表面活性剂相关知识P167

1、表面活性剂,界面与表面的概念,1、界面： （1）各物质相与相之间的分界面； （2）在各相间存在：气液、气固、液 液、液固、固固五种界面。 2、表面： 当组成界面的两相中有一相是气相时， 则称为表面。,表面张力,在两相（特别是气液） 界面上，处处存在着一种张 力，它垂直于表面的边界， 指向液体方向并与表面相 切，把作用于单位边界线上 的这种力称为表面张力。,表面活性（一）,在恒温恒压下，纯液体因只有一种分子，其 表面张力是一个恒定值。对于溶液，由于至少存 在两种或两种以上的分子，因此，其表面张力会 随溶质浓度的变化而变化。 物质的水溶液其表面张力随溶质浓度的变化可分 为三种类型： 1、表面张力随

2、溶质浓度的增加而略有上升，且近 于直线。（曲线A） 2、表面张力随溶质浓度的增加而逐渐下降，在浓 度很稀时，下降较快，随浓度增加下降变慢。 （曲线B） 3、当溶液浓度稀时，表面张力随溶质浓度的增加 而急剧下降，当溶液的浓度增加到一定值 后，溶液的表面张力就不再下降了。,水溶液的表面张力与溶质 浓度的几种典型关系,表面活性（二）,如果a物质能够降低b物质的表面张力，可 以说a物质（溶质）对b物质（溶剂）有表面活 性；若a物质不仅不能使b物质的表面张力降低， 甚至使其升高，那么a物质对b物质无表面活性。 由于水是最重要的溶剂，因此，表面活性往 往是对水而言。 右图中曲线A中的溶质对水无表面活性，称

3、 为非表面活性物质（表面惰性物质），曲线B和C 中的溶质对水有表面活性，秒为表面活性物质， 而对于C曲线中的溶质在很低浓度时就能明显的 降低水的表面张力，此类物质称为表面活性剂， 而B曲线中的溶质只能称为表面活性物质，而不 能称为表面活性剂。,水溶液的表面张力与溶质 浓度的几种典型关系,表面活性剂及其结构特征,1、定义： 可显著降低溶剂表面张力并可明显改变体系的表面状态的物质称为表面 活性剂。 2、结构特征：（双亲媒性/两亲特征） 一部分是由疏水亲油的碳氢链组成的非极性基团，另一部分为亲水疏油 的极性基团，这两部分分别处于表面活性剂分子的两端，为不对称的分子结 构。 3：表示方法：,非极性 亲

4、油基,极性 亲油基,表面活性剂亲油基与亲水基种类,1、亲油基：（非极性基团） （1）直链/支链烷基 （2）烷基苯/萘基 （3）松香衍生物 （4）高分子聚氧丙烷基 （5）长链全氟（或高氟代）烷基 （6）聚硅氧烷基 2、亲水基：（极性基团） （1）羧酸、磺酸、硫酸、磷酸酯盐 （2）氨基或胺盐及其铵盐 （3）羟基、酰胺基、醚键等 3、疏水性对比 氟代烃基硅氧烃基脂肪族烷烃基，环烷烃基脂肪族烯烃脂肪族芳香烃芳香烃 带弱亲水基的烃基,表面活性剂在溶剂中的状态,图a：表示极稀溶液 图b：表示稀溶液 图c：表示临界胶束浓度的溶液 图d：表示大于临界胶束浓度的溶液,表面活性剂的亲水亲油平衡值（HLB值）,1、

5、表面活性剂分子中的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亲水亲油性强弱的数值。 2、HLB值越大，表面活性剂的亲水性越强，反之，表面活性剂的亲油性越强。 3、HLB值范围及其应用：,HLB值的确定（一）,1、非离子型（阿特拉斯法）： （1）HLB20MH/M：MH亲水基部分的分子量；M总的分子量。（） （2）聚氧乙烯或多元醇脂肪酸酯类： HLB=20*（1S/A）：S表面活性剂的皂化值；A脂肪酸的酸值。 （3）皂化值不易测定的表面活性剂（多元醇氧化乙烯加聚物）： HLB=（E+P）/5 E表面活性剂的亲水部分，即加成的环氧乙烷的质量百分数； P多元醇的质量百分数。 （4）对

6、只有（CH2CH2O）n亲水基的表面活性剂：HLBE/5 （5）聚氧乙烯型：HLB亲水基质量/（亲水基质量+疏水基质量）*100/5 缺点：不适合所有非离子；没考虑各亲水基和亲油基的个性。 2、所有表面活性剂（戴维斯法）：HLB（亲水基团数）+（亲油基团数）+7 4、川上法：HLB7+4.02log1/CMC或 HLB7+11.7logMW/MO(MW和MO为亲水亲油基摩尔质量） 3、混合表面活性剂： HLB总(WA*HLBA+WB*HLBB)/WA+WB WA表面活性剂A的混合量； WB表面活性剂B的混合量； HLBA表面活性剂A的HLB值； HLBB表面活性剂B的HLB值。,HLB值的确定

7、（二）,常用HLB基团数,表面活性剂溶液的性质（一）,溶剂中溶有表面活性剂时，由于表面活性剂吸附在界面（表面）上，使界面张力 （表面张力）显著下降，同时渗透、乳化、增溶和分散等作用与纯溶剂比较都发生明显 变化。 一、表面活性剂水溶液的特性 （1）表面活性剂界面上的吸附 当表面活性剂溶于水中时，其亲水基与水相引而溶于水，其亲油基与水相斥而离 开水，结果表面活性剂分子（或离子）吸附在两相界面上，使两相间的界面张力降低。 表面活性剂分子（或离子）在界面上吸附得越多，界面张力降低得越多。 二、吸附膜性质 （1）表面压力：表面活性剂在气液界面吸附形成吸附膜，如在界面上放置一无摩擦可 移动浮片，若以浮片沿

8、溶液面推动吸附质膜，膜对浮片产生一压力，此压力称为表面压 力，它等于纯溶液的表面张力与形成膜后表面张力的差值，稀溶液中与溶液的浓度成正 比。 （2）表面粘度：与表面压力一样，表面粘度是由不溶性分子膜表现出的一种特性。表 面粘度与表面膜的牢固度割切相关。由于吸附膜有表面压力和粘度，它必定也有弹性， 吸附膜的表面压力越大，粘度越高，其弹性模量就越大，表面吸附膜的弹性膜量在稳泡 过程中有重要意义。,表面活性剂溶液的性质（二）,三、胶束 （1）胶束的形成：表面活性剂在溶液表面的吸附量随溶液的浓度增高而增多，当浓度 达到和超过某值后，吸附量不再增加，这些过多的表面活性剂分子在溶液内形成缔合 体，这种缔合

