表面和聚合物

1、第二章第二章 表面活性剂和聚合物表面活性剂和聚合物基本性质基本性质（5学时）学时）第一节第一节 表面活性剂基本知识表面活性剂基本知识第二节 表面活性剂溶液的性质第三节 表面活性剂结构与性质的关系第四节 高分子化合物基本知识第五节 高分子化合物性能第六节 凝胶 配价键配价键：指由一个原子供给共有电子对而形成的键：指由一个原子供给共有电子对而形成的键 。 氢键氢键：化合物分子中，凡是和电负性较大的原子：化合物分子中，凡是和电负性较大的原子(F(F、O O、N N等）相连的氢原子，等）相连的氢原子，都可能再和同一分子或另一分子内的另一电负性较大的原子相连，这样形成的键都可能再和同一分子或另一分子内的

2、另一电负性较大的原子相连，这样形成的键叫氢键。叫氢键。 分子的极性分子的极性：即分子的带电性，它的大小以偶极矩衡量所谓偶极矩是指分：即分子的带电性，它的大小以偶极矩衡量所谓偶极矩是指分子中的正电中心与负电中心间的距离与电量的乘积偶极矩越大，分子的极性越子中的正电中心与负电中心间的距离与电量的乘积偶极矩越大，分子的极性越大。大。 极性分子与非极性分子极性分子与非极性分子：偶极矩大于零的分子叫极性分子；偶极矩等于零的：偶极矩大于零的分子叫极性分子；偶极矩等于零的分子叫非极性分子。分子叫非极性分子。 极性相近规则极性相近规则（相似相溶原理）：经验规则，即极性相近的物质（或部分）（相似相溶原理）：经验

3、规则，即极性相近的物质（或部分）能很好结合（如溶解、吸附等）。如水（极性物质）能溶于乙醇（极性物质）而能很好结合（如溶解、吸附等）。如水（极性物质）能溶于乙醇（极性物质）而不溶于石蜡油（非极性物质）。而石蜡油能溶于苯（非极性物质）而不溶于水。不溶于石蜡油（非极性物质）。而石蜡油能溶于苯（非极性物质）而不溶于水。 第二章第二章 表面活性剂和聚合物表面活性剂和聚合物基本性质基本性质预备知识预备知识概念概念 分子间力分子间力：即分子间作用力。：即分子间作用力。氢键氢键是一种分子间力此外，还有是一种分子间力此外，还有定定向力向力（由极性分子定向产生）、（由极性分子定向产生）、诱导力诱导力（由极性分子诱

4、导另一个分子产（由极性分子诱导另一个分子产生）、生）、弥散力弥散力（由核外电子每一瞬间总偏于一边的不均匀性产生，它的（由核外电子每一瞬间总偏于一边的不均匀性产生，它的大小随分子量增加而增加）和原子核间、电子云间的排斥力。大小随分子量增加而增加）和原子核间、电子云间的排斥力。 表面张力表面张力：从力定义：表面张力是作用在单位长度表面上的表面收：从力定义：表面张力是作用在单位长度表面上的表面收缩力。从功定义：表面张力是增加单位表面所做的表面功。从能定义：缩力。从功定义：表面张力是增加单位表面所做的表面功。从能定义：表面张力是单位表面所具有的表面能。表面张力是单位表面所具有的表面能。 表面能趋于减少

5、规律：表面能趋于减少规律：由于净吸引力的作用，表面分子总倾向于到由于净吸引力的作用，表面分子总倾向于到相内部来，从而使表面总倾向于缩小，即表面能总倾向于减少。这一规相内部来，从而使表面总倾向于缩小，即表面能总倾向于减少。这一规律叫表面能趋于减少规律。律叫表面能趋于减少规律。 法扬斯法则法扬斯法则：当离子键固体从溶液中吸附离子时，若溶液中的离子：当离子键固体从溶液中吸附离子时，若溶液中的离子能与固体中的异号离子形成难溶物，则这种离子优先被吸附这条规律能与固体中的异号离子形成难溶物，则这种离子优先被吸附这条规律叫法扬斯法则。叫法扬斯法则。第二章第二章 表面活性剂和聚合物基本性质表面活性剂和聚合物基

6、本性质 悬浮体：悬浮体：溶解度极小但颗粒直径较大（大于溶解度极小但颗粒直径较大（大于1010-7-7m m）的固体分散在液）的固体分散在液体中所形成的粗分散体系。体中所形成的粗分散体系。 泡沫：泡沫：泡沫是气体以气泡的形式分散在液体中所形成的分散体系。是泡沫是气体以气泡的形式分散在液体中所形成的分散体系。是一种胶体。气泡直径大于一种胶体。气泡直径大于 1010-7-7m,m,属粗分散体系。属粗分散体系。 溶胶：溶胶：溶胶是溶解度极小的固体在液体中高度分散所形成的分散体系。溶胶是溶解度极小的固体在液体中高度分散所形成的分散体系。溶胶是一种胶体。固体颗粒直径在溶胶是一种胶体。固体颗粒直径在 101

7、0-7-71010-9-9m m范围，属细分散体系。范围，属细分散体系。 凝胶：凝胶：凝胶是由溶胶转变而来。当溶胶由于种种原因（如电解质加入凝胶是由溶胶转变而来。当溶胶由于种种原因（如电解质加入引起溶胶粒子部分失去稳定性而产生部分聚结）形成网络结构，将液体包引起溶胶粒子部分失去稳定性而产生部分聚结）形成网络结构，将液体包在其中，从而使整个体系失去流动性时就转变为凝胶。在其中，从而使整个体系失去流动性时就转变为凝胶。 冻胶：冻胶：冻胶是由高分子溶液转变而来。当高分子溶液由于种种原因冻胶是由高分子溶液转变而来。当高分子溶液由于种种原因（如加入交联剂使高分子分子间发生交联）形成网络结构，将液体包在其

8、（如加入交联剂使高分子分子间发生交联）形成网络结构，将液体包在其中，从而使整个体系失去流动性时就转变为冻胶。中，从而使整个体系失去流动性时就转变为冻胶。第二章第二章 表面活性剂和聚合物表面活性剂和聚合物基本性质基本性质第一节表面活性剂基本知识第一节表面活性剂基本知识1 1、表面活性剂概述、表面活性剂概述第二章第二章 表面活性剂和聚合物表面活性剂和聚合物基本性质基本性质1 1）表面活性剂的定义）表面活性剂的定义表面活性物质：表面活性物质：将能够降低表面张力的物质通称为表面活性物质。将能够降低表面张力的物质通称为表面活性物质。各种物质的水溶液（浓度不大时）的表面各种物质的水溶液（浓度不大时）的表面

