表面活性剂习题与答案

1、第一章概述1 .表面活性剂的定义在加入量很少时即能明显降低溶剂的表面张力，改变物系的界面状态，能够产生 润湿、乳化、起泡、增溶及分散等一系列作用，从而达到实际应用的要求的一类 物质。2 .表面活性剂的分类（按离子类型和亲水基的结构）离子类型：a.非离子型表面活性剂b.离子型表面活性剂（阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、两性表面活性剂）亲水基：竣酸盐型、磺酸酯盐型、磷酸酯盐型、胺盐型、季钱盐、金翁盐型、多竣 基型、聚氧乙烯型第二章表面活性剂的作用原理表面活性、表面活性物质、表面活性剂？因溶质在表面发生吸附（正吸附）而使溶液表面张力降低的性质被称为表 面活性，这类物质被称为表面活性物质。表面活性

2、剂：是一类表面活性物质，具在浓度极低时能明显降低溶液表面 张力的物质。表面活性如何表征？假如T。是水或溶剂的表面张力，T为加入表面活性剂后溶液的表面张力， 则表面（界面）张力降低值n可表现为小田。2号,在稀水溶液中可以用表 面张力降低值与溶液浓度的比值 二/C来衡量溶质的表面活性。当物质的浓 度c很小时，甲-C略成直线，每增加一个 -CH2, n/c增加为原来的3倍。表面活性剂的两大性质是什么？如何解释？两大性质：降低表面张力和胶束的形成降低表面张力：是由亲水、亲油基团相互作用、共同决定的性质，表面活 性剂分子吸附于液体表面，用表面自由能低的分子覆盖了表面自由能高的 溶剂分子，因此溶液的表面张

3、力降低胶束的形成：达到吸附饱和，表面活性剂的浓度再增加，其分子会在溶液 内部采取另一种排列方式，即形成胶束。什么是临界胶束浓度及其测定方法？开始形成胶束的最低浓度被称为临界胶束浓度（critical micelle concentration简写为 cmc）。测量依据：表面张力、电导率等性质随着表面活性剂浓度的变化，上述性质发生突变的浓度。1、表面张力法：表面活性剂水溶液的表面张力开始时随溶液浓度的增加急剧下降，到达一定浓度（即cmc）后变化缓慢或不再变化。特点：简单、不受无机盐的影响；但极性有机杂质干扰大。2、电导法：测定表面活性剂溶液不同浓度时的电阻，计算出的电导率或摩尔电导率，作其对浓度

4、的关系曲线，其转折点的浓度即为表面活性剂的cmc。适合离子型表面活性剂。特点：方便，准确度高，但受溶液中盐浓度影响很大。对高表面活性的物质灵敏度差。3、增溶作用法：利用烃类或某些燃料等不溶或低溶解度的物质在表面活性剂溶液中溶解度的变化测定cmc的方法。4、染料法：某些燃料的颜色或荧光在低浓度中和在胶束中的明显不同。要求染料离子与表面活性剂离子所带电荷相反。5、光散色法：表面活性剂缔合成胶束，溶液散射光强度增强。要求溶液非常纯净。什么是表面活性剂的HLB 值？有什么意义？用亲水-亲油平衡值（ hydrophile-lipophile balance,HLB） 来表示表面活性剂的亲水性，它是亲水基

5、和疏水基之间的大小和力量上的平衡程度的量度。HLB=亲水基的亲水性/亲油基的亲油性HLB 值代表亲水基和亲油基的平衡值，用来衡量亲水与亲油能力的强弱，实际上主要表征了表面活性剂的亲水性；HLB 值越高， 亲水性越强；HLB值越低，亲水性越弱。石蜡 HLB=0 油酸 HLB=1 油酸钾 HLB=20 十二烷基硫酸钠HLB=40HLB= 亲水基团质量/表面活性剂的质量*100/5=亲水基的质量/（亲油基质量 +亲水基质量）*100/5HLB=E/5 E 代表合成表面活性剂时加入的环氧乙烷的质量分数影响表面活性剂性能的结构因素包括那些方面?（表面活性剂分子形态、分子量和其润湿、去污能力的关系）分子形

6、态的影响：1、亲水基的相对位置对表面活性剂性能的影响：一般情况下，亲水基位于分子中间时，表面活性剂的润湿性能比位于分子末端的强；而亲水基在末端的，则去污力较强。2、亲油基团结构中分支的影响：在表面活性剂类型和分子大小相同的情况下，带有分支结构的表面活性剂通常具有较好的润湿和渗透性能，但去污力较小。分子量的影响：表面活性剂分子的大小对其性质的影响比较显著，一般分子量较大的表面活性剂的洗涤、分散、乳化性能较好，而分子量较小的表面活性剂润湿、渗透作用比较好。表面张力的定义(从力和能量的角度)1 f=2yl丫为比例系数，表示垂直通过液面上任一单位长度， 与液面相切的收缩表面的力，简称表面张力2 液体自

