利用表面活性剂在溶液中形成胶束的性质教学文案

模块(mókuài)一表面活性剂

第一页，共112页。第二页，共112页。第三页，共112页。第四页，共112页。第五页，共112页。第六页，共112页。第七页，共112页。眼影第八页，共112页。第九页，共112页。指甲油第十页，共112页。香水第十一页，共112页。表面张力(biǎomiànzhānglì)与表面活性当任意两相接触时,两相之间决非是一个没有厚度的纯几何面,而是一个具有相当厚度的过渡区,这一过渡区通常称之为界面。若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。但由于(yóuyú)历史的原因,这两个概念常常混用。常见(chánɡjiàn)的界面有：气-液界面，气-固界面，液-液界面，液-固界面，固-固界面。第十二页，共112页。气-液界面(jièmiàn)第十三页，共112页。气-固界面(jièmiàn)第十四页，共112页。液-液界面(jièmiàn)第十五页，共112页。液-固界面(jièmiàn)第十六页，共112页。固-固界面(jièmiàn)第十七页，共112页。第十八页，共112页。（a）（b）第十九页，共112页。表面(biǎomiàn)活性剂分子疏水基团(jītuán)亲水基团(jītuán)第二十页，共112页。第二十一页，共112页。石蜡分子上没有亲水基，因此石蜡的HLB=0；油酸分子上只有一种弱的亲水基—羧基，其HLB=1聚乙二醇分子上完全是亲水基，因此其HLB=20；所以对于非离子型表面(biǎomiàn)活性剂，其HLB=0～20；对于离子型表面(biǎomiàn)活性剂，规定油酸钠＝18，油酸钾＝20,十二烷基硫酸钠=40。所以对于阴、阳离子型表面(biǎomiàn)活性剂，其HLB=0～40；第二十二页，共112页。对于一些非离子型表面活性剂，Griffin给出了一些经验公式：对于多元醇脂肪酸酯，其公式为：式中：S—酯的皂化值；A—脂肪酸的酸值。对于聚氧乙烯非离子型表面活性剂，其公式为：式中：E—活性剂分子中氧化乙烯的质量百分数。这些计算都不准确(zhǔnquè)，现在用了一些试验的方法，如乳化法等。在表面活性剂有关书籍或手册中可以查到某活性剂的HLB。第二十三页，共112页。把表面活性剂的结构分解(fēnjiě)为一些基团，每个基团对HLB值均有各自的贡献，通过实验测得各基团对HLB值的贡献，称做“基团数”，其中亲水基的为正值，亲油基的为负值，然后，将各亲水、亲油基的HLB基团数代入下式中，即可计算出离子型表面活性剂的HLB值。第二十四页，共112页。混合表面活性剂的HLB值当多种表面活性剂混合时，其HLB值具有加合性，即有：式中，Wi、HLBi——分别(fēnbié)为混合表面活性剂中i组分的质量和百分比浓度。第二十五页，共112页。表面(biǎomiàn)活性剂的HLB与应用的对应关系表面(biǎomiàn)活性剂概述表面活性剂在水中的性质HLB用途不分散02W/O型乳化剂4分散不好6不稳定乳状分散体8润湿剂稳定乳状分散体10半透明至透明的分散体12洗涤剂O/W型乳化剂透明溶液1416增溶剂18第二十六页，共112页。第二十七页，共112页。甘油三酯的结构(jiégòu)示意图第二十八页，共112页。磷脂的内盐部分具有亲水性，脂肪酸长链烃基部分具有疏水性，因此磷脂是天然的表面活性剂，它在生物体内能(nèinénɡ)使油脂乳化，有助于油脂的运输、消化和吸收。第二十九页，共112页。表面活性剂一词来自英文Surfactant。它实际上是短语(duǎnyǔ)Surface（表面）Active（活性）Agent（添加剂）的缩合词。表面活性剂是这样一种物质，它活跃于表面和界面上，具有极高的降低表、界面张力的能力和效率。在一定浓度以上的溶液中形成分子有序组合体，从而(cóngér)具有一系列应用功能。第三十页，共112页。降低表面(biǎomiàn)张力为正吸附，溶质在溶液表面(biǎomiàn)的浓度大于其在溶液本体中的浓度此溶质为表面(biǎomiàn)活性物质增加表面(biǎomiàn)张力为负吸附，溶质在溶液表面(biǎomiàn)的浓度小于其在溶液本体中的浓度此溶质为表面(biǎomiàn)惰性物质溶入少量就能显著降低表面(biǎomiàn)张力的物质也称表面(biǎomiàn)活性物质或表面(biǎomiàn)活性剂。第三十一页，共112页。表面(biǎomiàn)活性剂分类表面(biǎomiàn)活性剂分子非极性烃链（疏水）极性基团(jītuán)（亲水）硬脂酸第三十二页，共112页。阴离子表面(biǎomiàn)活性剂RCOONa