9、张力和浓度之间的关系总结为图张力和浓度之间的关系总结为图2-12-1所示的所示的三种类型。第三种类型。第类（图类（图2-12-1中曲线中曲线）是表）是表面张力随浓度增加而稍有上升。第面张力随浓度增加而稍有上升。第类类（图（图2-12-1中曲线中曲线）是表面张力随浓度增加）是表面张力随浓度增加而缓慢下降。而缓慢下降。第第类（图类（图2-12-1中曲线中曲线）是）是表面张力在稀溶液范围内随浓度的增加而表面张力在稀溶液范围内随浓度的增加而急剧下降，表面张力降至一定程度后（此急剧下降，表面张力降至一定程度后（此时溶液浓度仍很低）便下降很慢，或基本时溶液浓度仍很低）便下降很慢，或基本不再下降。不再下降。

10、图图2-12-1表面张力等温线类型表面张力等温线类型第第类：醇、醛、酸、酰胺等低分子量极性有机物的水溶液类：醇、醛、酸、酰胺等低分子量极性有机物的水溶液第第类：有机磺酸盐、有机胺盐、苯磺酸盐、八碳以上的有机酸盐等水类：有机磺酸盐、有机胺盐、苯磺酸盐、八碳以上的有机酸盐等水溶液溶液第二章第二章 表面活性剂和聚合物基本性质表面活性剂和聚合物基本性质表面活性剂表面活性剂: :是一种在很低浓度就能大大降低溶剂是一种在很低浓度就能大大降低溶剂( (一般为水一般为水) )表面张表面张力（或液力（或液- -液界面张力），改变体系的表面状态从而产生润湿和反润湿、液界面张力），改变体系的表面状态从而产生润湿和反

11、润湿、乳化和破乳、分散和絮凝、起泡和消泡以及增溶等一系列化学作用的物乳化和破乳、分散和絮凝、起泡和消泡以及增溶等一系列化学作用的物质。质。简单地讲，简单地讲，指加量很小就能显著改变物质界面物理化学性质指加量很小就能显著改变物质界面物理化学性质( (如界面张如界面张力力) )的物质。的物质。 第第类：类：NaCl、KNO3、HCl、NaOH等无机盐和多羟基有机物的水溶液等无机盐和多羟基有机物的水溶液2 2）表面活性剂的分子结构特点）表面活性剂的分子结构特点一个分子中既有亲油基又有亲水基的结构，构成了表面活性剂的一个分子中既有亲油基又有亲水基的结构，构成了表面活性剂的“两亲两亲性性”。第二章第二章

12、 表面活性剂和聚合物表面活性剂和聚合物基本性质基本性质亲油基部分 亲水基部分图图2-2 2-2 表面活性剂的分子结构示意图表面活性剂的分子结构示意图表面活性剂分子由性质截然不同表面活性剂分子由性质截然不同的两部分组成的两部分组成( (图图2-22-2）。）。表面活性剂的这种结构特点使它表面活性剂的这种结构特点使它溶于水后，亲水基受到水分子的溶于水后，亲水基受到水分子的吸引，而亲油基受到水分子的排吸引，而亲油基受到水分子的排斥。为了克服这种不稳定状态，斥。为了克服这种不稳定状态，就只有占据到溶液的表面，将亲就只有占据到溶液的表面，将亲油基伸向气相，亲水基伸入水中。油基伸向气相，亲水基伸入水中。表

13、表2-1 2-1 表面活性剂主要亲油基和亲水基表面活性剂主要亲油基和亲水基第二章第二章 表面活性剂和聚合物基本性质表面活性剂和聚合物基本性质第二章第二章 表面活性剂和聚合物基本性质表面活性剂和聚合物基本性质3 3）表面活性剂的溶解性）表面活性剂的溶解性虽然表面活性剂的分子具有虽然表面活性剂的分子具有“两亲性两亲性”，但其亲油性、亲水性随着表面，但其亲油性、亲水性随着表面活性剂分子组成和结构的不同而有差异。当活性剂分子组成和结构的不同而有差异。当表面活性剂的亲水性强于亲表面活性剂的亲水性强于亲油性时油性时，即亲水性占优势，则，即亲水性占优势，则为水溶性表面活性剂为水溶性表面活性剂；反之当；反之当

14、表面活性剂表面活性剂的亲油性占主导时，则为油溶性表面活性剂的亲油性占主导时，则为油溶性表面活性剂。注意：注意：表活剂具有表活剂具有“两亲性两亲性”，但并不是所有两亲性分子都是表活剂，但并不是所有两亲性分子都是表活剂，只有只有亲油基足够长的两亲物质才是表活剂亲油基足够长的两亲物质才是表活剂。通常以。通常以C C1010C C1818作为亲油基。作为亲油基。一般一般C C数越多，洗涤作用越强，而起泡性却以数越多，洗涤作用越强，而起泡性却以C C1212C C1414最佳，如果最佳，如果C C数过数过多，将成为不溶于水的物质，也就无表面活性了。多，将成为不溶于水的物质，也就无表面活性了。第二章第二章

15、 表面活性剂和聚合物表面活性剂和聚合物基本性质基本性质2 2、表面活性剂的分类、表面活性剂的分类1 1）表面活性剂的分类方法）表面活性剂的分类方法表面活性剂由于其亲油基、亲水基结构、种类不同，连接方式的多种多样，使其表面活性剂由于其亲油基、亲水基结构、种类不同，连接方式的多种多样，使其品种繁多达数千种。具体分类有：品种繁多达数千种。具体分类有： 按溶解性分类按溶解性分类按分子量分类按分子量分类 按用途分类按用途分类按离子类型分类按离子类型分类 第四种是最常用的分类法，第四种是最常用的分类法，是是以表面活性剂在水溶液中离解以表面活性剂在水溶液中离解出的表面活性离子进行分类，出的表面活性离子进行分