9、体称为胶束。 （2）临界胶束浓度：表面活性剂在溶液中形成胶束的起始溶液浓度称为临界胶束浓度 （简称CMC）。不同的表面活性剂各自有其临界胶束浓度特征值。构成胶束的表面活 性剂分子，其亲油基之间的作用力为范德华力。当表面活性剂水溶液的浓度达到CMC 值后，再加入表面活性剂，其单体分子浓度不再增加，而只能增多胶束的数量。 （3）右图为表面活性剂临界胶束浓度与性质的关系。,表面活性剂溶液的性质胶束（一）,三、胶束 （4）胶束的结构 浓度在CMC以上不太高的范围内胶束大都呈球状，为非晶态结构，有一个与液体 相似的内核，由疏水链组成。当浓度高于CMC10倍时，胶束呈棒状，这种棒状结构有 一定的柔顺性。浓

10、度再增高，棒厦门市胶大中小聚集成六角束。浓度更高时则形成层状 结构。如下图：,六角状,块状,表面活性剂溶液的性质胶束（二）,三、胶束 （5）临界胶束浓度性质及影响因素 （5.1）离子表面活性剂胶束的聚集数小，约为10100左右；非离子表面活性剂胶束 的聚集数都很大，原因是离子表面活性剂存在离子电荷排斥所致。 （5.2）在水溶液中，表面活性剂与溶剂之间相似性越大，其聚集数越小；相似性越 小，其聚集数越大。 （5.3）离子型表面活性剂中加入无机盐，胶团聚集数随无机盐浓度增加而增加。 非离子型加入无机盐对胶团聚集数影响不大。 （5.4）极性或非极性有机物质，产生增溶，使胶团胀大，从而增加胶团聚集数。

11、 （5.5）温度，离子型其对胶团聚集数没有太大影响； 非离子型，温度升高使胶团聚集数显著增加。 （5.6）亲水基位置和碳氢链分支的影响：亲水基越接近碳氢链中间者CMC越大。碳氢 链支化度越大，越难形成胶束。因此具有支链的表面活性剂的临界胶束浓度高 于具有相同碳数的直链表面活性剂。 （5.7）碳氢链上其他取代基影响：苯基，大约相当于3.5CH2；不饱和链较饱和链 具有较多剩余键能，所以其溶解性好，因此其临界胶束浓度增高，一般地说， 每增加一个双键，临界胶束浓度约增大3倍到4倍；在疏水基中引入极性基， CMC升高。,表面活性剂溶液的性质胶束（三）,三、胶束 （5）临界胶束浓度性质及影响因素 （5.

12、8）表面活性剂的碳氢链长：离子型C8-16范围内，同系物中增加一个CH2， CMC约下降一半；非离子型，增加疏水基碳原子数CMC下降程度更大，一般增 加两个CH2，CMC下降至1/10。 （5.9） 碳氟化合物：碳链上的氢全部被氟取代，CMC下降；碳链上的氢被部分取 代，CMC随取代程度的增加而变小；特殊，末端碳原子上的氢被氟取代，其 CMC反而升高。 （5.10）亲水基团的影响：离子型的极性基不同，CMC也有差异，按硫酸基磺酸基 羧酸基顺序使CMC增大；水溶液中离子型CMC远大于非离子型，疏水基相 同，离子型CMC大约为非离子（聚氧乙烯基）的100倍； 两性型CMC则与相 同碳原子数的疏水基

13、的离子型相似。 （5.11）反离子影响：添加无机盐使CMC下降，加入反离子使同电荷极性基团之间排 斥力减小，易于形成胶束；二价金属离子比一价降低CMC效应大；不同一价 金属离子影响大致相同，非金属阴离子按I-Br-CL-使CMC降低顺序。 （5.12）醇的影响：一般随醇的加入量增大CMC减少，减小CMC的能力随碳氢链增加 而增大。醇分子能穿入胶束形成混合胶束，减小离子间排斥力。,表面活性剂溶液的性质溶解度,四、表面活性剂的溶解度与温度的关系 （1）浊点：含有聚氧乙烯基的非离子表面活性剂的水溶液加热至一定温度时开始变混 浊，放冷后又可重新变为澄清，这种现象叫起浊现象，开始变混浊的温度 叫浊点。对

14、亲水基为聚氧乙烯链的非离子表面活性剂来说，亲油基相同 时，聚氧乙烯链越长，浊点越高。非离子表面活性剂是借助于聚氧乙烯链 中氧原子与水分子之间形成氢键而被溶解的，所以当温度低于浊点时，氢 键形成，非离子表面活性剂溶解；温度高于浊点时，氢键断裂，非离子表 面活性剂从水中游离出来。 （2）克拉夫点（Krafft point）：阴离子表面活性剂从某一温度开始，其溶解度显著增 大，溶解度急剧增大的温度称为克拉夫点。当温度高于克拉夫点时， 胶束发生溶解（也指阴离子降温时出现混浊的那个温度点）。,表面活性剂溶液的性质润湿作用,五、润湿作用 （1）润湿定义：固体表面上的气体（或液体）被液体（或另一种液体）取代

15、的现象。 （2）润湿类型：沾湿、浸湿、铺展三种。 0或不存在 表示铺展 0 90 表示浸湿 90 180 表示沾湿 180 表示不润湿 接触角越小，液体的润湿性越好 （3）举例：1、水、酒精在玻璃表面铺展即铺展润湿； 2、将纸或布浸入水中，水附着其表面或渗入其中即浸湿； 3、在玻璃上滴一滴水银，两者形成一定的接触面，即沾湿。 （4）通过改变界面张力可以改变物质的润湿性能。 （5）表面活性剂的润湿功能： 1、提高液体的润湿能力（在水中加入表面活性剂降低表面张力，使水在固体表面发生铺展）润湿剂； 2、改变固体表面的润湿性质（极性基团吸附在固体表面，非极性基团朝向气体形成定向排列吸附层，反润湿作用）

