表面活性剂及其应用

1、表面活性剂（表面活性剂（Surfactant）及其应用及其应用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类物质是指能显著降低水的表面张力的一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，即同时具有亲，即同时具有亲水的极性基团和憎水的非极性基团。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：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

2、：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表面活性剂分类表面活性剂分类表面活性剂通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

3、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。常用表面活性剂常用表面活性剂1.1.阴离子表面活性剂阴离子表面活性剂 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)(ABS)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 22.2.阳离子表面活性剂阳离子表面活性剂 具有易吸附于一般固体表面及杀菌性两个特

4、点具有易吸附于一般固体表面及杀菌性两个特点伯胺盐伯胺盐 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) )+ + 常用表面活性剂常用表面活性剂季胺盐水溶液具有强杀菌性，常用作消毒、杀菌剂常用表面活性剂常用表面活性剂3.3.两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 氨基酸型氨基酸型 R-NH2

5、CH2-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4.4.非离子表面活性剂非离子表面活性剂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

6、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剂相容性好，可混合使用OOHOHOOHCORSpanOOO(C2H4O)yHOO(C2H4O)zHCORH(OC2H4)xTweenGemini 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

7、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。常用表面活性剂性能参数常用表面活性剂性能参数C20 ：降低溶液

8、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，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/m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

9、 Micelle Concentration) ) 表面活性剂溶液中开始形成胶束的最低浓度称为表面活性剂溶液中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。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，其非极性部分会互相吸引，从而使

10、得分子自发形成有序的聚集体，使会互相吸引，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。多种形状。 球形胶束球形胶束棒状胶束棒状胶束层状胶束层状胶束脂质双层与细胞膜脂质双层与细胞膜临界胶束浓度临界胶束浓度(critical micelle concentration) 临界胶束浓度简

11、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常用表面活性剂性能参数亲水亲油常用表面活性剂性能参数亲水亲油平衡值平衡值(hydrophile-lipophile balance)GriffinGriffin提出了

12、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= =亲水基质量亲水基质量亲水基质量亲水基质量+ +憎水基质量憎水基质量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HLB值值 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