大学化学第06章-日用化学基础.ppt

1、2020/8/14,1,第6章 日用化学基础 Chapter 6 Consumer Chemistry,现代大学化学 Modern College Chemistry,2020/8/14,2,本章概要 6.1 表面活性剂基础 6.1.1 表面活性剂的定义和分类；6.1.2 关于表面活性 剂的几个参数；6.1.3 表面活性剂的作用 6.2 洗涤剂 6.2.1 洗涤剂的配方设计；6.2.2 肥皂；6.2.3 洗衣粉； 6.2.4 香波 6.3 毛发洗护 6.3.1 毛发的结构与作用；6.3.2 毛发的染色；6.3.3 毛发的定型；6.3.4 毛发的洗护 6.4 皮肤护理 6.4.1 皮肤的功能与构

2、造； 6.4.2 皮肤的分类； 6.4.3 皮肤的常见疾病； 6.4.4 皮肤的老化与保健； 6.4.5 皮肤的保护方法；6.4.6 护肤用品的成分与功能,2020/8/14,3,6.5 香料与香精 6.5.1 香味的定义； 6.5.2 香味与分子结构的关系； 6.5.3 香料的分类； 6.5.4 调香中的常用术语； 6.5.5 香精的调配； 6.5.6 香气的韵调； 6.5.7 香精的应用领域 复习：12.112.4; 12.6 预习：第13章 教材：12.212.5,作业,2020/8/14,4,6.1 表面活性剂基础 6.1.1 表面活性剂的定义和分类（界面现象的本质） 6.1.1.1

3、表面自由能与表面张力 在两相界面上（特别是气-液），处处存在一种表面紧缩力，这种力称为表面张力，它垂直作用于表面上的任意线段，指向液体方向并与表面相切。单位：N/m 把内部分子拉到表面上来需对该分子 做功，功的单位是J/m2，称为表面自 由能。 由于J/m2=Nm/m2=N/m，故表面自 由能又称为表面张力或界面张力，它 们是一个性质的两种表现形式。,2020/8/14,5,界面化学：在分子（原子）尺度上研究界面上的物理和化学过程的科学。,界面现象：由于界面层分子与内部分子性质不同而引起的在界面上发生的一些行为。 常见的表面现象： 荷叶上水滴会自动呈球形； 肥皂泡呈球形； 用洗涤剂能洗净污垢；

4、 ,2020/8/14,6,2020/8/14,7,表面和界面 (surface and interface),界面：紧密接触的两相间几个分子厚的过渡区 表面：有一相为气体的界面,常见的界面有 5 种：,液体气体 固体气体,表面（surface),液体液体 液体固体 固体固体,界面（interface),2020/8/14,8,1.气-液界面,2020/8/14,9,2. 气-固界面,2020/8/14,10,3. 液-液界面,2020/8/14,11,4. 液-固界面,2020/8/14,12,5. 固-固界面,2020/8/14,13,例如：液体及其蒸气组成的表面,液体内部分子所受力可彼此

5、抵销，但表面分子受液相分子的引力大，受气相分子的引力小，所以，表面分子受到被拉入液相的作用力。 界面层的分子所受合力不为零，它们比体相内分子具有更高能量。表面分子的能量较高！,界面现象的本质：,界面层分子所处环境与体相内部分子不同,由于表面层分子受力不均衡，液滴趋向于呈球形，如，水银珠和荷叶上的水珠收缩为球形。 体积相等的立体形状中球形的表面积最小。,2020/8/14,14,表面张力,在两相界面上（特别是气-液），处处存在一种表面紧缩力，这种力称为表面张力，它垂直作用于表面上的任意线段，指向液体方向并与表面相切。用 或 表示，单位：N/m,2020/8/14,15,6.1.1.2 表面活性剂