7、动收缩小，则会减少自由能。dG=YdA 丫从能量角度是单位表 面的表面自由能，是增加单位表面积液体是自由能地增值。表面张力的测定方法滴重法毛细管上升法环法吊片法最大气泡法滴外形法表面活性剂的结构特点(十二疑基力B衲(b)十二彘事三甲去H化监付)月桂肿聚H乙爆扯(d)十二烷率甜菜,图2“表面活拄剂两亲分子示意图胶束的结构(离子型表面活性剂和非离子型)。胶束的结构(b)腋团悠柳示意图融内型表面活性制般由（bJ弹离广曲友而活性朝腔优。离子型表面活性剂（O,2 3nm双电信（数|纳米1离子型衰面活性剂胶团的结构 书P14胶束的结构主要由内核和外壳两部分构成，对于离子型表面活性剂，外壳的外侧还有扩散双电

8、离子型表面活性剂，胶束的外壳由胶束双电层的最内层（stern层）组成，其 中不仅包含表面活性剂的极性头，还固定有反离子和水化层。对于聚氧乙烯型 非离子表面活性剂，胶束的外壳是一层相当厚的柔顺的聚氧乙烯层，还有水分 子。在胶束-水“界面”区域外，离子胶束有一反离子扩散层，即双电层外围的 扩散层部分，由未与极性头离子结合的其余反离子组成，非离子胶束没有双电 层结构。非离子型表面活性剂聚氯乙用型非离子表面活性剂毁束结构Krafft点和浊点（原因）*% Krafft点;在溶液温度较低 时，离子型表面活性剂的溶解 度一般较小,当加热到一定温 度时，表面活性剂的溶解度会 突然增加.这一温度被称为 区2航点

9、.浊点（Cloud point）：非离子 表面活性剂的溶解度常随温度 上升而降低.一定浓度的表面 活性剂溶液加热到某一温度时 表面活性剂突然析出而出现浑 浊，经放置或离心分离可以得 到两个液相.这一温度被称为 浊点.P26非离子表面活性剂存在浊点的原因是其在水中氢键被破坏所致。非离子型表面活性剂和混合表面活性剂的HLB值的计算非离子型HLB=.亲水基团质量 100=一亲水基的质量IO?表面活性剂的质量 5 亲油基质量+亲水基质量 5HLB汨=E（HLB：X q）q-i组分的质量分散混合表面活性剂,皂化值和酸值完全皂化1g油脂所需氢氧化钾的毫克数中和1g油脂中的游离脂肪酸所需氢氧化钾的毫克数。常

10、用以表示其缓慢氧化后的酸败程度。不同类型表面活性剂毒性、安全性顺序。不同关里的春同活性剂毒性大小顺序为：非离子和两性型U阴离子型4阳离子型。第三章表面活性剂的功能与应用1 .增溶作用的定义: 在溶剂完全不溶或者微溶的物质，借助于添加第三种成分一一表面活性剂而得到溶解，并成为热力学稳定性的、各种同性的均一溶液， 这种作用成为增溶作用。2 .增溶作用的特点(与混合溶剂提高溶解度及乳化作用的区别)：(1)增溶现象是胶束对亲油物质的溶解过程，是表面活性剂胶束的一种特殊作 用。(2)增溶过程不同于通过使用混合溶剂来增大有机物溶解度的情况。(3)增溶作用的被增溶物进入了胶束中，而不是提高了增溶物在溶剂中的

11、溶解 度，因此不是一般意义上的溶解。(4)增溶作用不同于乳化作用。(5)增溶作用是自发过程。(6)增溶作用可以用不同的方式达到。3 .增溶作用的方式：(1)单态模型：夹心型增溶、栏栅型增溶、胶束表面(聚氧乙烯型)(2)两态模型：被增溶物在胶束溶液中分配于水相和胶束相中，在两相中德分 配状态不同。4 .表面活性剂结构对增溶作用的影响：(1)碳氢健长短相同时，不同类型表面活性剂增溶能力的大小顺序为： 非离子 型阳离子型阴离子型(2)饱和姓和极性小得有机物在同系列的表面活性剂水溶液中增溶能力随表 面活性剂碳氢链的增长而增加。(3)同碳数的表面活性剂，带支链的比直链的对姓类的增溶能力小。在表面活 性剂