16、类，称称ISOISO分类法。它实际上是化分类法。它实际上是化学结构分类法。学结构分类法。表面活性剂离子型表面活性剂非离子型表面活性剂阴离子表面活性剂阳离子表面活性剂两性表面活性剂第二章第二章 表面活性剂和聚合物表面活性剂和聚合物基本性质基本性质2 2）各类表面活性剂）各类表面活性剂阴离子表面活性剂用量大，用途广阴离子表面活性剂用量大，用途广，在油田应用中可用于钻井、修井、，在油田应用中可用于钻井、修井、完井、试油、及提高采收率等多方面。完井、试油、及提高采收率等多方面。（1 1）阴离子性表面活性剂）阴离子性表面活性剂 第二章第二章 表面活性剂和聚合物表面活性剂和聚合物基本性质基本性质（2 2）

17、阳离子性表面活性剂）阳离子性表面活性剂 通常是含氮化合物，即通常是含氮化合物，即有机胺衍生物的盐类有机胺衍生物的盐类 因与肥皂中的表面活性剂阴离子相反，俗称因与肥皂中的表面活性剂阴离子相反，俗称“逆性皂逆性皂”，其通常情况，其通常情况下不适合做洗涤剂，但下不适合做洗涤剂，但广泛由于杀菌、消毒、防止粘土膨胀、破乳、广泛由于杀菌、消毒、防止粘土膨胀、破乳、缓蚀等方面缓蚀等方面 。第二章第二章 表面活性剂和聚合物表面活性剂和聚合物基本性质基本性质（3 3）两性离子表面活性剂）两性离子表面活性剂 此类表面活性剂毒性此类表面活性剂毒性低，生物降解性能好，低，生物降解性能好，而且而且具有优良的洗涤、具有优

18、良的洗涤、乳化、缓蚀、杀菌及乳化、缓蚀、杀菌及抗静电作用，但成本抗静电作用，但成本较高。较高。未来是十分有未来是十分有发展前途的产品。发展前途的产品。 第二章第二章 表面活性剂和聚合物基本性质表面活性剂和聚合物基本性质（4 4）非离子表面活性剂）非离子表面活性剂 这类表面活性剂亲油基一般为烃链或聚氧丙烯链，亲水基大部分为聚氧乙这类表面活性剂亲油基一般为烃链或聚氧丙烯链，亲水基大部分为聚氧乙烯链、羟基、醚键等。烯链、羟基、醚键等。非离子表面活性剂非离子表面活性剂在中性、酸性、弱碱性以及硬水中都较稳定在中性、酸性、弱碱性以及硬水中都较稳定，在石油工业，在石油工业中做钻井液处理剂，中做钻井液处理剂，

19、原油破乳剂原油破乳剂及提高采收率等方面及提高采收率等方面 。第二章第二章 表面活性剂和聚合物基本性质表面活性剂和聚合物基本性质第二章第二章 表面活性剂和聚合物表面活性剂和聚合物基本性质基本性质（5 5）其它类型表面活性剂）其它类型表面活性剂 含氟表面活性剂含氟表面活性剂亲油基为碳氟链而非碳氢链。亲油基为碳氟链而非碳氢链。含氟表面活性剂性能独特，含氟表面活性剂性能独特，具有具有“三高三高” ” “两憎两憎”的特点的特点，高表面活性，高耐热稳定性，高化学稳定性；含氟烃基，高表面活性，高耐热稳定性，高化学稳定性；含氟烃基既憎水又憎油。含氟表面活性剂性能优异但价格昂贵，在酸化、压裂方面既憎水又憎油。含

20、氟表面活性剂性能优异但价格昂贵，在酸化、压裂方面有用有用 。 含硅表面活性剂含硅表面活性剂 指亲油链中含有硅氧烷基（指亲油链中含有硅氧烷基（-Si-O-Si-Si-O-Si-）或硅烷基（）或硅烷基（-Si-C-Si-Si-C-Si-）的一类特）的一类特种表活剂，其中种表活剂，其中以硅氧烷基（以硅氧烷基（-Si-O-Si-Si-O-Si-）为主干的硅氧烷表活剂原料易）为主干的硅氧烷表活剂原料易得，应用较广得，应用较广，具有优良的乳化、分散、润湿、破乳、稳定泡沫以及消泡，具有优良的乳化、分散、润湿、破乳、稳定泡沫以及消泡等作用等作用 。第二章第二章 表面活性剂和聚合物基本性质表面活性剂和聚合物基本

21、性质高分子表面活性剂高分子表面活性剂 相对分子量达到某种程度以上相对分子量达到某种程度以上( (一般为一般为10103 310106 6),),又有一定表面活性的物质。又有一定表面活性的物质。高分子表活剂一般降低表面高分子表活剂一般降低表面张力的幅度都不大张力的幅度都不大，但多数，但多数有极强的界面活性有极强的界面活性，可通过，可通过界面吸附而产生各种作用，界面吸附而产生各种作用，如分散、凝聚、乳化、稳定如分散、凝聚、乳化、稳定泡沫、保护胶体、增溶等作泡沫、保护胶体、增溶等作用，用，与水溶性高分子化合物与水溶性高分子化合物几乎无法区别几乎无法区别。第二章第二章 表面活性剂和聚合物表面活性剂和聚

22、合物基本性质基本性质高分子型与普通型的区别高分子型与普通型的区别体现在以下方面：体现在以下方面：在化学结构上，普通表面活性剂亲水基和亲油基各在分子的一端，而在化学结构上，普通表面活性剂亲水基和亲油基各在分子的一端，而高分子的亲水基和疏水基是以嵌段或接枝的形式高分子的亲水基和疏水基是以嵌段或接枝的形式结合成两亲聚合物的。结合成两亲聚合物的。在作用特点和应用上，高分子表面活性剂在作用特点和应用上，高分子表面活性剂降低表（界）面张力的能力降低表（界）面张力的能力小，多数不能形成胶束；小，多数不能形成胶束；高分子表面活性剂起泡能力低，但稳定泡沫高分子表面活性剂起泡能力低，但稳定泡沫的作用好；高分子表面

