胶体与表面化学5-12

1、LOGO第五章第五章 表面活性剂表面活性剂东北石油大学石油工程学院东北石油大学石油工程学院第四章第四章 表面活性剂表面活性剂第五节第五节 胶束理论胶束理论第四节第四节 表面活性剂溶液的体相性质表面活性剂溶液的体相性质第三节第三节 表面活性剂在界面上的吸附表面活性剂在界面上的吸附第二节第二节 表面活性剂的分类和应用表面活性剂的分类和应用第一节第一节 表面活性剂概述表面活性剂概述 LOGO第一节第一节 表面活性剂概述表面活性剂概述东北石油大学石油工程学院东北石油大学石油工程学院表面活性剂概述表面活性剂概述 一、表面活性剂定义一、表面活性剂定义 二、二、 表面活性剂的结构特点表面活性剂的结构特点一、

2、表面活性剂的定义一、表面活性剂的定义 如图油酸钠在浓度很低如图油酸钠在浓度很低时，可将水的表面张力自时，可将水的表面张力自72mNm-1降到约降到约25mNm-1。而一般的无机盐而一般的无机盐(如如NaCl)水水溶液，在浓度较稀时，对水溶液，在浓度较稀时，对水的表面张力几乎不起作用，的表面张力几乎不起作用，甚至使表面张力稍为升高甚至使表面张力稍为升高，一、表面活性剂的定义一、表面活性剂的定义 （1）：肥皂，洗衣粉，）：肥皂，洗衣粉，油酸钠油酸钠 （2）：乙醇，丁醇，）：乙醇，丁醇，己醇己醇 （低分子量的极性（低分子量的极性有机物）有机物） （3） ：无机盐类：无机盐类NaCl、KNO3、HCl

3、、NaCl。OHNHCLKNOclNa,3a二、表面活性剂的结构特点二、表面活性剂的结构特点1 、分子结构特点、分子结构特点2、 分子结构双亲性的特性分子结构双亲性的特性l两亲结构使活性剂分子在溶于水后，亲水基受到水分子的吸引，亲油基受两亲结构使活性剂分子在溶于水后，亲水基受到水分子的吸引，亲油基受到水分子排斥，而不稳定，只有浮于液面，亲油基伸向气相才能稳定，平衡。到水分子排斥，而不稳定，只有浮于液面，亲油基伸向气相才能稳定，平衡。两亲结构两亲结构亲油基C亲油基（憎水基）：与油有亲和性；多来自动植物油（化学结构相似， 数不同）亲水基34aa ,COONSO NOHNH亲水基（憎油基）：与水有亲

4、和性；羧酸钠（）磺酸钠（）羟基（）氨基（）二、表面活性剂的结构特点二、表面活性剂的结构特点亲油基亲水基亲水基亲油基亲油基亲水基亲水基亲油基亲油基亲油基亲水基亲水基亲水基亲油基3 、表面活性剂双亲结构的表示形式二、表面活性剂的结构特点二、表面活性剂的结构特点4、构成表面活性剂的亲油基团和亲水基团 LOGO第二节第二节 表面活性剂的分类表面活性剂的分类东北石油大学石油工程学院东北石油大学石油工程学院表面活性剂的分类表面活性剂的分类 一、表面活性剂的分类一、表面活性剂的分类 二、二、 各类表面活性剂的结构特点及应用各类表面活性剂的结构特点及应用一、表面活性剂的分类一、表面活性剂的分类A 按按离离子子

5、型型分分类类 一、表面活性剂的分类一、表面活性剂的分类B B 按溶解按溶解性分类性分类 C C 按分子按分子量分类量分类 分子量大于10000分子量100010000分子量1001000D 按用途分类按用途分类 表面活性剂按用途可分为渗透剂，润湿剂、乳化剂、增溶剂、分散剂、表面活性剂按用途可分为渗透剂，润湿剂、乳化剂、增溶剂、分散剂、絮凝剂、起泡剂、消泡剂、杀菌剂、抗静电剂、缓蚀剂、柔软剂、防水剂、絮凝剂、起泡剂、消泡剂、杀菌剂、抗静电剂、缓蚀剂、柔软剂、防水剂、织物整理剂、匀染剂等类。此外，还有有机金属表面活性剂、含硅表面活织物整理剂、匀染剂等类。此外，还有有机金属表面活性剂、含硅表面活性剂