羧酸盐R-OSO3Na 硫酸(liúsuān)酯盐R-SO3Na

磺酸盐R-OPO3Na2

磷酸酯盐1.离子型2.非离子型阳离子型阴离子型两性型表面(biǎomiàn)活性剂按离子类型第三十三页，共112页。阳离子表面(biǎomiàn)活性剂R-NH2·HCl

伯胺盐

CH3|R-N-HCl

仲胺盐|H

CH3|R-N-HCl

叔胺盐|

CH3

CH3|R-N+-CH3Cl-

季胺盐|CH3第三十四页，共112页。伯胺盐

R-NH3＋

季铵盐CH3|例如(lìrú)C16H33-N+-CH3Br－ |CH3十六烷基溴化铵(俗称1631)吡啶(bǐdìng)盐例如C12H25(NC5H5)+ 第三十五页，共112页。两性(liǎngxìng)表面活性剂R-N+HCH2-CH2COO-H氨基酸型

CH3|R-N+-CH2COO-H

甜菜碱型|CH3第三十六页，共112页。

氨基酸型R-NH2CH2-CH2COO－洗涤性能良好，常作为特殊洗涤剂(2)甜菜碱型

CH3

R-N+-CH2COO-

CH3

去污力强，对纤维有保护作用第三十七页，共112页。----由于其特殊结构，具有许多优异性能，如良好的去污、起泡和乳化性能，耐硬水性好，对酸碱和多种金属离子都比较稳定，具有抗静电、杀菌、防腐蚀等使用性能，特别是其极低毒性和无刺激性以及良好的生物降解性能，使其在日用化学品应用(yìngyòng)中前景广阔。同时在纺织、印染、化纤、除锈方面都有相当用途。第三十八页，共112页。R-(C6H4)-O(C2H4O)nH

烷基酚聚氧乙烯醚非离子(lízǐ)表面活性剂R2N-(C2H4O)nH 聚氧乙烯(yǐxī)烷基胺R-CONH(C2H4O)nH 聚氧乙烯(yǐxī)烷基酰胺R-COOCH2(CHOH)3H

多元醇型R-O-(CH2CH2O)nH

脂肪醇聚氧乙烯醚第三十九页，共112页。脂肪醇聚氧乙烯醚R-O-(CH2CH2O)nH 俗称平平加系列，具良好湿润(shīrùn)性能(2)烷基酚聚氧乙烯醚R-(C6H4)-O(C2H4O)nH 俗称(súchēnɡ)OP系列，化学性质稳定，抗氧化性能强(4)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(biǎomiàn)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(3)聚氧乙烯烷基酰胺