23、活性剂具有一定的乳化能力，多数能形成稳定的作用好；高分子表面活性剂具有一定的乳化能力，多数能形成稳定的乳液；高分子表面活性剂对悬浮粒子有凝聚或分散作用。的乳液；高分子表面活性剂对悬浮粒子有凝聚或分散作用。 第二章第二章 表面活性剂和聚合物基本性质表面活性剂和聚合物基本性质3 3、表（界）面现象、表（界）面现象界面：界面：密切接触的两相之间的密切接触的两相之间的过渡区过渡区( (约几个分子的厚度约几个分子的厚度) )称为界面，如果称为界面，如果其中一相为气体，这种界面通常称为其中一相为气体，这种界面通常称为表面。表面。在两相界面可发生许多现象，如在两相界面可发生许多现象，如毛毛细现象、润湿作用、

24、吸附作用细现象、润湿作用、吸附作用、液、液体过热、蒸气过饱和等等。体过热、蒸气过饱和等等。1 1）表（界）面张力和表界面自由能）表（界）面张力和表界面自由能 一个玻璃杯灌满水后，将滚珠顺着一个玻璃杯灌满水后，将滚珠顺着杯子的边缘放入杯中，会发生如图杯子的边缘放入杯中，会发生如图所示的现象。所示的现象。第二章第二章 表面活性剂和聚合物表面活性剂和聚合物基本性质基本性质表面张力的产生，从简单分子引表面张力的产生，从简单分子引力观点来看，是由于液体内部分力观点来看，是由于液体内部分子与液体表面层分子子与液体表面层分子( (厚度约厚度约10107 7cm)cm)的处境不同。液体内部分子的处境不同。液体

25、内部分子所受到的周围相邻分子的作用力所受到的周围相邻分子的作用力是对称的，互相抵消，是对称的，互相抵消，而液体表而液体表面层分子所受到的周围相邻分子面层分子所受到的周围相邻分子的作用力是不对称的的作用力是不对称的，表面层分，表面层分子所受到的子所受到的气体分子气体分子（一般为空（一般为空气）气）对它的引力小对它的引力小，其受到的，其受到的垂垂直于表面向着液体内部的吸引大直于表面向着液体内部的吸引大，这个力即为这个力即为表面张力表面张力。所以液体。所以液体表面有自动缩小的趋势。表面有自动缩小的趋势。第二章第二章 表面活性剂和聚合物基本性质表面活性剂和聚合物基本性质如果要使表面增加，相当于将液体内

26、部更多的分子迁移至表面层，就需如果要使表面增加，相当于将液体内部更多的分子迁移至表面层，就需要反抗内部分子的引力，即需要外界对表面作功，这种因要反抗内部分子的引力，即需要外界对表面作功，这种因增加表面所消增加表面所消耗的功称为表面功耗的功称为表面功，表面功变成了表面层分子的位能，也称表面能，表面功变成了表面层分子的位能，也称表面能，若若在恒温恒压条件下称为表面自由能。在恒温恒压条件下称为表面自由能。=（dG/dA）T.P 式中：式中： 比表面自由能（或表面张力）比表面自由能（或表面张力） ，牛顿，牛顿/ /米；米； G G表面自由能，焦耳；表面自由能，焦耳； A A增加的表面积，米增加的表面积

27、，米-2-2。 表面张力表面张力：表面层分子作用于表：表面层分子作用于表(界界)面单位长度上使表（界）面收缩的力。面单位长度上使表（界）面收缩的力。第二章第二章 表面活性剂和聚合表面活性剂和聚合物基本性质物基本性质2 2）表（界）面的吸附）表（界）面的吸附任何两相界面均存在着界面过剩自由能，这种过剩的能量总是要从高任何两相界面均存在着界面过剩自由能，这种过剩的能量总是要从高能态（不稳定状态）向着低能态（稳定态）转化，因此常伴随着表面能态（不稳定状态）向着低能态（稳定态）转化，因此常伴随着表面对某些物质的吸附，以达到降低表面过剩自由能（表面张力）的目对某些物质的吸附，以达到降低表面过剩自由能（表

28、面张力）的目的的 。正吸附：正吸附：吸附于相界面的物质浓度增大的过程称为正吸附；吸附于相界面的物质浓度增大的过程称为正吸附；反之如无机酸、碱、盐的水溶液往往是气反之如无机酸、碱、盐的水溶液往往是气- -液表面层的浓度低于溶液中液表面层的浓度低于溶液中的浓度，这种吸附称为负吸附。的浓度，这种吸附称为负吸附。 第二章第二章 表面活性剂和聚合物表面活性剂和聚合物基本性质基本性质第二节第二节 表面活性剂溶液的性质表面活性剂溶液的性质1 1、表（界）面定向吸附、表（界）面定向吸附表面活性剂具有表面活性剂具有“两亲性两亲性”，它溶，它溶于水后，于水后，亲油链有亲油链有“逃逸逃逸”水的倾水的倾向，则把表面活

29、性剂分子拉向溶液向，则把表面活性剂分子拉向溶液的表面，产生定向吸附，的表面，产生定向吸附，亲油链朝亲油链朝向气相，亲水头浸没于水中。向气相，亲水头浸没于水中。表面活性剂分子这种向表面表面活性剂分子这种向表面“富集富集”（吸附）的结果，改变了表面性质，（吸附）的结果，改变了表面性质，导致了气导致了气- -液表面张力下降液表面张力下降以及易于以及易于发泡和消泡发泡和消泡；如果吸附发生在液；如果吸附发生在液- -液界液界面上，则使液面上，则使液- -液界面张力下降以及易于发生液界面张力下降以及易于发生乳化与破乳乳化与破乳；如果吸附发生在；如果吸附发生在液液- -固界面上，则易发生固界面上，则易发生润

30、湿和反润湿润湿和反润湿，分散与絮凝分散与絮凝等。这些作用都是表面等。这些作用都是表面活性剂分子在表（界）面上吸附的结果。活性剂分子在表（界）面上吸附的结果。第二章第二章 表面活性剂和聚合物表面活性剂和聚合物基本性质基本性质Gibbs吸附公式吸附公式 =RT1ddlnaT_ 对于表面活性剂水溶液对于表面活性剂水溶液 ：式中：式中：表面活性剂吸附量表面活性剂吸附量a为溶液中表面活性剂的活度为溶液中表面活性剂的活度为溶液的表面张力为溶液的表面张力 R为通用气体常数为通用气体常数T为绝对温度为绝对温度表面活性剂为什么能降低表面活性剂为什么能降低表面张力？表面张力？ 影响降低表影响降低表( (界界) )