6、，含氟表面活性剂和反应性特殊表面活性剂。性剂，含氟表面活性剂和反应性特殊表面活性剂。二、二、 各类表面活性剂的结构特点及应用各类表面活性剂的结构特点及应用定义定义 阴离子表面活性剂阴离子表面活性剂指在水溶液中电离时，生成的指在水溶液中电离时，生成的表面活性表面活性离子离子带负电荷的表面活性剂。带负电荷的表面活性剂。按亲水基分类按亲水基分类阴离子表面活性剂RCOONaR-OSO3NaR-SO3NaR-OPO3Na2羧酸盐型硫酸酯盐型磺酸盐型磷酸酯盐型溶解度随温度变化有明显的转折点。即存在溶解度随温度变化有明显的转折点。即存在KrafftKrafft温度点；温度点；一般情况下，阴离子表面活性剂与阳

7、离子表面活性剂的一般情况下，阴离子表面活性剂与阳离子表面活性剂的配伍性较差配伍性较差，但在，但在一定条件下复配可以大大提高表面活性；一定条件下复配可以大大提高表面活性；阴离子表面活性剂的抗硬水能力较差，阴离子表面活性剂的抗硬水能力较差，抗硬水性能强弱抗硬水性能强弱顺序为：顺序为： -SO3Na-OSO3Na-OPO3Na2-COONa；在疏水链与阴离子基团中间引入在疏水链与阴离子基团中间引入（EO ），可以大大，可以大大提高抗温性能提高抗温性能；在阴离子基团与疏水链之间引入在阴离子基团与疏水链之间引入（PO ） ，可以，可以提高其疏水性提高其疏水性；酸中稳定性不同酸中稳定性不同：-COONa在

8、酸中不稳定，析出自由酸。在酸中不稳定，析出自由酸。 -OSO3Na在酸在酸中可发生水解而分解。其他两种阴离子表面活性剂在酸中较为稳定。中可发生水解而分解。其他两种阴离子表面活性剂在酸中较为稳定。1.11.1最大缺点最大缺点 羧酸盐阴离子表面活性剂的高价金属盐不溶于水，且在酸性条件下容易羧酸盐阴离子表面活性剂的高价金属盐不溶于水，且在酸性条件下容易析出羧酸而不稳定，失去表面活性，因此，其析出羧酸而不稳定，失去表面活性，因此，其抗硬水能力较差抗硬水能力较差。1.21.2羧酸盐阴离子表面活性剂的性能改善措施羧酸盐阴离子表面活性剂的性能改善措施 增加羧基的数量增加羧基的数量CH2COONaCnH2n+

9、1 CH CH2COONa引入其它亲水基团引入其它亲水基团OC17H33C NHR1(CONHR2)nCOONa（雷米帮A） 羧酸盐阴离子表面活性剂属于肥皂系列，最初用于洗涤用品，通过改性羧酸盐阴离子表面活性剂属于肥皂系列，最初用于洗涤用品，通过改性后，可以用于钙皂分散剂、乳化剂和净洗剂等。后，可以用于钙皂分散剂、乳化剂和净洗剂等。1.3 1.3 应用应用硫酸酯盐硫酸酯盐C C1212H H2525OSOOSO3 3NaNa红油和蒙诺波尔红油和蒙诺波尔蓖麻油硫酸化产物蓖麻油硫酸化产物梯波尔梯波尔a-a-烯烃硫酸化产物烯烃硫酸化产物 脂肪醇酸酯在酸、碱条件下才耐热，特别在酸性介质中，硫酸酯将水解

10、脂肪醇酸酯在酸、碱条件下才耐热，特别在酸性介质中，硫酸酯将水解为硫酸而加速水解。为硫酸而加速水解。A.A.一价阳离子的烷基硫酸酯盐的溶解度如下递减顺序：一价阳离子的烷基硫酸酯盐的溶解度如下递减顺序： 有机胺离子有机胺离子NHNH4 4+ + Na Na+ + K K+ +；B.B.二价阳离子的硫酸酯盐溶解度递减顺序：二价阳离子的硫酸酯盐溶解度递减顺序： MnMn2+2+ Cu Cu2+2+ Co Co2+2+ Mg Mg2+2+ Ca Ca2+2+ Pb Pb2+2+ Sr Sr2+2+ Ba Ba2+2+ 良好乳化，起泡剂，用于牙膏。对眼和皮肤有刺激作用。良好乳化，起泡剂，用于牙膏。对眼和皮

