乳状液，而分散作用形成的溶液称悬浮液。 乳状液一、定义 两种互不相溶的液体中，一种液体以大于大于

19、10-7m直径直径的的微滴状分散于另一种液体中，所形成的多相分散体系，称为乳状液。二、组成： 乳状液中，以微小液珠存在的一相称分散相（内相， 不连续相），把连成一片的另一相称为分散介质。（外 相、连续相）。 常见的乳状液一般一相是水或水溶液（“水”相），另 一相与水不相溶的有机相（“油”相）非极性的。三、分类（1）内相为水，外相为油油包水型（W/O用油稀释。（2）内相为油，外相为水水包油型（O/W） 牛奶，可用水稀释。（3）多重型 O（W/O）/W乳状液举例： 牛奶是一种常见的乳状液； 高分子工业中的乳液聚合；油漆、涂料工业的乳胶； 化妆品工业的膏、霜。 机械工业的高速切削（产热）冷却滑润液。

20、 油井喷出的原油。 农业上杀虫用的喷洒药液：印染工业用的色浆等。四、乳状液的稳定性 两种纯的、互不相溶的液体不能形成稳定的乳状液，即使分层也很难分清内相和外相，若要得内外相分明的稳定乳状液，加入乳化剂。 若加入乳化剂后的稳定状态也是动态或相对稳定、暂时稳定。不稳定性包括：（1）沉降或乳析（2）絮凝 （3）聚结（4）转相五、乳化剂的稳定作用（1）降低两相间的表面张力（2）提高界面膜的物理性质 O/W中加入乳化剂，界面张力在界面发生吸附界面膜。界面膜强度大，乳液稳定性好，所以要界面膜强度、韧性。（3）提高界面电荷 对离子型表面活性剂，可增强电荷乳液稳定性。六、乳状液的不稳定性有三种方式： 分层 未

21、真正破坏乳液，将原乳状液分为两个乳状液，一层中分散相比原乳液多，另一相则分散介质比原乳液多，若液珠变大破乳。 变型 W/O型和O/W型发生的相互转换。 破乳使乳状液两相完全分离。 5.洗涤作用 洗涤剂中通常要加入多种辅助成分，增加对被清洗物体的润湿作用，又要有起泡、增白、占领清洁表面不被再次污染等功能。 其中占主要成分的表面活性剂的去污过程可用示意图说明：A.水的表面张力大，对油污润湿性能差，不容易把油污洗掉。B.加入表面活性剂后，憎水基团朝向织物表面和吸附在污垢上，使污垢逐步脱离表面。C.污垢悬在水中或随泡沫浮到水面后被去除，洁净表面被活性剂分子占领。作业1、什么是乳状液，举两例？2、乳状液的概念、组成及分类3、乳化剂的稳定作用是什么？a liver cellOOOOONH3CCH3CH2HOH