表面活性剂introduction实用教案

1、 （2）表面与界面张力(zhngl)Tension of Surface and Interface (a) 本体相分子Molecules of bulk phase; (b) 表面相分子Molecules of surface phase; 第1页/共25页第一页，共26页。(c) 表面张力(biominzhngl)(Tension of surface)-shrink force in surface). 液体表面的自动收缩现象； 自然状态的水滴、气泡、西瓜等等 表面的紧缩力表（界）面张力。 f（紧缩力）= F（重力） = (W1+W2) = Wgg = 2l = F/2l unit: N

2、/m or mN/m第2页/共25页第二页，共26页。 （3）Specific Surface Gibbs Free Energy ( )T,P: reversible surface work -w = dG-w = Fdx = 2ldx = dA= (dG)T,P= (G/A)T,P- 在恒温、恒压下增加单位表面积引起体系的Gibbs Free Energy的增加，unit: J/m2Specific Surface Energy - Tension of Surface 同物质：同值、同量纲，但不同(b tn)单位与意义 unit: N/m = J/m2 = 103erg/cm2 = 1

3、03 mN/m = 103dyne/cm第3页/共25页第三页，共26页。(4) 影响表面张力的因素分子间力有关 温度对表面张力的影响 随温度升高，分子间力降低，液体的表面张力降低； Eotvos关系式： V2/3=k(Tc-T) 式中：V为摩尔体积压力对表面张力的影响 随压力升高，气相密度(md)升高，液体表面的内向合力降低，液体的表面张力降低； Maxwell关系式: (/ P)T,A=(V/ A)P,T第4页/共25页第四页，共26页。2. Surfactants 表（界）面活性剂表（界）面活性剂（1）三类(sn li)物质的表面吸附性c , 且 Csurface Cbulk 表面正吸附

4、物质: 有机酸、碱、醇等(c) c , 且 Csurface Cbulk 表面活性物质: 表面活性剂第5页/共25页第五页，共26页。（2）表面活性剂定义Definition of Surfactants 能大大降低溶液的表（界）面张力Adsorption on surface or interface(b) 能在本体相中形成(xngchng)胶团、胶束Micelle(c) 能产生润湿与反润湿、乳化与破乳、起泡与消泡、分散与絮凝以及增溶、洗涤等作用Surface activity的一类不对称化合物。第6页/共25页第六页，共26页。3 3、表面、表面(biomin)(biomin)活性剂的结构

5、特征活性剂的结构特征 （1）双亲结构（Amphiphilic structure） 非极性的亲油基Lipophilic groups 极性的亲水基Hydrophilic groups 通过连接基或直接连接而成的不对称(duchn)化合物例如肥皂，硬脂酸钠学名十八烷基酸钠：第7页/共25页第七页，共26页。（2）冰山结构（Iceberg structure）Hydrogen bond （氢键） 神奇液体水（例如：s l) 主要原因是氢键。一个水分子可形成(xngchng)四个氢键形成(xngchng)六元环结构，在液态时也会形成(xngchng)冰结构，为假晶结构(psudo crystal)第

6、8页/共25页第八页，共26页。(b)Iceberg structure(c) 加入表面活性剂于水中，破坏了水原有的氢键结构，但在表面活性剂的亲油基附近形成另种类似于叠罗汉那样规整的冰结构Iceberg structure有序度高、熵小不稳定，从而驱使体系(tx)向破坏该结构方向变化，逃逸水。第9页/共25页第九页，共26页。（3）疏水相互作用(Hydrophobic interaction) 为避免形成冰山结构，表面活性剂的亲油剂在水中会向逃逸水的方向移动疏水相互作用。 疏水相互作用的驱动力非能量，而是熵。G = H-TS 熵驱动亲油基逃逸水疏水基（4）表面活性表面活性剂疏水作用的直接结果:

7、 (a) 表（界）面吸附； (b) 胶束作用。 此两个(lin )基本特性则引发了一系列作用： 吸附润湿、乳化、分散、泡沫等； 胶束增溶。第10页/共25页第十页，共26页。(5) 离子及其离子氛氛（ Ionic atmosphere） 离子氛 离子强度（Ionic strength）I =(1/2)CjZ2j 离子氛半径（radii (size)）1/ = (1000DkT/4NAe2CjZj2)1/2 离子的亲水性（hydrophility） 离子与非离子的亲水性 表面(biomin)活性剂的亲水性与亲油性第11页/共25页第十一页，共26页。v 表面活性剂的表面活性与其(yq)亲水、亲油