31、面张力的因素：面张力的因素：表活剂的结构和浓度；助表活剂的结构表活剂的结构和浓度；助表活剂的结构和浓度（协同效应）；油相的结构和类型；体系的矿化度、盐的价数与和浓度（协同效应）；油相的结构和类型；体系的矿化度、盐的价数与其浓度；溶液的其浓度；溶液的PHPH值；体系温度压力条件等。值；体系温度压力条件等。表面活性剂分子在水溶液表表面活性剂分子在水溶液表面层上的面层上的吸附量吸附量，决定表面决定表面活性剂降低表面张力的程度活性剂降低表面张力的程度第二章第二章 表面活性剂和聚合物表面活性剂和聚合物基本性质基本性质2 2、胶束的形成、胶束的形成当表活剂分子在液面层上吸附达到饱和后，新增加的表活剂分子只

32、能留在当表活剂分子在液面层上吸附达到饱和后，新增加的表活剂分子只能留在溶液中。非极性基（亲油基）为了减少与水的接触，采取相互靠拢，缔合溶液中。非极性基（亲油基）为了减少与水的接触，采取相互靠拢，缔合形成一种将亲油基链形成一种将亲油基链“包藏包藏”于里，亲水基包在其外的球形聚集体，最后于里，亲水基包在其外的球形聚集体，最后溶液中、聚集体内以及吸附层上的表活剂分子达到一个动态平衡。溶液中、聚集体内以及吸附层上的表活剂分子达到一个动态平衡。第二章第二章 表面活性剂和聚合物基本性质表面活性剂和聚合物基本性质聚集体聚集体很小，很小，直径约在直径约在1nm1nm10nm10nm之间之间，恰与溶胶粒径大小相

33、当，恰与溶胶粒径大小相当，称之为称之为“胶束胶束”，油中形成的胶束称为油中形成的胶束称为“反胶束反胶束” ” 。临界胶束浓度临界胶束浓度( (Critical micell concentration, CMC) )：表面活性剂分子缔：表面活性剂分子缔合形成胶束的最低浓度。合形成胶束的最低浓度。即表面活性剂溶液浓度达到刚刚开始有明显胶束形即表面活性剂溶液浓度达到刚刚开始有明显胶束形成的最低浓度。成的最低浓度。临界浓度通常在临界浓度通常在0.02%0.02%0.5%0.5%左右左右 。在在CMCCMC时，时， 达最低值达最低值，同时溶液的，同时溶液的多多种物理性质种物理性质如电导、粘度、渗透压、

34、密如电导、粘度、渗透压、密度、光散射等都会度、光散射等都会发生突变。发生突变。利用这些利用这些性质与表活剂浓度之间的关系，可推测性质与表活剂浓度之间的关系，可推测出出CMC CMC 。温度、浓度、电解质、。温度、浓度、电解质、pHpH值等值等因素对测定结果也会产生影响因素对测定结果也会产生影响 。图图2-3第二章第二章 表面活性剂和聚合物基本性质表面活性剂和聚合物基本性质在在CMCCMC的基础上，再增加表面活性剂的浓度，形成胶束溶液的基础上，再增加表面活性剂的浓度，形成胶束溶液 微观研究认为，随着表活剂浓度增加，胶束的结构将发生转化，如下图所示微观研究认为，随着表活剂浓度增加，胶束的结构将发生

35、转化，如下图所示 图图2-4第二章第二章 表面活性剂和聚合物基本性质表面活性剂和聚合物基本性质表活剂最基本的特性就是能在表活剂最基本的特性就是能在界面上定向吸附界面上定向吸附及一定浓度以上及一定浓度以上形成胶束。形成胶束。其他性质都是由此派生出来的。其他性质都是由此派生出来的。3 3、表面活性剂的作用、表面活性剂的作用 1 1）起泡和消泡作用）起泡和消泡作用（1）起泡作用）起泡作用起泡是一个非自发的过程起泡是一个非自发的过程，是热力学不稳定体系，是热力学不稳定体系 借助于表面活性剂借助于表面活性剂(起泡剂起泡剂)使之形成较稳定的泡沫，这种作用称为起泡。使之形成较稳定的泡沫，这种作用称为起泡。表

36、面活性剂的存在易形成较稳定的泡沫，大致表面活性剂的存在易形成较稳定的泡沫，大致机理如下：机理如下：降低表面张力，降低表面张力，有利于泡沫的形成与稳定；增加气泡液膜的弹性，表面活性剂在气泡液有利于泡沫的形成与稳定；增加气泡液膜的弹性，表面活性剂在气泡液膜上的吸附赋予了液膜抗外力冲击的弹性；提高表面粘度，表面活性剂膜上的吸附赋予了液膜抗外力冲击的弹性；提高表面粘度，表面活性剂在泡膜上的吸附可以提高表面粘度，导致排液速度减小，即液膜变薄的在泡膜上的吸附可以提高表面粘度，导致排液速度减小，即液膜变薄的速度降低，使泡沫稳定；表面电荷的影响，离子型的表活剂能使泡膜上速度降低，使泡沫稳定；表面电荷的影响，离

37、子型的表活剂能使泡膜上形成两层带相同电荷的双电层结构，有稳泡作用。形成两层带相同电荷的双电层结构，有稳泡作用。第二章第二章 表面活性剂和聚合物基本性质表面活性剂和聚合物基本性质（2）消泡作用）消泡作用消泡是起泡的相反过程。消泡是起泡的相反过程。机理：机理：消泡剂降低局部表面张力的能力大于起泡剂；消泡剂能破坏泡膜的消泡剂降低局部表面张力的能力大于起泡剂；消泡剂能破坏泡膜的弹性；消泡剂能通过增溶助泡剂或加电解质破坏双电层达到弹性；消泡剂能通过增溶助泡剂或加电解质破坏双电层达到“拆除拆除”泡膜泡膜的目的；消泡剂能促使液膜的排液速度加快，液膜迅速变薄而破坏。的目的；消泡剂能促使液膜的排液速度加快，液膜

38、迅速变薄而破坏。 2 2）乳化和破乳作用）乳化和破乳作用 乳状液：乳状液：乳状液是一种液体（如油）或多种液体以液珠的形式均匀地分散在乳状液是一种液体（如油）或多种液体以液珠的形式均匀地分散在另一种与它不相溶的液体（如水）中所形成的分散体系。乳状液是一种胶体，另一种与它不相溶的液体（如水）中所形成的分散体系。乳状液是一种胶体，液珠直径大于液珠直径大于1010-7-7m m，属粗分散体系。，属粗分散体系。 乳化是发生在两种互不相溶的液乳化是发生在两种互不相溶的液- -液之间的分散现象。液之间的分散现象。需通过强烈震荡或搅需通过强烈震荡或搅拌对体系做功，体系总能量增加，拌对体系做功，体系总能量增加，