16、防水剂。, 为接触角,表面活性剂溶液的性质乳化作用（一）,六、乳化作用 （1）乳状液：两种互不相溶的液体，一种以微粒（液滴或液晶）分散于另一种中形成 的体系称为乳状液。 （2）乳化剂：形成乳状液时由于两液体的界面积增大，所以这种体系在势力学上是不 稳定的，为使乳状液稳定需要加入第三组分（乳化剂），即能降低互不 相溶的液体间的界面张力，使之形成乳浊液的物质。乳化剂属于表面活 性剂。 （3）乳状液种类：根据分散情形可分为两种，油分散到水中形成水包同型乳状液，以 O/W（油/水）表示；水分散到油中形成油包水型乳状液，以W/O （水/油）表示；还可能形成水包油包水（W/OW）型和油包水包油 型（O/W

17、/O）型的多元乳状液。 （4）乳化剂的要求：乳化剂是通过降低界面张力和形成单分子界面膜使乳状液稳定的。 1、乳化剂必须能吸附或富集在两相的界面上，使界面张力低； 2、乳化剂必须赋予粒子以电荷，使粒子间产生静电排斥，或在 粒子周围形成一层稳定的、黏度特别高的保护膜。 所以乳化剂物质必须具有两亲基团才能起乳化作用，即表面活性剂能满足这种要求。,表面活性剂溶液的性质乳化作用（二）,六、乳化作用 （5）乳状液的稳定性：指反抗粒子聚集而导致相分离的能力。乳状液在热力学上是不稳定的体 系，有较大的自由能，乳状液破坏时，分散相粒子很快地聚集，最终导致两相分离。影响乳状 液稳定的因素：1、内相的分散程度；2、

18、界面膜的强度；3、外相的粘度；4、相对体积比；5、 两相的密度。 （6）通常采用提高界面膜的强度和体系的粘度使体系保持稳定，方法： 1、当界面膜中有脂肪醇、脂肪酸和脂肪胺等极性有机物分子时，膜强度显著提高。这是因为 在界面吸附层中乳化剂分子与醇、酸和胺等发生作用形成复合物，使界面膜强度提高； 2、采用混合乳化剂，混合乳化剂在界面上，分子间发生作用形成络合物，由于分子间强烈作 用，界面张力显著降低，乳化剂在界面上吸附量显著增多，形成的界面膜密度增大，强度 提高； 3、离子型乳化剂可以使液珠带电，液珠间相互排斥，不易聚结，液珠吸附乳化剂离子越多， 基带电量越大，排斥力也越大； 4、分散介质的粘度越

19、大，乳状液稳定性越高，因为粘度越大，对液珠的布朗运动阻碍越强， 减缓了液珠之间的碰撞，通常能溶于乳状液的高分子物质均能提高体系的粘度； 5、加入固体粉末也能使乳状液稳定，原因在于聚集于界面的粉末增强了界面膜，要求固体粉 末能够被水润湿又能被油润湿，才会停留在水油界面上且大部分固体粉末处于外相。对于 苯和水的体系来说，碳酸钙、二氧化硅、氢氧化铁、以及铁、铜、镍、锌、铝等碱式硫酸 盐均易为水润湿，使体系形成O/W型乳状液；而炭黑、松香等易为油润湿，使体系形成 W/O型乳状液。,表面活性剂溶液的性质乳化作用（三）,六、乳化作用 （7）破乳：消除乳状液的稳定化条件，使乳状液发生破坏，常用方法有：机械法

20、、物 理法和化学法。 1、机械法： 离心分离法，水和油的密度不同，在离心力作用下，促进排液过程使乳状液破 坏，离心过程中加热，使外相粘度降低可加速排液过程； 2、物理法： 电沉降法、超声波法和过滤法等。电沉降法主要用于W/O型乳状液，在高压静电场 的作用下，油中的水滴聚结，使乳状液破坏；过滤破乳是使乳状液通过多孔材料， 如碳酸钙层，它仅能令水通过，而油保留在层上，粘土、砂料经亲油性大的表面活 性剂处理后，用作过滤层，它仅能令油透过，而水不能透过； 3、化学法： 改变乳状液的类型或界面性质，使它变得不稳定而发生破乳。在O/W型乳状液中加 入制备W/O型乳状液的乳化剂，或反之即可达到破乳的目的。,

21、表面活性剂溶液的性质增溶作用（一）,七、增溶作用 （1）定义：表面活性剂在水溶液中形成胶束后具有能使不溶于水的有机物的溶解度显 著增大的能力，且此时溶液呈透明状，胶束的这种作用称为增溶。乳化和 增溶的作用是连续的，但是本质上是不同的，增溶作用可使被增溶物的化 学势显著降低，使体系变得更稳定，在热力学上是稳定的，只要外界条件 不变，体系不随时间变化；而乳化在热力学上是不稳定的。 （2）增溶机理：被增溶物在胶束中的位置和状态取决于被增溶物和表面活性剂的类型。 1、单态模型：被增溶物的分子在胶束内存在的状态和位置是固定的，通常有4种方式： 1.1 非极性分子在胶束内部增溶 1.2 在表面活性剂分子间

22、的增溶 1.3 在胶束表面增溶 1.4 在聚氧乙烯链间的增溶 2、两态模型：胶束内部溶解被增溶物而成为“溶解态”；当极性较小，且能溶于胶束的 被增溶物具有表面活性时，则它亦能发生吸附使表面上过量，这种位于 极性较大的胶束水界面的吸附称为“吸附态”。当发生吸附作用时，吸 附量远远超过仅考虑烃内部溶解的量。,1 2 3 4,表面活性剂溶液的性质增溶作用（二）,七、增溶作用 1.1 非极性分子在胶束内部增溶 被增溶物进入胶束内芯，溶于液体烃内，烷烃、苯等简单烃类的增溶属于这种方式，其增溶量随表面活性剂的浓度增高而增大。 1.2 在表面活性剂分子间的增溶 被增溶物分子固定于胶束“栅栏”之间，即非极性碳