R-CONH(C2H4O)nH

常用作起泡剂、增粘剂第四十页，共112页。非离子型表面活性剂稳定性高，不易受强电解质无机盐类存在的影响，也不易受酸碱的影响；与其它类型表面活性剂的相容性好；在水及有机溶剂中皆有良好(liánghǎo)的溶解性能，具有良好(liánghǎo)的乳化、润湿、渗透性、以及起泡、洗涤、稳泡、抗静电等作用，且无毒；广泛用作纺织业、化妆品、食品、药物等的乳化剂、消泡剂、增稠剂，以及医疗方面(fāngmiàn)的杀菌剂以及洗涤、润湿剂等。第四十一页，共112页。表面活性的表征(biǎozhēnɡ)通常用加入表面活性剂后溶液表面张力的降低及其形成胶团的能力（胶团化能力）来表征。溶液表面张力降低包含：溶液表面张力降低的效率(xiàolǜ)和溶液表面张力降低的能力两方面；胶团化能力用临界胶束浓度表示。第四十二页，共112页。表面(biǎomiàn)活性剂的基本功能一、在表面（界面）吸附成膜（一般是单分子膜）；二、在溶液内部自聚，形成多种类型的分子有序组合体。从这两种基本功能出发，衍生出表面活性剂的其它(qítā)多种应用功能。第四十三页，共112页。胶束的形成(xíngchéng)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触，使体系(tǐxì)能量下降，这种多分子有序聚集体称为胶束。胶束第四十四页，共112页。临界(línjiè)胶束浓度CMCCriticalMicellConcentration表面活性剂在水中随着浓度增大，表面上聚集的活性剂分子形成定向排列的紧密单分子层，多余的分子在体相内部也三三两两的以憎水基互相靠拢，聚集在一起(yīqǐ)形成胶束，这开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度。第四十五页，共112页。（a）是极稀溶液，界面上没聚集很多的表面活性剂，空气和水直接接触，水的表面张力(biǎomiànzhānglì)下降不多，接近于纯水的状态。第四十六页，共112页。b）浓度相对升高，很快地聚集到水表面上，即表面吸附量大为增加、空气(kōngqì)和水的接触相对减少，水表面张力下降第四十七页，共112页。（c）表面(biǎomiàn)活性剂浓度逐渐升高，表面(biǎomiàn)活性剂毫无间隙地密集于液面上，形成了单分子吸附膜。空气与水处于完全隔离状态，表面(biǎomiàn)吸附达饱和。在溶液内部，增加表面(biǎomiàn)活性剂,先是三三两两以疏水基互相靠拢，形成球形胶束的最初形式。水表面(biǎomiàn)张力急剧下降。第四十八页，共112页。胶束结构示意图第四十九页，共112页。临界(línjiè)胶束浓度(criticalmicelleconcentration)临界胶束浓度(nóngdù)简称CMC表面活性剂在溶液中开始形成胶束的最低浓度称为(chēnɡwéi)临界胶束浓度。