6、的定义和分类 定义：能够吸附在系统（通常是水溶液）表面并定向排列，明显降低液体表面自由能（表面张力）的、具特殊结构的有机化合物称为表面活性剂。 结构：同时具有两亲基团（亲水基和亲油基）。其中，亲水基为极性基，亲油基为疏水基或憎水基，常为C8C18非极性长碳链。如十二烷基磺酸钠C12H25SO4- Na+。 ,2020/8/14,16,表面活性剂的分类,按化学结构分为离子型和非离子型两大类，离子型又可分为阳离子型、阴离子型和两性型表面活性剂。,表面活性剂,显然,阳离子型和阴离子型表面活性剂不能混用，否则可能发生沉淀而失去活性作用。,2020/8/14,17,阳离子表面活性剂,R-NH2HCl 伯

7、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 | CH3,2020/8/14,18,两性表面活性剂,R-NHCH2-CH2COOH 氨基酸型,CH3 | R-N+-CH2COO- 甜菜碱型 | CH3,阴离子表面活性剂,R-OSO3Na硫酸酯盐,R-SO3Na磺酸盐,R-OPO3Na2磷酸酯盐,2020/8/14,19,R-(C6H4)-O(C2H4O)nH 烷基酚聚氧乙烯醚,非离子表面活性剂,R2N-(C2H4O)nH 聚氧乙烯烷基胺,R-CONH(C2H4O)nH 聚氧乙烯烷基酰胺,R-COOC

8、H2(CHOH)3H 多元醇型,2020/8/14,20,6.1.2 关于表面活性剂的几个参数 6.1.2.1 在液体表面上的定向排列 当表面活性剂的浓度较低时，表面活性剂一部分分子将 自动聚集于表面层，另一部分，分散在水中，憎水基团相 互接触，形成简单的聚集体。 6.1.2.2 胶束的形状,增加浓度使表面活性剂在界面的吸附达到饱和时，表面活性剂不能在表面继续富集，而是在溶液本体中，憎水基团端会自相结合，形成聚集体，使憎水基向里、亲水基向外。这种多分子聚集体称为胶束。,2020/8/14,21,6.1.2.3临界胶束浓度(CMC),将形成胶束所需要的最低表面活性剂的浓度称为临界胶束浓度。 若继

9、续增加活性剂浓度，表面张力不再降低，只会增加溶液中胶束的数量和大小。 形成的胶束可呈球状、棒状、六角棒状直至层状多种形状。,2020/8/14,22,表面活性剂都是两亲分子，有不同的亲水和亲油基团，很难用相同的单位来衡量。 Griffin（格里芬）提出用HLB 值表示表面活性剂的亲水性 。对于聚乙二醇型和多元醇型非离子表面活性剂的HLB值计算公式为: Davies（戴维斯）把HLB数目作为结构因子的总和。他把表面活性剂结构分解为一些基因，每个基因对HLB值都有一定的贡献。 7加上每个基团HLB值的代数和，可以算出表面活性剂HLB值，即：,6.1.2.4 亲水亲油平衡值 (hydrophile

10、lipophile balance),HLB=7+(各个基团的HLB值),2020/8/14,23,一些基团的HLB值,2020/8/14,24,推论： (无亲水性能的)石蜡的HLB=0；(完全是亲水基的) 聚乙二醇的HLB=20，所以非离子型表面活性剂的HLB介于020之间。 十二烷基硫酸钠的HLB=7+38.7-12*0.475=40 (亲水性能很强的) 。 通常表面活性剂的HLB=040； HLB值越小，亲油性越强；HLB值越大，亲水性越强。 实践表明：HLB10的表面活性剂是亲水性的；反之是亲油性的。 不同HLB值表面活性剂的用途(表6.1),2020/8/14,25,6.1.3 表面

11、活性剂的作用6.1.3.1 润湿作用与接触角,在气、液、固三相交界点，气-液与液-固界面张力之间的夹角，称为接触角，用q表示。,2020/8/14,26,在A点，g-s力图使液滴铺展，而g-l和l-s则力图使液滴收缩，平衡时有下列关系,接触角可实验测量，也可用该式计算,2020/8/14,27,2020/8/14,28,铺展过程,固,液,气,液体在固体表面上的铺展,2020/8/14,29,润湿作用,表面活性剂可以降低液体表面张力，改变接触角的大小，从而达到所需的目的。,例如，农药要润湿蜡质植物表面，需在农药中加表面活性剂；,制造防水材料，要在表面涂憎水的表面活性剂，使接触角大于90,2020