23、氢链插入胶束内芯，极性端牌表 面活性剂分子（或离子）之间，通过氢键或偶极子相互作用联系起来，当极性有机 物分子的烃链较长时，极性分子插入胶束内的程度增大，甚至极性基也被拉入胶束 内。长链醇、胺、酸和各种极性染料等极性化合物的增溶属于这种方式。 1.3 在脱束表面增溶 被增溶物分子吸附于胶束表面区域或靠近胶束“栅栏”表面区域。高分子物质、甘油、 蔗糖及某些不溶于烃的染料的增溶属于这种方式。当表面活性剂的浓度大于CMC 时，这种方式的增溶量为一定值，较上两方式的增溶量少。 1.4 在聚氧乙烯链间的增溶 具有聚氧乙烯链的非离子表面活性剂，其增溶方式与上述3种不同，被增溶物包藏于胶束外层的聚氧乙烯链内

24、。苯、苯酚即属于这种方式。 4种方式的增溶量顺序为4213。,表面活性剂溶液的性质增溶作用（三）,七、增溶作用 （3）影响增溶作用的因素：增溶量与增溶剂和被增溶物的分子结构及性质有关，也与 胶束的量即表面活性剂的临界胶束浓度有关。 1、增溶剂的分子结构和性质 1.1 碳氢链链长的影响：在同系的表面活性剂中，碳氢链越长，其胶束行为出现的浓度 越小，增溶能力越大。 1.2 极性被增溶物在聚氧乙烯型非离子表面活性剂水溶液中的增溶量随聚氧乙烯链的增 长而增大；具有相同聚氧乙烯链的非离子表面活性剂，其碳氢链越长，增溶越弱。 1.3 增溶剂的不饱和性和构型的影响：当表面活性剂分子中含有双键时，增溶能力下降

25、。 但被增溶物为芳香族或极性化合物时，增溶能力却较大；亲油基具有分支的表面活 性剂，其增溶能力较直链的小，支链亲油基阻碍被增溶物穿入胶束的缘故。 1.4 增溶剂的离子性质的影响：表面活性剂增溶作用与CMC和胶束疏松度有关。非离子 增溶能力大于相应离子型，因为非离子型表面活性剂的CMC较相应离子表面活性剂 不的多；阳离子增溶能力大于具有相同碳氢链的阴离子表面活性剂，因为阳离子形 成的胶束比较疏松的缘故。具有相同亲油基的表面活性剂对烃类和极性有机物的增 溶作用顺序非离子阳离子阴离子。,表面活性剂溶液的性质增溶作用（四）,七、增溶作用 2、被增溶物的分子结构和性质 2.1 被增溶物分子的链长、环化、

26、不饱和度及支化度 脂肪烃和烷基芳烃的增溶量随本身链长增大而减小；环化使增溶量增大；不饱和化 合物的增溶量较相应的饱和化合物要大；带支链的饱和化合物的增溶量与相应的直 链异构体大致相同。多环化合物的增溶量随分子量增大而减小，甚至还小于分子量 相等的直链化合物。 2.2 摩尔体积和曲面压：碳氢化合物的增溶量随摩尔体积的增大而减小；胶束内层由于 受胶束弯曲界面产生的压力影响，使得被增溶物分子穿入胶束受阴，从而导致增溶 量减小，胶束的曲率半径越小，增溶量越小。 2.3 被增溶物的极性：被增溶物的增溶量随本身极性增大而增高。 3、电解质 3.1 在离子表面活性剂溶液中加入无机盐可增加烃类的增溶量，减少极

27、性有机物的增溶 量。加入无机盐使CMC降低，胶束数量增多，所以增溶力增大；但加入无机盐使胶 束“栅栏”分子间的斥力减小，分子排列更紧密，减少了极性化合物被增溶的位置。 3.2 在非离子表面活性剂溶液中加入无机盐，其浊点降低，增溶量增高，随加入盐的浓 度增大而增高。,表面活性剂溶液的性质增溶作用（五）,七、增溶作用 4、有机添加物 在表面活性剂溶液中加入非极性有机化合物（烃类），会使胶束增大，有利于极性 有机化合物插入胶束“栅栏”间，使极性被增溶物的增溶量增高。反之在表面活性剂 溶液中加入极性有机化合物，则能使碳氢化合物的增溶量增大。极性有机物的碳氢 链越长，极性越小，碳氢化合物的增溶量增加得越

28、多，例如硫醇、胺和醇对增溶能 力影响的顺序为：RSHRNH2ROH。体系增加了一种有机物后，使另一种有机 物的增溶量降低，因为两种化合物分子对胶束“栅栏”位置发生竞争占据的缘故。 5、温度 5.1 温度影响增溶的因素有二：第一，温度变化导致胶束性质变化；第二，温度变化可 引起被增溶物在胶束中溶解情况发生变化。温度对离子表面活性剂胶束大小影响不 大，主要是影响被增溶物在胶束的溶解度，增容量随温度升高而增高。,表面活性剂溶液的性质增溶作用（六）,七、增溶作用 5.2 对具有聚氧乙烯链的非离子表面活性剂来说，温度升高，聚氧乙烯的水化作用减小，胶束易于形成，胶束聚集数也显著增大，非极性碳氢化合物和卤代

29、烷烃等增溶 量增大。对于极性被增溶物来说，其增位置在胶束“栅栏”界面区域，温度上升起始 阶段增溶能力随温度升高而增大，继续升高温度，聚氧乙烯链脱水而易于缩卷，使 胶束“栅栏”增溶空间减小，增溶能力下降，对于碳氢链较短的极性化合来说，在接 近浊点时，其被增溶能力更为显著。对于某些醇，增溶量随温度升高而下降。 6、混合表面活性剂 以等摩尔数混合的两种同电荷的离子表面活性剂的混合液，其增溶能力处于该两种 表面活性剂单独增溶能力之间。阴离子和阳离子表面活性剂的混合液，其增溶能力 较两者中任一种均大得多。,表面活性剂溶液的性质泡沫性能（一）,1、泡沫定义：指气体分散在液体或固体中的分散体系，气体为分散相

30、，液体或固体为 分散介质，前者称为液体泡沫，后者称为固体泡沫，如泡沫塑料、泡沫 水泥等。 2、泡沫的形成：我们这里所说的泡沫指被液体薄膜隔离开的气泡的聚集物。这种泡沫 由于分散相（气体）和分散介质（液体）的密度相差较大，加之液体 的粘度低，因此气泡总是能很快的升到液面。形成泡沫的过程是将大 量气体带入液体，液体中的气泡又很快返回到液面，形成由少量液气 隔开的气泡聚集体。 3、泡沫形态：液体泡沫中各气泡交接处称为拉普拉斯交界。 液膜中P点的压力小于A点，故液体自动地从 A点向P点流动，于是液膜逐渐变薄（此过程 称为泡沫排液过程），当液膜变薄到一定程 度，即会导致泡沫破裂，所以线芯液体不能 形成稳