39、乳状液是热力学不稳定体系。乳状液是热力学不稳定体系。 第二章第二章 表面活性剂和聚合物基本性质表面活性剂和聚合物基本性质加入加入表面活性剂稳定乳状液机理表面活性剂稳定乳状液机理：降低油：降低油- -水界面张力，有利于乳化及乳状液水界面张力，有利于乳化及乳状液稳定；形成油稳定；形成油- -水界面膜，表活剂在界面膜上定向吸附，液滴抵抗冲击能力增水界面膜，表活剂在界面膜上定向吸附，液滴抵抗冲击能力增强，稳定乳状液；产生界面电荷，离子型剂由于电荷之间的静电斥力，使被强，稳定乳状液；产生界面电荷，离子型剂由于电荷之间的静电斥力，使被分散的小油滴不易接近，聚并；还有乳状液中分散相的溶剂化，分散介质的分散的

40、小油滴不易接近，聚并；还有乳状液中分散相的溶剂化，分散介质的粘度、分散相液滴的大小及分布等。粘度、分散相液滴的大小及分布等。 3 3）润湿与反润湿作用）润湿与反润湿作用 表面活性剂在固体表面的表面活性剂在固体表面的吸附吸附使固体基质的许多性质如使固体基质的许多性质如亲水性、亲油性、分亲水性、亲油性、分散性等散性等发生变化。发生变化。吸附机理吸附机理一般讲，表活剂在固体基质的一般讲，表活剂在固体基质的吸附呈单个离子，而不是束状吸附吸附呈单个离子，而不是束状吸附，具体有，具体有如下机理：如下机理：第二章第二章 表面活性剂和聚合物表面活性剂和聚合物基本性质基本性质离子交换离子交换离子成对离子成对氢键

41、键合氢键键合第二章第二章 表面活性剂和聚合物表面活性剂和聚合物基本性质基本性质电子极化吸附电子极化吸附吸附物含有负电子的芳香环，而固体基质有强的正电荷，吸附物含有负电子的芳香环，而固体基质有强的正电荷，负电子芳香环吸负电子芳香环吸附物与正电荷基质之间发生吸引，产生吸附。附物与正电荷基质之间发生吸引，产生吸附。色散力吸附色散力吸附固体基质与吸附物分子间固体基质与吸附物分子间范德华色散力作用产生吸附范德华色散力作用产生吸附。这种吸附一般随吸。这种吸附一般随吸附物分子量的增加而增加。附物分子量的增加而增加。憎水基相互吸引力憎水基相互吸引力表活剂分子憎水基间的相互吸引力以及它们从水相逸出的趋向都较大，

42、因表活剂分子憎水基间的相互吸引力以及它们从水相逸出的趋向都较大，因而表面活性剂分子间通过范氏力而吸附于固体吸附剂上。当表面活性剂分而表面活性剂分子间通过范氏力而吸附于固体吸附剂上。当表面活性剂分子从液相吸附到或靠近到固体吸附剂上已吸附的其他表面活性剂分子时，子从液相吸附到或靠近到固体吸附剂上已吸附的其他表面活性剂分子时，也会因这一机理产生吸附。也会因这一机理产生吸附。 第二章第二章 表面活性剂和聚合物基本性质表面活性剂和聚合物基本性质表面活性剂在润湿过程中起重要作用表面活性剂在润湿过程中起重要作用，它在固，它在固- -液界面的定向吸附，不但与液界面的定向吸附，不但与表面活性剂的分子结构，也与固

43、体的表面性质有关。表面活性剂的分子结构，也与固体的表面性质有关。主要影响因素主要影响因素: :固体结构基团的性质，高电荷表面或非极性表面、组成表面固体结构基团的性质，高电荷表面或非极性表面、组成表面基团的原子等；被吸附的表活剂的分子结构、离子型、憎水基的长短、支基团的原子等；被吸附的表活剂的分子结构、离子型、憎水基的长短、支链或直链、脂肪族或芳香族；水相状态，链或直链、脂肪族或芳香族；水相状态，PHPH值、电解质含量、有无短链极值、电解质含量、有无短链极性剂，温度等。性剂，温度等。 润湿（润湿（wettingwetting）：）：是指液体在固体表面是否容易铺开的性质。是指液体在固体表面是否容易

44、铺开的性质。即固体即固体表面或界面上一种流体（如水）取代另一种流体（如空气）的过程。表面或界面上一种流体（如水）取代另一种流体（如空气）的过程。 润湿剂：润湿剂：能增强水或水溶液取代固体表面另一种流体能力的物质。能增强水或水溶液取代固体表面另一种流体能力的物质。第二章第二章 表面活性剂和聚合物基本性质表面活性剂和聚合物基本性质图图2-5 2-5 润湿现象与接触角的关系润湿现象与接触角的关系 =180润湿角润湿角( (接触角接触角) )：以固以固- -液液- -气三相交点做气气三相交点做气- -液界面切线，此切线与固液界面切线，此切线与固- -液交界线之间的夹角，称润湿角。液交界线之间的夹角，称

45、润湿角。 第二章第二章 表面活性剂和聚合物基本性质表面活性剂和聚合物基本性质常用润湿角（接触角）来衡量液体在固体表面的润湿性。常用润湿角（接触角）来衡量液体在固体表面的润湿性。润湿角越小，则润湿角越小，则该液体对该固体表面润湿越好该液体对该固体表面润湿越好 。铺展：铺展：液体在一固体表面或另一种不互溶的液体表面上自动展开，形成一层液体在一固体表面或另一种不互溶的液体表面上自动展开，形成一层薄膜的过程。薄膜的过程。表面张力小的液体可以在表面张力大的液体表面上铺展，反之则不能铺展。表面张力小的液体可以在表面张力大的液体表面上铺展，反之则不能铺展。第二章第二章 表面活性剂和聚合物基本性质表面活性剂和