12、/8/14,30,6.1.3.2 起泡作用,“泡”是由液体薄膜包围着气体形成。有的表面活性剂和水可以形成一定强度的薄膜，包围着空气而形成泡沫，这种活性剂称为起泡剂。主要作用：,（1）降低表面张力,（2）使泡沫膜牢固，有一定的机械强度和弹性,（3）使泡沫有适当的表面黏度,2020/8/14,31,2020/8/14,32,6.1.3.3 增溶作用,非极性有机物如苯在水中溶解度很小，加入油酸钠等表面活性剂后，苯在水中的溶解度大大增加，这称为增溶作用。,增溶作用与普通的溶解概念不同，增溶的苯不是均匀分散在水中，而是分散在油酸根分子形成的胶束中。,X-射线衍射证实，增溶后各种胶束都有不同程度的增大。,

13、2020/8/14,33,6.1.3.4 乳化作用,一种或几种液体以大于10-7 m直径的液珠分散在另一种不相混溶的液体中形成的粗分散系统称为乳状液。,要使乳状液稳定存在必须加乳化剂。,习惯上，将不溶于水的有机物称为油。 将以液珠形式不连续存在的分散相称为内相。 将连续存在的液相称为外相。,2020/8/14,34,简单的乳状液通常分两大类：,1.水包油乳状液,2.油包水乳状液,用O/W表示。内相为油，外相为水，这种乳状液能用水稀释，如牛奶等。,用W/O表示。内相为水，外相为油，如油井中喷出的原油。,2020/8/14,35,检验水包油乳状液,加入水溶性染料如亚甲基蓝，说明水是连续相。,加入油

14、溶性的染料红色苏丹，说明油是不连续相。,2020/8/14,36,6.1.3.5 去污作用,去污过程是将带有污垢的固体，浸入水中，在洗涤剂的作用下，降低污垢与固体表面的界面张力，使污垢脱落而达到去污目的。,2020/8/14,37,A. 水的表面张力大，对油污润湿性能差，不容易把油污洗掉。 B. 加入表面活性剂后，憎水基团朝向衣物表面和吸附在污垢上，使污垢逐步脱离表面。 C. 污垢悬在水中或随泡沫浮到水面后被去除，洁净表面被活性剂分子占领。防止重新沉积。,表面活性剂的去污过程有3步：,污垢,衣物,2020/8/14,38,6.2 洗涤剂 定义：能够促尽和提高洗涤作用的一类物质，是人们日常生活和

15、工业生产中不可缺少的日用化学品，称为洗涤剂。 由多种材料配伍而成的混合物。可分为两大类： 主要原料：起洗涤作用的各种表面活性剂。 辅助原料：在洗涤过程中发挥助洗作用或某些特殊功能，如柔软、增白等。,2020/8/14,39,6.2.1 洗涤剂的配方设计 污垢的种类（油污，汗渍，血迹，草汁，等）与性质； 基体的结构与类型（棉麻，化纤，毛纺，餐具，等）； 洗涤方式（洗衣机，手搓，超声，浸泡，干洗，等）； 成本低廉。,2020/8/14,40,6.2.2 肥皂 (高级脂肪酸盐RCOOM，M=Na+,K+,NH4+，具有洗涤、 去污、清洁作用) 金属皂：Ca、Mg、Fe、Mn等脂肪酸盐，不溶于水，农药

16、乳化剂、金属润滑剂 6.2.2.1 种类 洗衣皂，香皂，药皂，透明皂，药香皂，儿童皂，等。 6.2.2.2 肥皂配方的确定原则 使用效果：去污力强； 顾客心理：泡沫丰富, 气味芬芳, 色泽悦目, 密度大有重感； 贮存稳定性：坚硬不变形，不起霜不出汗，不酸败； 加工便利性：降低成本，易加工成型，等。,2020/8/14,41,6.2.2.3 原料与反应 肥皂的核心成分是皂化油脂，它是油脂水解为脂肪酸 和甘油后与氢氧化钠 (钾)的反应产物； 油脂又称甘油三酸脂。且称室温下为液态的为油，室温下为固态的为脂；通常油、脂混称； 从动物体中获得的通常为固体(含饱和脂肪酸多，熔点高). ；从植物中提取出的通