31、定的泡沫。,泡沫交界,表面活性剂溶液的性质泡沫性能（二）,4、泡沫的稳定性：泡沫是一种热力学不稳定的体系，最后的趋势是破泡之后体系内液体的总表面积减小，自由能降低，消泡过程就是隔开气体的液膜由厚变薄，直至破裂的过程，因此，泡沫的稳定程度主要是由排液快慢和液膜的强度决定的，其影响因素有以下几种： 4.1 表面张力：低表面张力对于泡沫的形成比较有利，但不能保证泡沫稳定，表面张力 低，压差小，排液速度变慢，液膜主薄较慢，有利于泡沫的稳定。 4.2 决定泡沫稳定性的关键因素在于液膜强度，而液膜强度主要决定于表面吸附膜的坚 固性，以表面粘度为其量度。表面粘度较大的溶液所生成的泡沫寿命较长。这是因 为表面

32、吸附分子间的相互作用导致膜强度增大，从而提高泡沫的寿命。 4.3 溶液粘度：当液体本身的粘度增大时，液膜中的液体不易排出，液膜厚度变薄的速 度较慢，延缓了液膜破裂的时间，增加了泡沫的稳定性。 4.4 表面张力的“修复”作用：表面活性剂吸附于表面的液膜，有反抗液膜表面扩张或收 缩的能力，将这一能力称为修复作用。因为有表面活性剂在表面上吸附的液膜，扩 张其表面积将降低表面吸附分子的浓度，增大表面张力。进一步扩大表面将需要做 更大的功，反之表面积收缩将增加表面吸附分子的浓度，即减小表面张力，不利于 进一步的收缩。,表面活性剂溶液的性质泡沫性能（三）,4.5 气体通过液膜的扩散：由于毛细压力的存在，泡

33、沫中小泡压力要比大泡压力高，会 造成小泡中的气体透过液膜扩散到低压的大泡中，造成小泡变小，大泡变大，最终 泡沫破裂的现象。如果加入表面活性剂，发泡时则可使泡沫均匀细密，不易消泡。 由于表面活性剂紧密排列在液膜上，透气困难，而使泡沫更加稳定。 4.6 表面电荷的影响：如果泡沫液膜带有相同符号的电荷，液膜两个表面将互相排斥， 防止了液膜变薄乃至破坏。离子型表面活性剂可起这种稳定作用。 综上所述，液膜强度是决定泡沫稳定性的关键因素，作为起泡剂和稳泡剂的表面 活性剂，其表面吸附分子排列的紧密性和牢固性是最重要的因素。表面吸附分子相互作 用强时，吸附分子排列结构紧密，这不仅使表面膜本身具有较高的强度，而

34、且因表面粘 度较高使邻近表面膜的溶液不易流动，液膜排液相对困难，液膜的厚度易于维持，此 外，排列紧密的表面分子还能减低气体分子的透过性从而也可增加泡沫的稳定性。 5、消泡：破坏泡沫的基本原则就是改变产生泡沫的条件或消除泡沫的稳定因素，有物 理和化学两种消泡方法。 5.1 物理消泡：维持泡沫溶液的化学成分不变的情况下改变泡沫产生的条件，如外力的 扰动、温度或压力的改变以及超声波处理等。,表面活性剂溶液的性质泡沫性能（四）,5.2 化学消泡：加入某些物质与起泡剂发生作用，降低泡沫中液膜的强度进而降低泡沫 的稳定性以达到消泡的目的，这种物质称为消泡剂。消泡剂大多数为表面活性剂， 消泡剂应当具有较强的

35、降低表面张力的能力，容易吸附在表面上，且表面吸附分子 间的相互作用较弱，吸附分子排列结构较为疏松。 5.3 消泡剂的性质：有效的消泡剂即要能迅速破泡，又要能在相当长的时间内防止泡沫 生成。有些消泡剂在加入溶液后，经一段时间便消失消泡能力，其原因是溶液中起 泡剂的浓度大于CMC，加入的消泡剂被起泡剂胶束所增溶，以致不能在液膜上铺 展，造成消泡能力显著下降。一般地说，开始加入消泡剂时，在液膜上的铺展速度 大于胶束增溶的速度，所以表面出良好的消光效果，经一段时间后，随着消泡剂被 增溶，消泡作用减弱。 5.4 消泡剂种类：1、醇类，常用的是具有分支结构的醇，如二乙基己醇、异辛醇、异 戊醇、二异丁基甲醇

36、等；2、脂肪酸及脂肪酸酯，如牛脂、猪脂、失水山梨酸单月 桂酸酯、三油酸酯、甘油脂肪酸酯、双乙二醇月桂酸酯以及蓖麻油、豆油等；3、 酰胺，如二硬脂酰乙二胺、二棕榈酰乙二胺、油酰二乙烯三胺缩合物等；4、磷酸 酯，如磷酸三丁酯、磷酸三辛酯、磷酸戊酯、辛酯有机胺盐等；5、有机硅化合 物，如硅油、主要是烷基硅油；6、卤化有机物，如氯化烃、氟化烃、多氯化烃等。 此外某些金属皂，如硬脂酸和棕榈酸的铝、钙、镁皂等。,表面活性剂的分类,（1）按表面活性剂在水溶液中能否解离或解离后所带电荷类型分为： 非离子表面活性剂、阴离子型表面活性剂、阳离子型表面活性剂 和两性离子表面活性剂； （2）按表面活性剂在水和油中的溶

37、解性可分为水溶性和油溶性表面 活性剂； （3）按分子量分类：可将分子量大于10000者分为高分子表面活性 剂，分子量在100010000者分为中分子表面活性剂，分子量 在1001000者分为低分子表面活性剂。 （4）特殊表面活性剂类（又称元素表面活性剂）； （5）生物表面活性剂类； （6）冠醚型表面活性剂。,阴离子表面活性剂功能特性,1、定义：在水溶液中离解时生成的表面活性离子带负电荷； 2、功能特性： （1）阴离子表面活性剂在低温下较难溶解，随温度升高溶解度加大，溶解度达到极限 时会析出表面活性剂的水合物，水溶液加热至一定温度时，表面活性剂分子发生 缔合，溶解度会急剧增大； （2）与阳离子配