46、聚合物基本性质能使液体所润湿的固体称为亲液性固体能使液体所润湿的固体称为亲液性固体，反之，称为憎液固体；一般极性，反之，称为憎液固体；一般极性固体物质容易被有极性的液体所润湿（如水），所以固体物质容易被有极性的液体所润湿（如水），所以极性固体皆有亲水性，极性固体皆有亲水性，而非极性固体多为憎水性。而非极性固体多为憎水性。 当液滴大小稳定，力的作用达到平衡，平衡接触角与固当液滴大小稳定，力的作用达到平衡，平衡接触角与固- -气、固气、固- -液、液、液液- -气界面能之间有如下关系：气界面能之间有如下关系： s-gs-l = l-gCOS 此式最早是此式最早是T.YoungT.Young在在18

47、051805年提出的，称年提出的，称润湿方程润湿方程第二章第二章 表面活性剂和聚合物表面活性剂和聚合物基本性质基本性质（1 1）表活剂水溶液在疏水表面吸附产生润湿）表活剂水溶液在疏水表面吸附产生润湿 表活剂水溶液与疏水固体表面接触时，根据相似相亲原理，表活剂的亲油表活剂水溶液与疏水固体表面接触时，根据相似相亲原理，表活剂的亲油链必然朝着疏水固体表面排列吸附，而亲水头伸向水中，其结果降低了固链必然朝着疏水固体表面排列吸附，而亲水头伸向水中，其结果降低了固- -液界面张力，减小了接触角，使疏水表面变成了亲水表面，由不与水润湿液界面张力，减小了接触角，使疏水表面变成了亲水表面，由不与水润湿变为易于被

48、水润湿变为易于被水润湿 。表活剂在疏水表面润湿性能的好坏取决于能否在流动条件下有效地降低表活剂在疏水表面润湿性能的好坏取决于能否在流动条件下有效地降低表面张力，表面张力，当润湿液在物体上扩展时，表活剂分子必须迅速地扩散到液当润湿液在物体上扩展时，表活剂分子必须迅速地扩散到液- -固界面上，使界面张力快速降低，以达到迅速润湿的目的固界面上，使界面张力快速降低，以达到迅速润湿的目的 。能加速液体在固体表面上润湿的表活剂称能加速液体在固体表面上润湿的表活剂称为润湿剂。为润湿剂。良好的润湿剂具有侧链的分子良好的润湿剂具有侧链的分子结构，而且亲油基位于分子的中部，或者结构，而且亲油基位于分子的中部，或者

49、是亲油基比较短，亲水基在端基部位。是亲油基比较短，亲水基在端基部位。 第二章第二章 表面活性剂和聚合物表面活性剂和聚合物基本性质基本性质（2 2）表活剂水溶液在亲水表面吸附产生反润湿）表活剂水溶液在亲水表面吸附产生反润湿 表面的润湿反转表面的润湿反转亲水表面亲水表面亲油表面亲油表面加入活性剂加入活性剂除去活性剂除去活性剂水油水亲油表面亲油表面亲水表面加入活性剂加入活性剂除去活性剂除去活性剂油水油（a）（b）油油第二章第二章 表面活性剂和聚合物基本性质表面活性剂和聚合物基本性质4 4）分散与絮凝作用）分散与絮凝作用表面活性剂在疏水颗粒表面吸附产生分散表面活性剂在疏水颗粒表面吸附产生分散疏水固体颗

50、粒存在于水溶液中，疏水固体颗粒存在于水溶液中，当表活剂溶于水后当表活剂溶于水后，其亲油基朝着疏水颗粒表面，其亲油基朝着疏水颗粒表面吸附，亲水基伸向水中，吸附，亲水基伸向水中，颗粒周围就形成一层亲水性的吸附膜，大大降低了固颗粒周围就形成一层亲水性的吸附膜，大大降低了固- -液液降低界面张力；降低界面张力；尤其是表活剂分子可钻入颗粒的尤其是表活剂分子可钻入颗粒的缝隙中形成吸附缝隙中形成吸附，破坏了颗粒间，破坏了颗粒间的内聚力，的内聚力，提高分散程度提高分散程度；当；当离子型离子型表活剂定向吸附后，则产生颗粒带电现象，表活剂定向吸附后，则产生颗粒带电现象，电性斥力也防止分散粒子的聚集电性斥力也防止分

51、散粒子的聚集。良好的分散剂一般具有相当多的离子团，如果水介质中的颗粒是极性的，所用的良好的分散剂一般具有相当多的离子团，如果水介质中的颗粒是极性的，所用的分散剂的亲油基应当是极性的或弱极性的，用芳环或醚、芳醚比饱和烃适宜。分散剂的亲油基应当是极性的或弱极性的，用芳环或醚、芳醚比饱和烃适宜。 絮凝作用：絮凝作用：加入某种表活剂可使固体颗粒相互聚结而下沉的现象，称表活剂的絮加入某种表活剂可使固体颗粒相互聚结而下沉的现象，称表活剂的絮凝作用。絮凝是分散的逆过程凝作用。絮凝是分散的逆过程絮凝作用与絮凝剂的种类、分散颗粒的类型与表面性质、分散介质的条件（如絮凝作用与絮凝剂的种类、分散颗粒的类型与表面性质

52、、分散介质的条件（如pHpH值、温度等）有关，值、温度等）有关，分散颗粒的分散颗粒的电位的降低和高分子表活剂的交联吸附是影响电位的降低和高分子表活剂的交联吸附是影响絮凝的主要因素。絮凝的主要因素。第二章第二章 表面活性剂和聚合物表面活性剂和聚合物基本性质基本性质5 5）胶束的增溶作用）胶束的增溶作用 增溶作用：增溶作用：水溶液中表面活性剂的浓度达到水溶液中表面活性剂的浓度达到CMCCMC之后，在水中难溶或不溶的之后，在水中难溶或不溶的有机物（如油）其溶解度显著增大的现象，称为增溶。有机物（如油）其溶解度显著增大的现象，称为增溶。 增溶方式大致可归纳为：增溶方式大致可归纳为： 苯、甲苯苯、甲苯水