17、常为液体(含不饱和脂肪酸多，熔点低) ； 肥皂的制造（常用动物油）,2020/8/14,42,盐析：由于生成产物是一个互溶的混合物，因此加入食盐，使得相对密度较轻的、在盐溶液中溶解度较小的肥皂就会浮出水面而析出，称为盐析。 钠皂、钾皂（软皂或液体皂） 香皂 药皂 儿童皂,2020/8/14,43,常见油脂的命名（谜：从动植物中提取出来的C为双数）,2020/8/14,44,常见油脂的组成,2020/8/14,45,6.2.3 洗衣粉,不含芒硝的洗衣粉叫浓缩粉,4A沸石,2020/8/14,46,4A沸石是水合铝硅酸钠，由于其分子结构是三维体，有许多孔洞，孔径为4A，恰好是钙离子的直径，可将钙离

18、子吸附。生成钙沉淀，造成衣物的二次污染，为此需要加入柠檬酸钠等作为分散剂。 每年洗涤剂所消耗排放的4A沸石，会在不同的地表面形成新的堆积物，这样对环境、生态也将是一个负担。 因此，目前，不能完全替代三聚磷酸钠，对4A沸石的改良还需进一步探讨研究。,2020/8/14,47,6.2.4 香波（作为毛发洗涤剂）,人的毛发由角蛋白组成。由人的皮脂腺分泌脂肪质来保护它。如果脂肪质过少，头发容易枯燥。采用香波可弥补脂肪质的分泌不足，增加光泽和柔软性。 6.2.4.1 香波的质量要求 有适度的去污能力但不能过多去掉自然的皮脂； 洗后的头发有光泽和柔软性； 对头发、眼睛的安全性高。,2020/8/14,48

19、,6.2.4.2 香波主要成分如下表：,2020/8/14,49,6.3 毛发洗护 6.3.1 毛发的结构与作用 毛发的结构,毛干:毛发露出表皮的部分，没有生命，由坚韧的角蛋白纤维组成的。 毛根: 生长在皮肤以内的部分。深埋在皮内的皮囊之中。 毛球: 毛根的尖端。与神经血管相连，为毛发输送营养。,2020/8/14,50,毛发分为三层：,护膜层:毛发外层。保护毛发不受外界影响，保持毛发 乌黑、光泽、韧性的性能。 皮质层: 是毛发的主要成分，由角蛋白纤维组成。黑色素颗粒主要存在于皮质层中。如果黑色素消失，毛发则变为白色。 髓质层: 位于皮质层中心，可以提高毛发的结构强度和刚性。,2020/8/1

20、4,51,毛发中95%以上为角蛋白，水解后得到胱氨酸、谷氨酸等多种氨基酸。其中胱氨酸的含量 12%，胱氨酸中的二硫键将两条多肽链连在一起，增加了该蛋白质的刚韧性，只有通过化学变化才能打开。 角蛋白中的化学键类型包括二硫键、氢键和离子键。,COOH NH2 CHCH2S H H SCH2CH NH2 COOH,角蛋白的化学结构,胱氨酸的化学结构,COOH CHCH2S H NH2,半 胱 氨 酸,2020/8/14,52,与常规蛋白质不同，角蛋白不溶于水，并具有较好的 化学惰性； 一切可破坏氢键、离子键和双硫键的因素均可对角蛋白（因而毛发）造成伤害： 高温可破坏氢键，但降温后新的氢键又生成； 酸