38、伍，可形成具有高表面活性的分子复合物，但也容易生成沉淀。 （3）抗硬水性能差，对硬水的敏感次序为： 羧酸盐磷酸盐硫酸盐磺酸盐 （4）在疏水链与阴离子头基之间引入短的聚氧乙烯链可极大的改善其耐盐性能； （5）在上述位置引入短的聚氧丙烯链可改善其在有机溶剂中的溶解度，但同时也降低 了其生物降解性能； （6）羧酸盐在酸中易析出羧酸，硫酸盐在酸中易发生自催化作用而分解； （7）阴离子表面活性剂是家用洗涤剂、工业清洗剂、干洗剂和润湿剂的重要组 成部分。 （8）阴离子表面活性剂一般具有良好的渗透、润湿、乳化、分散、增溶、起泡、抗静 电和润滑等性能，用作洗涤剂有良好的去污能力。,阴离子表面活性剂分类,按照亲

39、水基可分为： （1）羧酸盐：R-COO-Na+（K+、NH4+） （2）硫酸酯盐：R-OSO3- Na+（K+、NH4+） （3）磺酸盐： （4）磷酸酯盐： 双酯盐 单酯盐 （5）脂肪酰肽缩合物：C17H33CO(NHCHCH3CO)nONa （油酰氨基酸钠）,阴离子表面活性剂产品（一）,1、羧酸盐： （1）硬脂酸钠疏水性强，难溶于冷水，易溶于热水和热乙醇中，在低温下去污力差，主要用作化 妆品乳化剂。硬脂酸的钾盐和铵盐也用于此； （2）油酸钠，由于分子中有双键，所以分子的极性大，亲水性好，易溶于水，去污力也较好； （3）月桂酸钾易溶于水、起泡力大，主要用于液体皂和香波生产，也常用作乳化剂。 2

40、、磺酸盐： （1）烷基苯磺酸盐，支链为硬性型，直链为软性型（LAS），在硬水中不易与钙、镁离子形成沉 淀，即耐酸又耐碱，有良好的去污力、渗透力、润湿力和起泡力。主要是十二烷基苯磺酸钠或 铵盐；有良好的洗涤去污力和发泡性能，大量用于洗衣粉和家用洗净剂中，也可适量金属脱脂 剂；在造纸工业中用作树脂分散剂、毛毡洗涤剂、脱墨剂；在农药中用作乳化剂、颗粒剂和可 湿性粉末用的分散剂；在皮革工业中用作渗透脱脂剂；在肥料工业中用作防结块剂；在水泥工 业中用作加气剂等。 （2）烷基磺酸盐与烷基苯磺酸盐相比，耐硬水稳定性和生物降解性均好些； （3）琥珀酸酯磺酸盐（二辛基琥珀酸酯磺酸钠）在硬水中稳定，洗涤和发泡性能

41、好，无毒性，对 皮肤刺激性小，有良好的润湿性能，多用于香波、泡沫浴和牙膏生产中。 （4）烯烃磺酸盐简称AOS，是链烯基磺酸盐和羟基烷基磺酸盐的混合物，碳数为1518时具 有优异的去污力、志泡力和渗透力，其中以C16在硬水中去污力最好，起泡力最高，与烷基苯 磺酸盐相比，生物降解性好，对皮肤刺激性低、毒性小，用作洗涤剂可使织物有良好的手感， 还能防止粉状洗涤剂结块，广泛用作粉状合成洗涤剂、厨房用洗涤剂和香波等。,阴离子表面活性剂产品（二）,2、磺酸盐： （5）脂肪酸乙酯磺酸钠盐，对皮肤刺激性小，性温和，主要用于香皂和香波中。 （6）仲醇聚氧乙烯醚琥珀酸酯磺酸盐，具有表面张力低，去污力高、泡沫触感柔

42、嫩、 抗硬水性强的性能，对眼睛、皮肤刺激性极低，适合作香波、婴儿用洗涤剂、泡 沫浴和丝、毛洗涤等家用洗涤剂的原料，也可作为工业用特殊的乳化剂。 （7）石油磺酸盐（混合盐），常用于切削油，在农药中作乳化剂，在矿物浮选中用作 泡沫剂，在燃料油中用作分散剂，高分子量的用作金属防锈油中的防蚀剂。大量 的石油磺酸钠用于石油开采，特别是3次采油提高采收率。 （8）N,N油酰甲基牛磺酸钠（C17H33CONCH3CH2CH2-SO3Na）（209洗涤剂），在 纺织工业中用作染料助剂、洗绒剂、精炼剂等。 （9）丁基萘磺酸钠（拉开粉），具有良好的润湿力、乳化力和分散力。 （10）脂肪酰胺磺酸钠（净洗剂LS）具有

43、良好的洗涤力、乳化力、渗透力、起泡力， 也具有很好的匀染、柔软性能，对钙皂分散力强，耐酸、耐碱、耐硬水、耐电解 质和耐热等性能均好，但耐氧化性能较差。在印染工业中，用作毛织物的净洗 剂，织物经其洗后手感柔软；了用作棉织物印花后的净洗剂、还原染料和酸性染 料的匀染剂。,阴离子表面活性剂产品（三）,3、硫酸酯盐： 硫酸酯盐表面活性剂的化学通式ROSO3M（式中M为Na、K、N（CH2CH2OH）3、碳链中碳数 为818）。具有良好的发泡力和支污力，耐硬水性能好，其水溶液呈中性或微碱性，主要用于洗涤 剂中。 （1）脂肪醇硫酸酯盐，与肥皂相比，溶解性大，即使在高浓度水溶液中也不会像形成像肥皂那样的 凝

44、胶，而保持液体状态，水溶液呈中性，在碱性或弱酸性条件下不水解，性能稳定。代表产品 十二烷基硫酸钠（K12），易溶于水，可用作家用洗涤剂、化妆品和药物的乳化剂、起泡剂， 其铵盐或三乙醇铵盐可用于清洁剂和起泡剂以及香波等中。 （2）以烯烃为原料制备的仲醇硫酸酯盐极易溶于水，可得到浓溶液，有良好的起泡力，主要用 于液 体洗涤剂的生产。 （3）磺化蓖麻油，溶解度大，较一般肥皂的耐硬水性和耐酸性好，润湿力和渗透力好，乳化力也 高，去污力较肥皂差。在纺织业中，用作织布油剂、纤维整理剂、柔软剂、润滑剂、润湿剂、 染色助剂等；在皮革工业中用作光亮剂、柔软剂等；在农药、金属工业中用作乳化剂等。 （4）脂肪醇聚氧