在CMC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.第五十页，共112页。可以利用测定表面张力，电导率等方法达到(dádào)测定临界胶束浓度目的;表面活性剂水溶液其浓度只有稍高于其CMC值时，才能(cáinéng)充分显示其作用。CMC第五十一页，共112页。球形胶束随着亲水基不同(bùtónɡ)和浓度不同(bùtónɡ)，形成的胶束可呈现棒状、层状或球状等多种形状。第五十二页，共112页。棒状胶束第五十三页，共112页。第五十四页，共112页。层状胶束第五十五页，共112页。第五十六页，共112页。胶束的作用(zuòyòng)乳化作用泡沫(pàomò)作用分散作用增溶作用催化作用第五十七页，共112页。1消毒杀菌(shājūn)2腈纶匀染剂3抗静电剂4矿物浮选剂5相转移催化剂织物柔软剂分散剂食品加工印染(yìnrǎn)金属加工电镀采矿采油第五十八页，共112页。润湿(rùnshī)作用乳化(rǔhuà)作用分散(fēnsàn)作用起泡与消泡增溶作用洗涤作用肥皂、洗涤剂化妆品食品加工纺织工业金属加工石油、建筑功能应用第五十九页，共112页。润湿(rùnshī)作用润湿是固体(gùtǐ)表面与液体接触时，原来的固相-气相界面消失，形成新的固相-液相界面的现象。接触角的示意图：第六十页，共112页。第六十一页，共112页。第六十二页，共112页。Young方程(fāngchéng)（杨氏方程(fāngchéng)）:lsgANMs-ls-gl-g接触角θ越小，润湿和渗透(shèntòu)作用越好；θ>90不润湿(rùnshī)θ<90润湿θ=0铺展第六十三页，共112页。这种借助表面(biǎomiàn)活性剂来润湿物体的作用叫润湿作用在固体表面(biǎomiàn)发生定向吸附第六十四页，共112页。这种能使液体湿润或能加速(jiāsù)固体表面湿润的表面活性剂叫做湿润剂润湿(rùnshī)方面的应用1矿物的泡沫浮选2金属的防锈、缓蚀3织物的防水、防油处理4农药中的应用(yìngyòng)5涂料的生产第六十五页，共112页。浮游选矿的原理图选择合适的捕集剂，使它的亲水基团只吸在矿砂的表面(biǎomiàn)，憎水基朝向水。当矿砂表面有5%被捕集剂覆盖时，就使表面产生憎水性，它会附在气泡(qìpào)上一起升到液面，便于收集。气泡(qìpào)的作用矿物泡沫浮选第六十六页，共112页。第六十七页，共112页。首先将粗矿磨碎，倾入浮选池中。在池水中加入捕集剂和起泡(qǐpào)剂等表面活性剂。搅拌并从池底鼓气，带有有效矿粉的气泡聚集表面，收集并灭泡浓缩(nónɡsuō)，从而达到了富集的目的。不含矿石(kuàngshí)的泥砂、岩石留在池底，定时清除。 矿物泡沫浮选第六十八页，共112页。2金属的防锈、缓蚀3织物(zhīwù)的防水、防油处理降低润湿作用(zuòyòng)：