21、碱盐可破坏离子键，洗掉酸碱盐生成新的离子键； 还原剂与氧化剂均可永久破坏双硫键，双硫键断裂后毛发色泽变浅，直至完全变为白色。,2020/8/14,53,6.3.2 毛发的染色 氧化染发剂：又称永久染发剂，染料（小分子）先渗透到毛发皮质层中，然后使用氧化剂（过氧化氢），生成大分子，在皮质层内固定下来，不会被洗发剂洗去，可保留颜色很长时间。,苯胺类染料遇氧化剂生成吲哚胺类化合物，与多元酚反应生成染料复合物。不同“苯胺-多元酚”偶合对生成不同颜色的染料复合物；,2020/8/14,54,不同苯胺-多元酚偶合对的颜色,2020/8/14,55,非黑色染色需先漂白，然后染色。目标色由作用时间、药剂浓度等

22、确定； 为避免过分伤害毛发，应采用合适氧化能力的氧化剂（如双氧水等）； 为提高效率、增强效果、降低过程对毛发的伤害，应注意投加染发助剂； 苯胺类染发剂具有致突、致畸、致癌作用！,2020/8/14,56,6.3.3 毛发的定型 热烫技术：根据头发的水解反应来实施的。首先将头发浸上碱性药水，利用卷发器将头发卷曲，以改变头发中角蛋白分子的形状。然后加热，药水发生水解作用，二硫键被破坏，再形成新的二硫键，头发形状固定下来。 (改变氢键，保持时间短),2020/8/14,57,化学冷烫：用还原剂巯基乙酸铵（HSCH2COONH4)破坏双硫键，梳制成所需要的形状后，再用氧化剂（如双氧水）重建双硫键，获得

23、了新的结构和造型。(改变离子键和双硫键，稳定性更好了),2020/8/14,58,6.3.4 毛发的洗护 皮脂腺分泌皮脂，汗腺分泌汗液，毛发保温保湿，极 易引起油脂的腐败、变质。故应及时对毛发进行护理； 毛发的表皮为鳞片状薄膜，是毛发的保护层。 毛发的护理主要是针对毛发的表皮而言的。护理的内容包括除垢、去屑、保湿、柔顺、防静电、调节pH等方面； 典型的洗发香波中除含 有多种表面活性剂外， 还投加一定量的助剂 （如香精、增稠剂、防 腐剂、羊毛脂、螯合 剂、pH调节剂，等）。,2020/8/14,59,6.4 皮肤护理 6.4.1 皮肤的功能与构造 皮肤由表皮 (0.10.3mm)、真皮、皮下组织

24、等三部分构成。 皮肤担负 着保护皮 下组织、 调节体温、 感觉、吸 收、排泄 和呼吸的 任务。,2020/8/14,60,表皮 厚度：0.10.3 mm 层次：由表及里：角质层透明层粒层棘层基底层。 生长次序：基底层棘层粒层透明层角质层。 生长周期：3周。,2020/8/14,61,基底层由基底细胞和黑色素细胞组成。基底细胞不断进行分裂产生新的细胞，逐渐向外推移，形成细胞外围棘突明显的棘细胞层。 棘细胞层向上逐渐变成为多角形细胞核，趋向退化，逐渐变小，成为不规则的扁形颗粒，成为颗粒层。 颗粒层细胞间储有水分，这些细胞可以从外部吸收物质，所以这层对于化妆品的使用效果起着重要作用。颗粒层细胞失去细

25、胞核后变成发亮的透明层，最后完全角质化变成扁平的角质层，其细胞核和细胞器已经完全消失。,2020/8/14,62,真皮层：由胶原纤维和弹力纤维组成；有无数毛细血 管、神经末梢、皮脂腺、汗腺和毛囊；含水率高、 弹性好。 每平方厘米皮肤内附属物的数密度 皮下组织：厚脂层（富含血管、汗腺、发根和脂脉细胞）。,2020/8/14,63,皮肤中的附属物：皮脂腺 (与毛囊相通，分泌油脂 使毛发、皮肤不干燥)；毛囊 (除手心、脚心外分 布全身)；汗腺（在皮肤表面分泌酸性液，在毛囊 分泌碱性物)。 6.4.2 皮肤的分类（根据皮脂的分泌多少和角质层含水量的多少） 干性皮肤：肤色洁白细嫩,白中透红;毛孔不明显,