45、乙烯醚硫酸钠（AES），分子中接有聚乙二醇链，所以其溶解性和起泡力均有提 高，性能也较温和，并具有良好的增溶性。用于香波和各种洗涤剂的生产。,阴离子表面活性剂产品（四）,3、硫酸酯盐： （5）脂肪胺聚氧乙烯硫酸钠， 具有良好的去法力，适合作丝绸、锦纶织物印染后的净洗剂。 （6） 3酰基甘油1，2二硫酸酯盐， 吸水性较强，不适合颗粒状洗涤 品的生产 ，主要用于生产轻垢型 洗涤液。 4、脂肪酰肽缩合物：脂肪酸酰氯与氨基酸钠进行缩合反应可获得性能温和、洗涤力和起泡力均好的 阴离子表面活性剂。 （1）油酰氨基酸钠（雷米邦A或613洗涤剂），具有较好的去污力，耐硬水和碱，在强酸中发生分 解，在毛纺、丝绸

46、、合成纤维、印染工业中用作洗涤剂、乳化剂、扩散剂；在棉纺工业中用于 缩绒、煮练、上浆、退浆、匀染工序；在皮革工业中用作脱脂剂；在金属加工中用作金属表面 去油剂。用于洗涤蛋白质纤维织物，洗后柔软、有光泽、有弹性。产品性温和，对皮肤无刺 激，也适用于生产皮肤清洁剂和护肤香脂，还可用作钙皂分散剂。 （2）月桂酰肌氨酸钠（C11H23CONCH3CH2COONa），溶于水，能产生大量泡沫，有阻止发酵的能 力，用于牙膏生产中。,阴离子表面活性剂产品（五）,5、磷酸酯盐： 分为单酯和双酯盐，与硫酸酯盐相比，磷酸酯盐耐热、耐酸性能良好， 对皮肤也较温和，刺激性小。 磷酸酯盐表面活性剂一般较少单独使用，大多数

47、是作为各种用途的配合 成分使用。由于磷酸酯盐对硬表面有极好的洗净性能，故可用于金属洗净和电 镀；又由于它易溶于有机溶剂，故还可与溶剂配合用作干洗洗涤剂；还可用作 乳化剂、增溶剂、抗静电剂和抗蚀剂和合成树脂、涂料等的颜料分散剂等。,阳离子表面活性剂功能特性,1、定义：在水溶液中离解时生成的表面活性离子带正电荷；其亲水基主要以含氮为主。 2、功能特性： （1）阳离子表面活性剂比阴离子表面活性剂的去污力和发泡性要差得多。 （2）与阴离子配伍，可形成具有高表面活性的分子复合物，但也容易生成沉淀。 （3）阳离子表面活性剂很少用作洗涤剂，因很多基质表面都带有负性表面电荷，在使 用过程带正电的阳离子表面活性

48、剂不去溶解污垢而是吸附在基质表面。 （5）织物的柔软剂，表面活性剂的正电荷一端吸附在织物表面，而将疏水端伸向外部。 （6）防霉、杀菌，脂肪胺及其季铵盐可定向在细菌半透膜与水或空气的界面上，紧密 排列的界面分子膜阻碍了有机体的呼吸或切断了营养物质的来源致其死亡。 （7）缓蚀剂，油田二次开采，向岩层注入高压水或酸液，管道需防腐，脂肪胺类在吸 收酸中的氢质子后形成的铵盐能定向排列在金属或管道内壁的和酸液的界面上， 形成紧密的保护膜，保护金属免受酸的腐蚀。 （8）还可以作为染色助剂、浮选剂、萃取剂和石油沥青乳化剂等。,阳离子表面活性剂分类,按氮原子在分子结构中的位置可分为胺盐、季铵盐、氮苯和咪唑啉型4

49、类： （1）胺盐型：烷基胺盐（伯、仲、叔胺） 氨基醇脂肪酸衍生物型 多胺脂肪酸衍生物型 咪唑啉型 （2）季铵盐型：烷基三甲基季铵盐 烷基二甲基苄基季铵盐 烷基酰胺丙基三甲基季铵盐 吡啶鎓盐 烷基异喹啉鎓盐 二烷基二甲基季铵盐 苄索氯铵,阳离子表面活性剂产品（一）,1、胺盐型：这类表面活性剂的疏水基碳数在1218之间，其主要用途是作纤维助剂、 矿物浮选剂、分散剂、乳化剂和防锈剂。 （1）烷基胺盐，适合制造烷基胺盐型的胺有十二烷基胺和十八烷基胺，这类表面活性 剂可用作乳化剂、破乳剂、防锈剂、矿物浮选剂、纤维助剂和颜料分散剂等。 （2）氨基醇脂肪酸衍生物型， 主要用作纤维柔软剂，缺点是 连接在疏水基

50、上的酯键易发生水解。 （3）多胺脂肪酸衍生物型， 疏水基与酰胺键相接，故不发 生水解，主要用作纤维柔软剂。 （4）咪唑啉型， 主要用于纤维柔软剂，而咪唑啉 衍生物可用作合成季铵盐和两性 表面活性剂的中间体，也可用作 破乳剂。,阳离子表面活性剂产品（二）,2、季铵盐型：季铵盐阳离子表面活性剂的碱性较强，在碱性溶液中不产生游离 铵，性质稳定。可用作纤维的抗静电剂、柔软剂、缓染剂、固色剂等，还可 用作杀菌消毒剂和毛用化妆品的护发剂等。 （1）烷基三甲基季铵盐，代表产品有十六/十八烷基三甲基氯化铵 （1631/1831），可用于洗发调理剂、杀菌洗涤剂、抗静电剂、织物柔软 剂、匀染剂等。 （2）烷基二甲