12、分子中引入不饱和键或芳环也会使其增溶能力减小。(4)向表面活性剂分子中引入第二极性基团时对增溶能力的影响取决于增溶 物的性质。5 .乳状液的定义、形成条件、类型及鉴别方法：乳状液(emulsion)是一个多相分散体系，其中至少有一种液体以液珠的形式均匀地分散于另一种与它不相混溶的液体之中.乳状液的形成过程(乳化过程)主要依靠乳化作用：乳化作用是一种界面作用，油水不相混溶的两相组成一种分散体系时.两相间的界面面积大大增加，是不稳定的3乳化剂的类型(1)水包油型(0/W)如牛奶等(2)油包水型(W/0) 如原油、油性化妆品等(3)套图型(0/W/0或W/O/W)较为少见鉴别方法：稀释法染色法电导法

13、滤纸润湿法光折射法6 .影响乳状液类型的因素(1)相体积(2)乳化剂的分子结构和性质(定向锲理论)(3)溶解度规则(4)聚结速度理论(5)制备方法与乳化器材质7 .影响乳状液稳定的因素：(1)表面张力(2)界面膜(3)界面电荷(4)乳状液分散介质的粘度(5)加入固体粉末8 .PIT :定义：在一定的体系中，在某一温度时，乳化剂的 HLB值发生急剧变化，同时乳 状液体系发生相变，此温度称为相转变温度，即PIT.PIT是体系所具有的特性温应用：取等量的油相和水相，加入 3%-5%勺表面活性剂制成乳状液，不断振荡 并加热体系，观测乳状液的类型变化，当乳状液由O/W型变成W/O型的温度即为 PIT。通

14、常O/W型乳状液在低于PIT 20-60 C,W/O高于PIT 10-40 C时是稳定 的。PIT与HLB值有一定关系，一般PIT随HLB值的增加而升高。9 .破乳的方法有那些：(1)物理机械法：超声加热过滤电沉降离心分离(2)化学法：加入一定化学物质来改变乳状液的类型和界面膜的性质，目的是降低界面膜强度，或破坏界面膜。10 .润湿的过程及发生条件:过程：沾湿：液气界面和固气界面上的气体被液体取代的过程浸湿： 固体浸 入液体的过程铺展：将固气界面用固液界面代替的同时， 液体表面能够扩展的 现象。发生条件：沾湿发生条件： GA, SL-ySGyLGc0 WA彳 SG - 丫 SL+丫 LOO （

15、式中： 丫 SG 丫 SLffi 丫 LG别为气-固、液-固和气-液界面的表面张力）浸湿发生条件： Gi=TSlzTS（K0Wi=YSG- T SL>0 （Wi ：浸湿功）铺展发生条件： GS=r SL+丫 LG-tSGC0S=T SGySLy LG>0 （S:铺展功）11 .杨氏方程：S1805年Young提出：若固体的表面理想光滑、均匀，平坦且无 相变，则可达稳定平衡；这时产生的接触角就是平衡接触角u 需¥ 9的作用是力图缩小液体的赛面积；丫5措作将是力图解 小国体表面积；Y BL的作用是力图使固液界窗间的面积缩小.国 Ysg和¥sl至今尚无法测定力0一八1

16、 =力心8312 .表面活性剂在润湿过程的作用：在固体表面发生定向吸附提高液体的润湿能力13 .润湿剂的要求：（1）分子结构：碳氢键具有分支结构亲水基位于碳氢键的中间位置（2）性质：较高的表面活性良好的表面活性14 .泡沫的定义及产生定义：泡沫是指气体分散在液体中的一种分散体系 产生条件：a.气液接触b.发泡速度高于破泡速度15 .泡沫破坏的机制3.4.1.2泡沫的破坏机制粗分散体系，热力学不稳定状态，泡沫会自动破 坏(1)泡沫液膜的排液液膜看作毛细管，液体从膜中排出的速度8膜厚4排液的主要原因：重力排液存在密度差，液膜在重力作用下向下排液使液膜减薄。重力排 液仅在液膜较厚时起主要作用。表面张