26、皮脂分泌少。皮肤含水率低，经不起风吹日晒，保护不好易衰老； 油性皮肤：皮肤粗硬而不糙，如橘皮，皮脂分泌多，肤色较深为淡褐色，常有黑头、暗疮；,2020/8/14,64,中性皮肤：组织紧密平滑，不干不油、幼嫩有弹性，厚薄适中,为理想皮肤。成人中少见； 混合性皮肤：面孔中部、额头、鼻梁有油光，而其它部位干燥缺水。成人中大部分属于该类皮肤； 其它：毛细血管扩张性皮肤,衰老性皮肤,问题皮肤, 等。,6.4.3 皮肤的老化与保健 皮肤是人体的一个器官，不可避免地随着机体的衰老而衰老。机体内部的衰老，只表现出功能的降低，而皮肤的衰老是显而易见的。 面部皮肤易出现皱纹和老年斑；其他部位可出现皮肤粗糙增厚、皮

27、肤松弛、弹性降低、干燥萎缩等衰老征象。,2020/8/14,65,皮肤的衰老包括两个过程，即自然老化与环境老化； 自然老化是由于细胞分裂减慢、皮脂分泌减少，弹性纤维断裂，表皮获得的营养减少，最终导致真皮萎缩、皮下脂肪减少变薄、出现皱纹。表现为皮肤皱纹细而浅； 环境老化即环境因素（如阳光，风，污染物)促使皮肤的老化，表现为皱纹粗而深，皮肤松弛、变厚(如皮革样)。 自然老化和环境老化，两者同时存在，不可分割。 应加强皮肤的功能锻炼：通过按摩增强皮肤的血液循环；通过保洁保持皮肤的敏感性；通过护肤用品保护皮肤、营养皮肤。,2020/8/14,66,2020/8/14,67,6.4.4 皮肤的保护方法皮

28、肤保护的方法分间接法和直接法两种。 间接保护法（全身保护法 ） 精神方面：精神愉快，情绪饱满，性格开朗； 物质方面：营养全面、合理；（多吃富含蛋白质、各种维生素和各种微量元素的食物，多喝水） 习惯方面：生活有规律，睡眠充足，锻炼适量。 直接保护法(皮肤保护法) 保持皮肤清洁； 注意皮肤保养（护理与按摩） 护肤方法因人、因时、因地制宜。 6.4.5 护肤用品的成分与功能 护肤用品的主要任务是：保湿、营养。,2020/8/14,68,护肤品的成分与功能 Span失水山黎醇酯类非离子表面活性剂； Tween聚氧乙烯失水山黎醇酯类非离子表面活性剂； Atlas聚氧乙烯类非离子表面活性剂。,2020/8

29、/14,69,6.5 香料与香精 6.5.1 香味的定义 用于配置香精的原料或中间体称为香料； 香精是指由人工配置而成的香料混合物，又称调和香料；调香是一种强调艺术和经验的专门技术； 香味是通过嗅觉和味觉被人吸收，使人产生有益的生理反应，具有愉悦心情、振奋精神等作用。 6.5.2 香味与分子结构的关系 发香原子和发香基团：IVA-VIIA族，-OH,-CO-,-CHO，-COO-等 与分子量的关系：分子量太小则挥发过快，分子量太大则难以挥发。香味最浓郁的各有机物分别为C8脂肪酸，C8醇，C10醛，C11脂肪酮；,2020/8/14,70,同系物的气味随分子量与结构的不同而不同： 醇类：C1C3醇：酒香（甲醇会伤害眼睛）；C6C9醇：果香；C9C14醇：花香；C14醇：无气味。 醛类：C1C3醛：刺鼻气味；（甲醛是致癌物质）C4C5醛为黄油型香，C8醛柑橘香型，C16醛无味。 酮类：C5C8酮：薄荷香；C9C12酮：樟脑香；C13酮：木香；C14C18大环酮：麝香香。 6.5.3