51、基苄基季铵盐，代表产品有十二烷基二甲基苄基氯化铵 （1227），有很强的杀菌消毒能力，对皮肤无刺激，无毒性，对金属不腐 蚀，即使在沸水中亦稳定，还具有良好的发泡力，主要用作腈纶的匀染剂 和水处理剂。 （3）烷基酰胺丙基三甲基季铵盐，代表产品棕榈/硬脂/山嵛酰胺丙基三甲基氯 化铵（SS-16、18、22阳离子）具有良好的调理性，增厚性，保湿、柔软、 抗静电等特性，主要用于香波、沐浴露、护发素等。,阳离子表面活性剂产品（三）,2、季铵盐型： （4）二烷基二甲基季铵盐（或酯基季铵盐），代表产品双氢化牛脂基乙酯基二甲基氯化 铵（3512），主要用于织物柔顺剂。 （5）吡啶鎓盐， 代表产品有氯化十六烷基

52、吡啶鎓等， 主要用作纤维防水剂、染色助剂和 杀菌剂，用量较少。 （6）烷基异喹啉鎓盐， 该品有良好的杀菌剂，也可配入 去头屑用的香波或护发素中。 （7）苄索氯铵， 与1227性质 相同，主要 用作杀菌剂,两性离子表面活性剂分类,1、定义：兼有阴离子性和阳离子性的亲水基，酸性条件下（低于等电点）呈阳离子 性，在碱性条件下（高于等电点）呈阴离子性，在中性溶液中（等电点）类 似于非离子表面活性剂的性质。 2、两性表面活性剂阳离子部分可以是胺盐、季铵盐和咪唑啉类；阴离子部分可以是羧 酸盐、硫酸盐、磺酸盐和磷酸盐等。 （1）甜菜碱型：烷基甜菜碱 酰胺丙基甜菜碱 磷酸甜菜碱 磺基甜菜碱 （2）氨基酸型：丙

53、氨酸盐 甘氨酸盐 （3）咪唑啉型,两性表面活性剂功能特性（一）,1、等电点：又称等电区或等电带，在静电场中，由于电荷作用，阴离子形式存在的两 性表面活性剂离子将向阳极移动，以阳离子形式存在的离子将向阴极移动。在一个 狭窄的PH值范围内，两性表面活性剂以内盐的形式存在，此时将该表面活性剂的溶 液放在静电场中时，溶液中的双离子将不向任何方向移动，即分子内的静电荷为零。 此时溶液的pH值被称为该表面活性剂的等电点。 2、强阴离子强阳离子，AC类型 弱阴离子强阳离子，aC类型 强阴离子弱阳离子，Ac类型 弱阴离子弱阳离子，ac类型 3、临界胶束浓度与pH值的关系：cmc随着pH值的增加而增加，在等电点

54、区cmc最低。 4、发泡性和溶解度与pH值的关系：在等电点区，活性剂以内盐形式存在，其溶解度及 泡沫量均最低；高于等电点时，呈现阴离子表面活性剂的特征，发泡快，泡沫丰富 而且松大，溶解度迅速增加；低于等电点时，呈现阳离子表面活性剂的特征，泡沫 量和溶解度也较高。,pH,14,7,0,A,C,a,C,A,c,a,c, ,等电点区,两性表面活性剂功能特性（二）,5、在基质上的吸附量及杀菌性与pH值的关系，在pH值低于等电点时，显示阳离子特 性，在羊毛和毛发上的吸附量最大，亲和力强，杀菌力也比较强。在pH值高于等电 点时，显示阴离子性，上述性能不理想。 6、 酸性介质中 碱性介质中 中性介质中 7、

55、可以同其他所有类型的表面活性剂进行复配，且一般都会产生协同增效作用。 8、性能温和，毒性和刺激性小。 9、具有极好的耐硬水性和耐高浓度电解质，甚至在海水中也可以有效地使用。 10、具有良好的乳化性、分散性、柔软平滑性和抗静电性。 11、可以吸附在带有负电荷或正电荷的物质表面上，而不产生憎水薄层，因此有很好的 润湿性和发泡性。 12、具有一定的杀菌性和抑霉性。 13、具有良好的生物降解性。,两性表面活性剂功能特性（三）,14、洗涤剂及香波组分：安全性好，毒性低，对皮肤和眼睛的刺激性 小可用于婴儿用品中。 15、杀菌性：可用于外科手术、医疗器械等的消毒。 16、纤维柔软剂：可用于天然纤维也可用于合

56、成纤维，不影响纤维的 色光、不易使之泛黄，不产生污染。 17、缩绒剂：羊毛织成呢后，需要进行缩绒以使织物在长度和亮度上 达到一定程度的收缩，同时使其增加厚度及保暖性。 18、还可以作为抗静电剂、金属防锈剂、电镀助剂等。,两性表面活性剂产品（一）,1、甜菜碱型： 甜菜碱是在分子内以季铵盐基作为阳离子部分，以羧基、磺基等作为阴离子部分的化合物。在任 何pH值下多能溶于水，既使在等电点下也不会发生沉淀；不会因温度升高而混浊；水溶 液的渗透性好、泡沫性强。分散性好。可作为洗涤剂、染色助剂、柔软剂、抗静电剂和 杀菌剂等。杀菌力不及阳离子活性剂，在酸性溶液中对绿脓杆菌有作用，但对金黄葡萄 球菌及大肠杆菌则

57、以碱性时的杀菌力较强。 （1）烷基甜菜碱： 式中的烷基碳数一般为1218。碳数为12的为月桂基二甲基甜菜碱（BS-12），易溶于水，是透明状 溶液，具有良好的起泡力和洗涤力，对皮肤刺激性小，耐硬水，可用作香波起泡剂或染色助剂。碳数 为18的为硬脂基二甲基甜菜碱，有柔软、润滑、抗静电性能，可用作纤维的柔软剂和润滑剂，提高手 感性能，亦可用作护发剂和家用柔软剂成分。 （2）酰胺丙基甜菜碱： 代表产品有椰油酰胺丙基甜菜碱（CAB）和月桂酰胺丙基甜菜碱（LAB）等，性质温和，刺激性小， 耐硬水，优良的稳泡、增稠和调理性，有酰胺基团，与头发皮肤有亲和力。,两性表面活性剂产品（二）,1、甜菜碱型： （3） 烷基羟乙基甜菜碱 在纺织工业中用作缩绒剂、染色助剂、柔软剂和抗静电剂，也用作洗涤剂。 （4）磺基