17、力排液(2)气泡内气体的扩散气泡内气体的扩散当液膜不破裂时，泡沫还会因气体的扩散而破坏。一小气泡内的压力 大气泡内的压力，气泡通过液膜向大 气泡排气。小气泡变小、消失。一液面上的气泡会通过液膜直接向大气排气。气泡破灭。16 .表面张力的自修复作用在泡沫受到外力冲击时，有使液膜厚度和强度恢复的作用。17 .在影响泡沫稳定的因素中，哪个因素是最重要的?决定泡沫稳定性的关键因素是液膜的表面粘度和弹性。18 .为什么非离子表面活性剂不能作为稳泡剂？亲水基聚氧乙烯醴在水中呈曲折行结构不能形成紧密排列的吸附膜，并且水化能力差，不能形成双电层，因此不能形成稳定的泡沫。19 .消泡剂的消泡机理？A.降低泡沫膜

18、局部表面张力B.破坏膜的弹性C.降低液膜的粘度D.疏水固体颗粒的消泡作用20 .污垢的类型？污垢的黏附机理及去除机理。污垢的类型：按形态分液体污垢固体污垢混合污垢按使用环境及情况分：纤维织物上住宅污垢餐具污垢其他范德华力污垢的粘附机理：机械力粘附 固体尘土的粘附分子间力粘附(包括氢键)静电力粘附化学结合力粘附化学吸附油性结合污垢的去除机理：L液体污垢的去除(1)卷缩机理(2)乳化机理(3)增溶机理(4)液晶形成机理(5)结晶集合体破坏机理(6)化学反应去污机理2、固体污垢的去除固体污垢通常在一些点上与表面接触和黏附，翥附 作用主要来自范德华力，其它力(静电力)则次要 得多,踹静电引力可加速空气

19、中灰尘在固体表面的黏附，但 不增加踮的强度.口固体污垢与固体表面的套附强度受多种因素的影响胧随接触时间的延长和空气湿度的增大而增强：处于一 水中的被洗涤物，其表面与固体污垢的翥附力比在空气 中小得多.21 .表面活性剂的去污作用机理(1)表面(或界面)张力 /$。= Yow cos我液体油污的去除：乳化和分散，防止油污再沉积器固体油污的去除：洗涤剂的表面张力和织物与污垢之间的固-固界面张力(2)表面活性剂在界面上的吸附状态能没有吸附就没有洗涤剂的洗涤功能.(3)表面活性剂的结构C - V _ 7 _ 7SP 7 SF f SL / PL v22 .表面活性剂结构与去污力的关系 在溶解度允许的范

20、围内，表面活性剂的洗涤能力 随琉水链增长而提高；疏水链的碳原子数给定后，直链的表面活性剂比 支链的有更大的洗涤能力；亲水基团在送基上的表面活性剂较亲水基团在链 内的洗涤效果好彳对于非离子表面活性剂，当洗涤液的温度略低于 表面活性剂的浊点时可达到最佳洗涤效果;对于聚氧乙席型非离子表面活性剂，聚氧乙烯链= 长度增大，洗涤能力下降.第四章阴离子表面活性剂1 .阴离子表面活性剂的分类按照亲水基主要有四类：竣酸盐、磺酸盐、硫酸酯盐、磷酸酯盐2 .十二烷基苯磺酸盐的制备、反应条件及影响因素烷基苯磺酸盐的生产过程包括烷基化、磺化和中和等过程。催化H2C=CH .一CH 3. CioH2iCH=CH 2四聚4

21、、反应条件及影响因素 原材料配比aici 3 n （苯）：n （烯/）=1：1（2）反应温度aici 3 n （苯）：n （氯代烧）=（510） : 1催化剂用量HF n （苯）：n （烯烧）=10:1（4） 反应压力HF 30 C40 C AlCl3 （氯代尤）65 C 75 Cn （AlCl3 ） : n （烯烧）0 0.11n （AICI3 ） : n （氯代烧）=（0.050.1 ） : 1HF大大过量AlCl3 微压 HF 0.50.7MPa3 .烷基磺酸盐氧磺化和氯磺化的方程式UV氧磺化 ：RCH2CH3 + 2SO2+O2+H2O - RCH2CH2SO3H+H2SO4 RCH2

22、CH2SO3H + NaOH-RCH2CH2SO3Na+ H2O氯磺化（Reed反应）：RH + SO2+Cl2 - RS6Cl + HCl TRSO2cl + 2NaOH-RSO3Na+ H2O+NaCl4 .渗透剂T的合成催化剂第一步酉旨化反应：C4H2O3+ 2c8H170H - H17C800cH=CHCOOC8H17+ H2O催化剂第二步磺化 反应：H17C800cH=CHCOOC8H17 + NaHS03.H 17C8OOCCH2(NaSQ)CHCOOC8H175 .皂化反应RCOOCH2H0CH2IIRCOOCH2 + 3NaOH3RCOONa+ HOCH2IIRCOOCH2HO