53、杨酸水杨酸 对羟基苯甲酸对羟基苯甲酸 a 胶束内核增溶 b 胶束栅栏增溶 c 胶束表面增溶 d 胶束外壳增溶第二章第二章 表面活性剂和聚合物基本性质表面活性剂和聚合物基本性质增溶作用的特点增溶作用的特点增溶作用在热力学上是稳定的增溶作用在热力学上是稳定的：仅仅是被增溶物在胶束中：仅仅是被增溶物在胶束中“溶解溶解”，不增加体系的界面能，是一个热力学稳定体系。不增加体系的界面能，是一个热力学稳定体系。 增溶作用与真的溶解不同：增溶作用与真的溶解不同：真正的真正的溶解过程溶解过程是溶质被拆散为分子或是溶质被拆散为分子或离子均匀地分散于溶液中，是一个离子均匀地分散于溶液中，是一个均相而又均匀的体系均相

54、而又均匀的体系，影响对溶，影响对溶剂的依数性，如冰点下降、沸点上升等；但剂的依数性，如冰点下降、沸点上升等；但增溶增溶是以是以“整团整团”的形的形式溶入胶束区域内，被增溶物并未被拆成分子或离子分散于溶剂中，式溶入胶束区域内，被增溶物并未被拆成分子或离子分散于溶剂中，对溶剂的依数性影响甚微，它也是一个对溶剂的依数性影响甚微，它也是一个均相均相体系，但体系，但却不是一个均却不是一个均匀体系。匀体系。增溶作用是一个可逆的平衡过程。增溶作用是一个可逆的平衡过程。第二章第二章 表面活性剂和聚合物基本性质表面活性剂和聚合物基本性质6 6）表面活性剂的其它作用）表面活性剂的其它作用 （1 1）净洗作用）净洗

55、作用净洗过程既包含润湿、分散、泡沫以及乳化作用，也包含增溶作用，是表净洗过程既包含润湿、分散、泡沫以及乳化作用，也包含增溶作用，是表活剂物理化学综合效应的结果。活剂物理化学综合效应的结果。 （2 2）协同作用）协同作用两种或两种以上的表活剂复配能起到增效、相互弥补各自性能上的缺陷，两种或两种以上的表活剂复配能起到增效、相互弥补各自性能上的缺陷，派生出新性能的作用，这就是表活剂的协同效应。派生出新性能的作用，这就是表活剂的协同效应。 应用时，应用时，表活剂表活剂往往通过往往通过复配获得协同效果复配获得协同效果，即可以，即可以同时发挥多种性能，同时发挥多种性能，提高和扩大性能范围。提高和扩大性能范

56、围。第二章第二章 表面活性剂和聚合物基本性质表面活性剂和聚合物基本性质非离子非离子- -离子型复配，离子型复配，两者更容易形成混合胶束，两者更容易形成混合胶束，CMCCMC介于两种表面活性剂介于两种表面活性剂CMCCMC之间或低于其中任一表面活性剂的之间或低于其中任一表面活性剂的CMCCMC，能显著降低水溶液的表面张力，能显著降低水溶液的表面张力，提高表面活性；提高表面活性；阴离子阴离子- -阳离子型复配，阳离子型复配，适当条件下，阴适当条件下，阴- -阳离子表面活性剂复配，不但不阳离子表面活性剂复配，不但不会失效，反而会产生比单一表面活性剂更高的表面活性，还能使会失效，反而会产生比单一表面活

57、性剂更高的表面活性，还能使CMCCMC大为降低，大为降低，如混合比例不当、混合方法不适，可能沉淀失效。如混合比例不当、混合方法不适，可能沉淀失效。醇类物质与表面活性剂复配醇类物质与表面活性剂复配，醇类与表面活性剂复配一般都有较好的协同，醇类与表面活性剂复配一般都有较好的协同效应，醇类的协同效应随其碳氢链的增长而增大，以效应，醇类的协同效应随其碳氢链的增长而增大，以C C1212以下为宜，以下为宜，C C4 4C C1010的的醇较好；醇较好；无机盐与表面活性剂复配无机盐与表面活性剂复配，二者复配能产生奇异的协同效应，引起表面张，二者复配能产生奇异的协同效应，引起表面张力和临界胶束浓度较大幅度下

58、降。反离子结合率和浓度越高，表面活性剂力和临界胶束浓度较大幅度下降。反离子结合率和浓度越高，表面活性剂CMC 就越低，从而增加胶束数量，增加增溶能力。就越低，从而增加胶束数量，增加增溶能力。另外，溶液中另外，溶液中水溶性高分子的存在水溶性高分子的存在可吸附表面活性剂，减少游离表活剂分子可吸附表面活性剂，减少游离表活剂分子数量，数量，引起临界胶束浓度升高，但一有胶束形成，其增溶效果将显著增加。引起临界胶束浓度升高，但一有胶束形成，其增溶效果将显著增加。常见的复配体系有：常见的复配体系有：第二章第二章 表面活性剂和聚合物表面活性剂和聚合物基本性质基本性质第三节第三节 表面活性剂结构与性质的关系表面

59、活性剂结构与性质的关系表活剂的亲水基、亲油基的组成和结构不同，导致其亲水、亲油性的不表活剂的亲水基、亲油基的组成和结构不同，导致其亲水、亲油性的不同，同，根据其亲水基和亲油基情况可以定性地判断其对性能的影响。根据其亲水基和亲油基情况可以定性地判断其对性能的影响。但如何定量的描述表面活性剂两亲性结构对性能的影响，对简化选择表但如何定量的描述表面活性剂两亲性结构对性能的影响，对简化选择表面活性剂的程序，迅速评估新型表面活性剂的性能及应用非常重要，面活性剂的程序，迅速评估新型表面活性剂的性能及应用非常重要，通通过研究提出了半经验的过研究提出了半经验的HLBHLB的概念，它从定量的角度描述了表面活性剂

60、的的概念，它从定量的角度描述了表面活性剂的作用规律。作用规律。 憎水基的憎水性亲水基的亲水性表面活性剂的亲水性)(HLB1 1、HLBHLB值的概念值的概念亲水亲油平衡值亲水亲油平衡值( (hydrophile-lipophile balance，HLB) )：指表面活性剂分：指表面活性剂分子中亲水和亲油基团对油或水的综合亲合力，是用来表示表面活性剂的亲子中亲水和亲油基团对油或水的综合亲合力，是用来表示表面活性剂的亲水亲油性强弱的数值。水亲油性强弱的数值。 第二章第二章 表面活性剂和聚合物基本性质表面活性剂和聚合物基本性质HLB值具有加和性，每种表活剂均对应一值具有加和性，每种表活剂均对应一H