11、肤有刺激作用。 洗发香波，化妆品，去污。洗发香波，化妆品，去污。磺酸盐磺酸盐烷基苯磺酸钠烷基苯磺酸钠渗透剂渗透剂OTOT拉开粉拉开粉胰加漂胰加漂T T油酰氯和油酰氯和N-N-甲基牛胆酸甲基牛胆酸磺化琥珀酸双酯磺化琥珀酸双酯烷基萘磺酸钠烷基萘磺酸钠 稳定较好，不发生水解，能够在酸性介质中使用，热稳定较好，不发生水解，能够在酸性介质中使用，热稳定性较好。稳定性较好。A.制备：烷基苯B.特点：成本低，性能好，用途广，耐酸、碱，硬水中不沉淀。C.典型产品（十二烷基苯磺酸钠）ABS磺化剂水解 石油磺酸盐石油磺酸盐的主要成分是复杂的的主要成分是复杂的烷基苯磺酸烷基苯磺酸或或烷基萘磺酸盐烷基萘磺酸盐，其余则

12、，其余则为为脂肪烃及环烃的磺化物及氧化物脂肪烃及环烃的磺化物及氧化物。其平均。其平均分子量分子量大约在大约在400400与与580580之间之间( (石油磺酸钠石油磺酸钠) )。石油磺酸盐常作为。石油磺酸盐常作为乳化剂乳化剂应用于切削油及农药应用于切削油及农药( (可溶性可溶性) )中，中，在矿物浮选中作为在矿物浮选中作为起泡剂起泡剂，在燃料油中作为，在燃料油中作为分散剂分散剂；高分子量的，则常用；高分子量的，则常用作防锈油中的作防锈油中的防蚀剂防蚀剂。近年来，大量的石油磺酸盐被应用用于。近年来，大量的石油磺酸盐被应用用于“三次采油三次采油”中中, ,钻井泥浆添加剂，原油破乳剂等。钻井泥浆添加

13、剂，原油破乳剂等。R-OPOR-OPO3 3NaNa2 2磷酸酯盐磷酸酯盐高级醇高级醇磷酸酯磷酸酯二钠二钠盐盐高级醇高级醇磷酸磷酸双双酯酯钠钠盐盐ROPO3M(RO)2PO2M 单酯双酯 抗电解质及抗硬水性较强，净洗能力好，为低泡性表面活性剂。与烷基抗电解质及抗硬水性较强，净洗能力好，为低泡性表面活性剂。与烷基硫酸酯及烷基磺酸盐相比，它具有较高的表面活性，对棉的净洗性更为优越。硫酸酯及烷基磺酸盐相比，它具有较高的表面活性，对棉的净洗性更为优越。可用作净洗、润湿、乳化、抗静电和抗腐蚀剂。可用作净洗、润湿、乳化、抗静电和抗腐蚀剂。阴离子表面活性剂在油田中的作用阴离子表面活性剂在油田中的作用起泡作用

14、起泡作用堵水堵水EOREOR压裂液压裂液 在水溶液中离解时生成的表面活性离子带正电荷的表面活性剂，其亲水在水溶液中离解时生成的表面活性离子带正电荷的表面活性剂，其亲水基主要是基主要是N N、P P、S S、I I等原子。其中等原子。其中N N原子原子是最常用的表面活性剂。是最常用的表面活性剂。 表面活性剂中，绝大部分是表面活性剂中，绝大部分是含氮的化合物含氮的化合物，也就是，也就是有机胺的衍生物有机胺的衍生物。简。简单有机胺的盐酸盐或醋酸盐单有机胺的盐酸盐或醋酸盐(RNH(RNH2 2HClHCl或或RNHRNH2 2HAc)HAc)可在酸性介质中用作乳可在酸性介质中用作乳化、分散、润湿剂，也