8、基的亲水、亲油性有关。见下图：第12页/共25页第十二页，共26页。4 4、表面活性剂的其它、表面活性剂的其它(qt)(qt)名称名称 soaps 肥皂(fizo) detergents 洗涤剂 emulsifiers 乳化剂 dispersants 分散剂 foaming agents 泡沫剂 wetting agents 润湿剂 penetrating agent 渗透剂 solubilizing agent 增溶剂第13页/共25页第十三页，共26页。5、表面活性剂的存在、表面活性剂的存在(cnzi)与发展与发展（1）表面活性剂的存在Amoeba动物的祖先（阿米巴）； 原生动物，寄生于高

9、级动物的变形虫。无器官、无一定形状，但已具有高级动物一样的细胞膜双分子(fnz)层bilayer ，包括蛋白质、核酸、脂质等。第14页/共25页第十四页，共26页。(b)恐龙的胆汁酸几十万年前的脊椎动物。在其胆囊中浓缩的胆汁酸能乳化油并使之易于(yy)酶解；(c) 哺乳动物的乳汁酪氨酸(casein)，球蛋白(globrin)等作为乳化剂，易于(yy)吸收；第15页/共25页第十五页，共26页。(d) 蛋黄(dnhung)中的卵磷脂。第16页/共25页第十六页，共26页。（2）肥皂的应用关于肥皂起源的考证碱与脂肪的反应；16世纪法国马赛肥皂的工业化；制碱术的实用化路布兰制碱法；油脂提炼技术(j

10、sh)的进步脱色精炼术；运输业的发展廉价原料。中国制皂业20世纪初，在上海建立了我国第一家制皂厂；1950年，全国年产量4万吨；90年代，全国年产量达140万吨；目前，每年维持略减。第17页/共25页第十七页，共26页。（3）合成洗涤剂肥皂骗碱性，不耐硬水(Ca+, Mg+)。二十世纪初人类开始寻找肥皂代用品。二战前： 1917年德国BASF公司开发烷基萘磺酸盐。由于长碳链卤代烃价格太高，一般采用氯丁烷(dn wn)与萘反应得丁基萘，然后磺化即得。 C4H9-C10H6-SO3Na 特点：亲水性太好，不能用作洗涤剂，为常用的润湿剂、分散剂，俗称拉开粉。 此后，蓖麻油酸合成的脂肪酸丁酯磺酸盐，同

11、样亲水性太好，只能用作润湿剂。第18页/共25页第十八页，共26页。 1928年，脂肪醇硫酸钠（例如：C12H25OSO3Na） 去污力强，泡沫丰富，但价高，而且在热酸 中易水解，没能很快推广。 1930年，脂肪醇、酸、胺的聚氧乙烯醚，为最早的非离子表面活性剂，耐硬水(yngshu)极好，但也因价格太高而无法推广。RO(C2H4O)nH RCOO(C2H4O)nH RN(C2H4O)n (C2H4O)mH RCONH(C2H4O)nH 第19页/共25页第十九页，共26页。(b) 二战后：十二烷基苯磺酸钠作为最早的合成洗涤剂正式上市ABS，60年代(nindi)后为LAS取代。(ABS): 4

12、 CH3CH=CH2 + C6H6 C12H25(C6H5)(LAS): Linear Alkyl Benzene Sulfonate(c) 20世纪70年代(nindi)脂肪醇价格下降，非离子表面活性剂正式登场。 特点：CMC极小，中性第20页/共25页第二十页，共26页。(d) 表面(biomin)活性剂的发展 从洗涤剂润湿、乳化、分散、浮选、增溶 表面(biomin)活性作用抗静电、抗菌、平滑、柔软 发展特征：单一用途多用途 民用为主工业用为主 表面(biomin)活性作用兼用次要作用 工业味精用量少、作用大。第21页/共25页第二十一页，共26页。6 6、表面、表面(biomin)(b

13、iomin)活性剂的现状活性剂的现状（1）产量： 1995年世界(shji)洗涤剂总产量4300万吨 肥皂 总产量 900万吨 中国洗涤剂总产量 291万吨 肥皂 总产量 69万吨 2000年世界(shji)洗涤剂总产量5000万吨 中国洗涤剂总产量 900万吨 仅为7%第22页/共25页第二十二页，共26页。（2）结构：工业用/民用 比上升工业用占总量的比例： 发达国家(f d u ji)平均50-55% 95年日本为70%，其中，清洗仅占20% 95年中国为39.6%，主要是清洗用。（3）品种： 95年全世界达5000种以上 中国已达1100种 其中，阴离子型非离子型阳、两性离子型第23页/共25页第二十三页，共26页。（4）趋势绿色、高效、低成本绿色、无毒、无环境污染（生产(shngchn)无污染和使用无污染即可生物降解）。中国已在60年代后期完成用LAS替代ABS;高效、功能性强、稳定性好END第24页/共25页第二十四页，共26页。感谢您的观看(gunkn)！第25页/共25