23、CH26 .洗净剂209的合成 (N-酰基-N-甲基牛磺酸钠)CH2-CH2+ NaHS03-HOCH2CH2SO3Na第一步HOCH2CH2SO3Na+CH3NH2-CH3NHCH 2 sO 3。 第二步3Ci7H33coOH+PC1 3- 3 cl7H33coe 1 第三步C H 3I3 Ci7H3 3coe 1 + CHsNHCH 2sCnNa-C 17H 3 3 CONCH 2 CH 2SO3Na第四步7 .十二烷基硫酸钠K12的合成Cl7H33coe 1+H 2s04 - Cl2H250so 3H + H2O8 .ABS、LAS、AOS代表的表面活性剂ABS:烷基苯磺酸盐LAS:直链

24、烷基苯磺酸钠AOS: a 烯烧磺酸盐第五章阳离子表面活性剂1、阳离子表面活性剂的概念及主要用途？阳离子表面活性剂，是其分子溶于水发生电离后，与亲油基相连的亲水基是带阳 电荷的面活性剂。主要用途：杀菌剂、纤维柔软剂、抗静电剂。其他用途：肥料的抗结块剂、农作物的除莠剂、沥青和石子表面的粘结促进剂、均染剂、乳化剂、头发调理剂、金属缓蚀剂、絮凝剂和浮选剂。2、阳离子表面活性剂主要有哪些类型 ？（俊盐型、季俊盐型、杂环型、金翁盐型)3、季镂盐的合成过程？常用的烷基化试剂有：氯代烷、氯化甲及硫酸二甲酯(1)烷基季俊盐的合成(N-烷基化反应即季钱化反应)A、高级卤代烷和低级叔胺的反应影响因素：卤代烷中卤离子

25、的影响：RI>RB>RCl,常采用的时氯代烷卤代烷中烷基的影响：烷基链越长，卤代烷的活性越弱叔胺的碱性和空间效应：碱性越强反应活性越大，大的空间位阻对反应不利 B、高级烷基胺与低级卤代烷的反应乳胶防粘剂DT的合成浮选剂和杀菌剂CHa+ 2CH3cl + 2 NaOHCijHjj X， + 2 NaCI +2 H；O(2)含杂原子季钱盐的合成含氧原子冬含酰胺基章含酷技基的叔联季铳化反应H脂昉酸和 假豉直接进行N-酷化反应合含醛基-中含烷基氯甲基醛和低级叔胺的季线化反应含氮原子含硫原子含酰胺基的季铁盐O方法一.先制备含有酰技基的叔胺，再季歧化即得*3C.H我CQOH + PC) 

26、9;一口三.+ H3PO4C2H3csCrH33COCl + HiNCH上CH-N， - C17H33CONHCH;CH2CjH;5应GHrrF*一C-HJJCONHCHJ,CH- N ( CHjCSD, 8fc CL -Hs jCCNHCWCHL N CHj, - CHjSOr“/L鼠_方法二.脂昉酸和伯胺直接进行N-酰化反应匚 14'0170=C $ 2CnH35COOH + H2NCH2CH2NHCH2CH2NH2 -二：.二' 2 J£tO ch CH did C L7H3 sCONHCHCHNHCH- CH -NHC OC1*-'"&quo

27、t;""' "110-120 =c-Ci-H35CONHCH2CH2NHCH2CH2NHCOC17H35 . Q-CH2HCPH2 -柔软剂E5的季铁盐 C13H37OH - HCHO+ HC1 -1 0，C1SH37OCH2C1C1gH37cleH£1 + N(CH3)3 A C13H37OCH5N(CH3)3 .C1 -含氮原子的季镂盐ch3产CHjCH2Br - NCH%与三* 口拜会35二CH二一火出知田 手3h(3)含苯环季俊盐的合成(吉尔灭、NTN、Zephriol M、Hyamine 1622)4、1231或1631阳离子表面活性剂的合成(1)十二烷基三甲基溟化铁 1231阳离子表面活性剂杀菌剂、抗静电剂，汨之毋+ (CHj)jN 斗 ©出乃一NCCHjJj »Br -(2)十六烷基三甲基漠化鞍 1631阳惠于表面活性剂杀葡剂.家物柔收剂Cialy汨r 十(CHiN 舄r a匚1声33N(CHg)i. Br -三甲胺过量5、Sapamine MS 的合成。Sapamine 系歹。纤维柔软剂和直接染料固色剂C17H33CONH CH 2 CH2N( C2H 5)2 - hx Sapamine A HX=CH3COOH Sap