原理是用表面活性物质的极性部分选择性吸附，非极性部分向外呈憎水性。

一次性抽血器中盛血的玻璃管(定量的),内壁要疏水水化,使用的是硅偶联剂,使血液在管内不残留。第六十九页，共112页。防水(fánɡshuǐ)整理剂纤维的防水整理：不透气：用橡胶和合成树脂涂在纤维织物上，在织物上形成连续的防水膜；穿着(chuānzhuó)不适；透气：将织物表面变为疏水性，空气和水蒸气的透气性不产生阻碍，又称“拒水整理”。第七十页，共112页。增加润湿(rùnshī)作用：

农药喷洒：由于大多农药水溶性差，对植物的茎叶润湿(rùnshī)不好，滚落浪费且不能展开，杀虫效果差，加入表面活性剂，提高润湿(rùnshī)程度，即可大大提高药效。第七十一页，共112页。乳化(rǔhuà)与破乳作用一种(yīzhǒnɡ)或多种液体以微滴状分散到另一种(yīzhǒnɡ)不相混溶的液体中所形成的多相分散体系，称为乳状液。这种形成乳状液的过程称为乳化。分散相(内相、不连续(liánxù)相)分散介质(外相、连续(liánxù)相)水相/油相液珠大小/μm乳液外观>10.1~10.05~0.1<0.05乳白色乳状液蓝白色乳状液灰色半透明液透明液第七十二页，共112页。第七十三页，共112页。乳化(rǔhuà)现象油水乳化剂乳化液油水第七十四页，共112页。乳化剂的作用(zuòyòng)表面(biǎomiàn)活性剂在分散相表面(biǎomiàn)形成保护膜降低界面张力第七十五页，共112页。乳状液的类型(lèixíng)及形成1乳状液的类型(lèixíng)和鉴别1水包油O/W2油包水W/O3套圈(tàoquān)型第七十六页，共112页。强烈(qiánɡliè)振荡油水水包油型(O/W)油包水型(W/O)第七十七页，共112页。天然(tiānrán)乳化液人工(réngōng)乳化液牛奶(niúnǎi)油包水（W/O）型奶油水包油（O/W）型乳多重型（W/O/W）型冰淇淋椰奶第七十八页，共112页。乳状液类型的鉴别：稀释法：水包油型乳状液能与水混溶；油包水型乳状液能与油混溶。电导法：利用(lìyòng)水和油的电导率相差很大的原理。水包油型乳状液电导率大，可使电路中串联的氖灯发光。第七十九页，共112页。染色法：加入“苏丹(sūdān)III”：“苏丹(sūdān)III”为油溶性染料。在乳状液加入少量“苏丹(sūdān)III”染料，油包水乳状液整体呈红色；水包油乳状液，染料保持原状。加入亚甲基蓝：亚甲基蓝为水溶性。在乳状液加入少量亚甲基蓝染料，水包油乳状液整体呈蓝色；油包水乳状液染料保持原状。第八十页，共112页。检验(jiǎnyàn)O/W乳状液加入水溶性染料(rǎnliào)如亚甲基蓝，说明水是连续相。加入油溶性的染料红色(hóngsè)苏丹Ⅲ，说明油是不连续相。另外，还有滤纸濡湿法。第八十一页，共112页。物理(wùlǐ)法：离心法电沉积法超声波法过滤法化学法：破乳剂分解(fēnjiě)乳化剂沉淀乳化剂湿润作用絮凝作用破坏(pòhuài)界面膜破乳第八十二页，共112页。增溶作用Solubilization表面活性剂在水溶液中达到临界胶束浓度后，一些水不溶性或微溶性物质在胶束溶液中的溶解度可显著增加并形成(xíngchéng)透明胶体溶液，这种作用即增溶作用。s

/溶解度C/%

cmc第八十三页，共112页。增溶作用的方式(fāngshì)1非极性分子(fēnzǐ)在胶束内的增溶在胶束内部，被增容的物质完全(wánquán)处于非极性环境中。第八十四页，共112页。2在表面(biǎomiàn)活性剂分子间的增溶

分子结构(fēnzǐjiéɡòu)与表面活性剂类似的极性有机化合物栅栏之间甚至拉入内部。第八十五页，共112页。3在胶束表面(biǎomiàn)的吸附增溶既不溶于水也不溶于油的小分子极性有机(yǒujī)化合物在胶束表面增容第八十六页，共112页。4聚氧乙烯基间的增溶以聚氧乙烯基为亲水基的非离子(lízǐ)表面活性剂包裹在胶束外层的长链中

