缔合胶束的性质和应用.ppt

1、缔合胶束的性质和应用,物化第三小组奉上,大连理工大学化工学院,Contents,1. 缔合胶束溶液,2. 胶束的增溶作用,3. 影响增溶作用的因素,4. 增溶作用的应用,5. 胶束的学术前沿,大连理工大学化工学院,Review,回想一下表面活性剂的性质,定义：能够显著降低液体表面张力的物质，分子的两头，一端是具有极性的亲水基，另一端是非极性的憎水基,大连理工大学化工学院,表面活性剂的分类,大连理工大学化工学院,胶束的形成,C.M.C. Critical Micelle Concentration 形成胶束所必需的最低浓度,表面活性剂-CMC,CMC可作为表面活性剂表面活性的一种度量，CMC越小

2、，表明这种活性剂形成胶束所需的浓度越低，达到表面饱和吸附的浓度越低。因而改变表面性质从而起到润湿，乳化，增溶，起泡等作用所需的浓度也越低。,大连理工大学化工学院,浓度与性能,大连理工大学化工学院,缔合胶束溶液,胶束的形状可呈球状、层状、棒状，其尺寸大小在1nm-1000nm之间，这样的系统是均相的、热力学稳定系统，把它称为缔合胶束溶液或称为胶束电解质溶液，是胶体分散系统的重要组成部分。,大连理工大学化工学院,“胶束”的由来,1912年，布里斯托大学的James William McBain在大量实验数据的基础上提出，表面活性剂浓度大到一定程度后出现的反常现象，是由于表面活性剂离子或分子缔合成胶

3、体大小的聚集体所导致的。G. S. Hartley在其所著的Paraffin Chain Salts, A Study in Micelle Formation一书中首先用Micelle一词来形容表面活性剂分子或离子形成的此类聚集体。,大连理工大学化工学院,胶束的特性,大连理工大学化工学院,胶束的增溶作用,表面活性剂在水中形成胶束后，能使不溶或微溶于水的有机物的溶解度显著增大，这种作用称为胶束的增溶作用。 增溶作用是由胶束引起的，被增溶物在胶束中的位置、存在的状态等与被增溶物的性质以及形成胶束的表面活性剂的性质有关。,大连理工大学化工学院,增溶方式的种类,（i）非极性有机物增溶物在胶束内部 （

4、ii）极性长碳链有机物（如醇类、胺类等）增溶在表面活性剂分子之间 （iii）既不溶于水也不溶于油的有机物（如某些染料、苯二甲酸二甲酯等）增溶在胶束表面 （iv）极性有机物（如苯甲酚等）增溶在非离子型表面活性剂聚氧乙烯链“外壳”中,大连理工大学化工学院,增溶方式示意图,大连理工大学化工学院,影响增溶的因素,大连理工大学化工学院,表面活性剂结构的影响,1.同系的表面活性剂中，碳氢链越长，增溶能力越大。 2.直链的表面活性剂比同碳数的支链的表面活性剂增溶作用大。 3.亲油链相同时，不同类型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。,大连理工大学化工学院,Example,钾皂（potass

5、ium soaps），又称软皂。脂肪酸钾盐的统称。通常是由油脂与氢氧化钾(或碳酸钾)水溶液经皂化反应制取(内含甘油)，也可用脂肪酸与氢氧化钾水溶液直接中和制取(不含甘油)。钾皂是阴离子表面活性剂，具有比钠皂更强的润湿、渗透、分散和去污的能力。钾皂是制液体、膏状洗涤用品的主要原料。,大连理工大学化工学院,1十四碳酸钾； 2十二碳酸钾；3葵酸钾,氢链越长，增溶越大,在钾皂中甲基黄的增溶作用,大连理工大学化工学院,被增溶物结构的影响,对于被增溶物，一般极性化合物比非极性化合物易于增溶；芳香族化合物比脂肪族化合物易于增溶；有支链的化合物比直链的化合物易于增溶。,非极性分子在胶束内核的增溶,极性分子在表

6、面活性剂分子间的增溶,大连理工大学化工学院,电解质的影响,在离子型表面活性剂溶液中加入无机盐可以提高烃类的增溶量，减小极性有机物的增容量。在非离子型表面活性剂中加入无机盐，胶束的聚集数增大，且随盐浓度的增大而增大。,大连理工大学化工学院,温度的影响,温度升高，可提高极性和非极性物质在离子型表面活性剂溶液中的增溶量。,温度对CMC、胶束聚集数n的影响,大连理工大学化工学院,温度是如何影响的？,非离子型表面活性剂，在水溶液中的浓度随温度上升而降低在升至一定温度值时出现浑浊，经放置或离心可得到两个液相，这个温度被称之为该表面活性剂的浊点（Cloud point）。 这类表面活性剂以其醚键中的氧原子与

7、水中的氢原子以氢键形式结合而溶于水。氢键结合力较弱，随温度升高而逐渐断裂，因而使表面活性剂在水中的溶解度逐渐降低，达一定温度时转为不溶而析出成浑浊液。浊点与表面活性剂分子中亲水基和亲油基质量比有一定关系。,大连理工大学化工学院,被增溶物是极性物质，温度升高而至浊点时，被增溶的物质的量出现一极大值。原因是温度升高，聚氧乙烯链脱水，减少亲水链的“外层”空间。 被增溶物是非极性物质，随着温度的升高溶解度增加，接近于浊点时胶束聚集数增加，必然会使它们的增溶量提高。,温度是如何影响的？,大连理工大学化工学院,有机添加物的影响,在表面活性剂溶液中加入非极性化合物时，可提高极性被增溶物的增溶量；反之，加入极

8、性有机化合物时，则能使烃类物质的增溶物的增溶量增大。,大连理工大学化工学院,洗涤剂,乳液聚合,胶束驱油,胶束催化,生理吸收,增溶的应用,大连理工大学化工学院,乳液聚合,乳液聚合是将单体分散在水中形成水包油型乳状液，在催化剂作用下进行的聚合反应。,大连理工大学化工学院,胶束驱油,在采油工业中，利用增溶作用可提高采油率，即所谓“胶束驱油”工艺。含有水、表面活性剂的“活性水”，通过注水井注入油井，它能润湿岩层，溶解大量原油，在岩层间推进时有效的洗下附于岩层上的原油，提高采油效率。,大连理工大学化工学院,洗涤剂,使用洗涤剂的洗涤过程也应用了增溶作用的原理。被洗下的污垢增溶于胶束内，便可以防止污物重新附着于织物上。,表面活性剂作用机理,(a) 盖满油垢的固体表面,(b)由于水的高表面张力及不能润湿油污表面，无法除垢,(c)在水中加入洗涤剂,(d)油垢及固体表面进一步吸附洗涤剂，使油垢微粒悬浮于溶