15、常用作浮选剂及作为颜料粉未表面的憎水剂。化、分散、润湿剂，也常用作浮选剂及作为颜料粉未表面的憎水剂。有机胺有机胺盐表面活性剂盐表面活性剂的缺点，是当溶液的的缺点，是当溶液的pHpH值较高时值较高时(pH7)(pH7)，自由胺容易析出，从，自由胺容易析出，从而失去表面活性。而失去表面活性。优异的杀菌性能：杀菌能力取决于优异的杀菌性能：杀菌能力取决于对细胞的渗透性对细胞的渗透性和和对蛋白质的沉淀能力对蛋白质的沉淀能力；良好的吸附性能：由于一般良好的吸附性能：由于一般固体固体表面带的是表面带的是负电荷负电荷，带正电的表面活性离子，带正电的表面活性离子容易强烈地吸附其上。此特性有如下容易强烈地吸附其上

16、。此特性有如下用途用途： A.作为矿物浮选剂。阳离子表面活性剂吸附在矿物颗粒表面，使其表面变为憎水，容易附着在憎水的气泡上而浮选出来； B.作为乳化剂。主要作为沥青状乳状液制备时的乳化剂。由于碎石表面强烈吸附阳离子表面活性剂而变为亲油表面，不仅增加了碎石与沥青之间的粘结性，也增强了路面的抗水性能； C.植物柔软剂。阳离子表面活性剂在固体表面吸附后，疏水的非极性烷基指向空气，改变了固体表面的摩擦系数。 D.抗静电剂。由于阳离子表面活性剂在固体表面形成一层连续的吸附膜，活性的极性基团产生离子导电和吸湿导电，而起抗静电作用； E.增强剂。主要用于造纸，离子型的阳离子表面活性剂可作为纸张增强剂吸附在带

17、负电荷的纸张表面。 F.其它作用。缓蚀剂、防腐剂等典型的阳离子表面活性剂典型的阳离子表面活性剂C16H33 N+ CH3Br-CH3CH3CH3C12H25 N+ CH2 Cl-(或Br-)CH3同一分子中同时存在阴、阳、非离子或存在其中同一分子中同时存在阴、阳、非离子或存在其中两种离子性质的表面活性剂。两种离子性质的表面活性剂。2.12.1甜菜碱型两性离子表面活性剂甜菜碱型两性离子表面活性剂定义：阳离子由季铵盐构成的两性表面活性剂。RN+(CH3)2CH2-COO-SO3-OSO3-OPO3-特性A.pH值影响小；B.在pH7不具有阴离子性；C.磺基甜菜碱具有较强的钙皂分散能力，尤其分子结构

18、中有-CONH键更好定义：阳离子由氨基酸构成的两性表面活性剂。特性A.pH值的变化氨基酸两性离子表面活性剂变为阴/阳离子型B.在等电点时，阴阳离子同时存在于同一分子内，此时溶解度最小，润湿能力最小，泡沫最低。RNH(CH2)n-COOH-SO3H类型A.阴离子与阳离子的组合 B.阴离子与非离子的组合 C.阳离子与非离子的组合 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(一般为醚基和羟基)构成的表面活性剂。亲水基主要有： 、 醚键（O）、羟基（-OH） 酰胺基（-CONH2）*CH2CH2O*稳定性高，不受酸、碱、盐的影响，耐硬水性强；与其它表面活性剂的稳定性高，不受酸、碱、盐的影响，耐硬水性强；与其它表面活性剂的配伍性好；在一般固体上不易发生强烈吸附；配伍性好；在一般固体上不易发生强烈吸附；溶解度大小与温度有关，溶解度大小与温度有关，存在存在浊点效应浊点效应，随温度升高大多数非离子表面活性剂不溶于水；具有，随温度升高大多数非离子表面活性剂不溶于水；具有高表高表面活性面活性，其水溶液的表面张力、，其水溶液的表面张力、cmccmc较低，增溶作用强；泡沫性能较差；较低，增溶作用强；泡沫性能较差；毒性小，对皮肤刺激性小。毒性小，对皮肤刺激性小。 主要是指在表面活性剂的碳氢链中主要是指在表面活性剂的碳氢链中氢原子氢原子全部或部分被全部或部分被氟原子氟原子取