第八十七页，共112页。增溶作用的应用(yìngyòng)乳液聚合开采(kāicǎi)石油洗涤剂第八十八页，共112页。增溶作用的应用在乳液聚合中的应用乳液聚合是使原料分散于水中形成乳状液，在引发剂作用下进行聚合。原料单体在表面(biǎomiàn)活性剂水溶液中乳化，处于3种状态：在乳状液滴中，溶于水中，增溶于胶束中。使用水溶性引发剂时，在水相中引发反应，聚合反应在胶束中进行，分散于水相中的乳状液滴仅作为提供反应原料的储库。第八十九页，共112页。在石油生产中的应用借助增溶作用可提高石油的采收率，其有效办法是将粘附在岩层砂石上的油“驱赶”出来，即所谓“驱油”。利用表面活性剂在溶液中形成胶束的性质，将表面活性剂、助剂（醇类起促进胶束形成作用）和油混合在一起，经搅动，形成均匀的“胶束溶液”。该溶液能溶解(róngjiě)原油，很好的润湿岩层，遇水不分层，当流过石岩层时能有效地洗下粘附在砂石上的原油，从而达到提高石油的采收的目的。第九十页，共112页。“泡”就是(jiùshì)由液体薄膜包围着气体。泡沫(pàomò)的形成及其稳定性“泡沫”是气体分散于液体(yètǐ)中的分散体系。第九十一页，共112页。ABC表面活性剂的起泡和稳定(wěndìng)作用第九十二页，共112页。1表面张力2界面膜的性质3表面张力的修复作用(zuòyòng)4表面电荷5泡内气体的扩散泡沫的稳定性与那些(nàxiē)条件相关呢？液膜的强度(qiángdù)最重要。第九十三页，共112页。由于(yóuyú)泡沫中所含水分的冷却效果，以及在火苗表面上覆盖的泡沫层，胶束膜或凝胶层，使火苗和氧隔绝，而起到灭火作用。作为抗静电整理剂，预防(yùfáng)静电火花点火源表面活性剂泡沫(pàomò)灭火应用第九十四页，共112页。洗涤剂中通常要加入多种辅助成分，增加(zēngjiā)对被清洗物体的润湿作用，又要有起泡、增白、占领清洁表面不被再次污染等功能。洗涤(xǐdí)和去污作用洗涤(xǐdí)体系是复杂的多相分散体系，润湿、渗透、吸附、乳化、分散、增溶、解吸、起泡等等的物理的化学的过程……第九十五页，共112页。加入表面活性剂后，憎水基团朝向(cháoxiànɡ)织物表面和吸附在污垢上，使污垢逐步脱离表面。污垢悬在水中或随泡沫浮到水面后被去除，洁净表面(biǎomiàn)被活性剂分子占领。其中占主要成分的表面活性剂的去污(qùwū)过程可用示意图说明：第九十六页，共112页。作为一良好的洗涤剂应具备如下条件：良好的润湿性能以使洗涤剂能与待清洁的表面紧密地接触；具有将油垢移入本体溶液的能力；具有溶解或分散已被移去的油垢防止其重新(chóngxīn)沉积于固体表面或形成浮垢的能力。第九十七页，共112页。表面活性剂在洗涤剂中具有两个基本作用：一降低污垢与物体表面的结合力，具有促使污垢脱离物体表面的能力(nénglì)；二具有防止污垢再沉积的功能。表面(biǎomiàn)活性剂在洗涤剂中的应用第九十八页，共112页。由于阴离子表面活性剂伴生泡沫丰富且脱脂力强，洗涤手感好，常用于丝毛织物和地毯及玻璃器皿的清洗。其使用缺点(quēdiǎn)是对钙镁离子的作用较为敏感。在高硬度水中的去污力显著下降。LAS是各类洗涤剂中使用范围最广用量最大的阴离子表面活性剂品种。由于目前多采用万吨级的工业生产装置，因此产品来源(láiyuán)稳定，价格较低。最常用的LAS是直链十二烷基苯磺酸钠。第九十九页，共112页。涂料(túliào)墨水(mòshuǐ)改正(gǎizhèng)液分散的作用感光材料纳米材料钻井泥浆油墨第一百页，共112页。絮凝的作用(zuòyòng)废水(fèishuǐ)、污水的处理聚丙烯酰胺共聚物阳离子絮凝剂丙烯酰胺第一百零一页，共112页。定义(dìngyì)：能降低纤维间的摩擦系数，使纤维制品增加柔软性的特殊表面活性剂；原理(yuánlǐ)：纤维在使用某种含表面活性剂为主要成分的油剂后，表面活性剂的亲水端排列在纤维的表面，纤维就具有良好的亲水性，且减少了纤维表面的摩擦而产生柔软平滑作用；柔软(róuruǎn)平滑作用第一百零二页，共112页。第一百零三页，共112页。表面活性剂化学(huàxué)结构和其与纤维之间的柔软性关系（1）憎水基种类(zhǒnglèi)的影响要求是接近直链的16～18个碳的脂肪(zhīfáng)族链烃；表面活性剂被吸附在纤维上，疏水基向外整齐排列，摩擦发生在互相滑动的疏水基之间，易于滑动。（2）亲水基种类的影响作用在于协助憎水基发挥作用；聚乙二醇非离子>阴