模块一表面活性剂性质定义完整版

1、 指甲油指甲油 香香 水水 表面张力与表面活性表面张力与表面活性 当任意两相接触时当任意两相接触时, , 两相之间决非是一个没有两相之间决非是一个没有 厚度的纯几何面厚度的纯几何面, ,而是一个具有相当厚度的过渡而是一个具有相当厚度的过渡 区区, , 这一过渡区通常称之为这一过渡区通常称之为界面界面。 若其中一相为气体，这种界面通常称为若其中一相为气体，这种界面通常称为表面表面。 但由于历史的原因但由于历史的原因, , 这两个概念常常混用。这两个概念常常混用。 常见的界面有：常见的界面有：气气- -液液界面，界面，气气- -固固界面，界面，液液 - -液液界面，界面，液液- -固固界面，界面，

2、固固- -固固界面。界面。 气气- -液界面液界面 气气-固界面固界面 液液-液界面液界面 液液-固界面固界面 固固-固界面固界面 气相气相 液相液相 （a） （b） 表面活性剂分子表面活性剂分子 疏水基团疏水基团 亲水基团亲水基团 石蜡分子上没有亲水基，因此石蜡的石蜡分子上没有亲水基，因此石蜡的HLB=0HLB=0； 油酸分子上只有一种弱的亲水基油酸分子上只有一种弱的亲水基羧基，其羧基，其HLB=1HLB=1 聚乙二醇分子上完全是亲水基，因此其聚乙二醇分子上完全是亲水基，因此其HLB=20HLB=20； 所以对于非离子型表面活性剂，其所以对于非离子型表面活性剂，其HLB=0HLB=02020

3、； 对于离子型表面活性剂，规定油酸钠对于离子型表面活性剂，规定油酸钠1818，油酸，油酸 钾钾20,20,十二烷基硫酸钠十二烷基硫酸钠=40=40。 所以对于阴、阳离子型表面活性剂，其所以对于阴、阳离子型表面活性剂，其 HLB=0HLB=04040； 对于一些非离子型表面活性剂，对于一些非离子型表面活性剂，GriffinGriffin给出了一些经验公给出了一些经验公 式：式： 对于多元醇脂肪酸酯，其公式为：对于多元醇脂肪酸酯，其公式为： 式中：式中： S S酯的皂化值；酯的皂化值； A A脂肪酸的酸值。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：对于聚氧乙烯非离子型表面活性剂，其

4、公式为： 式中：式中： E E活性剂分子中氧化乙烯的质量百分数。活性剂分子中氧化乙烯的质量百分数。 这些计算都不准确，现在用了一些试验的方法，如乳化法这些计算都不准确，现在用了一些试验的方法，如乳化法 等。等。 在表面活性剂有关书籍或手册中可以查到某活性剂的在表面活性剂有关书籍或手册中可以查到某活性剂的HLBHLB。 )1 (20 A S HLB 5 E HLB 把表面活性剂的结构分解为一些基团，每把表面活性剂的结构分解为一些基团，每 个基团对个基团对HLBHLB值均有各自的贡献，通过实验值均有各自的贡献，通过实验 测得各基团对测得各基团对HLBHLB值的贡献，称做值的贡献，称做“基团基团 数

5、数”，其中亲水基的为正值，亲油基的为，其中亲水基的为正值，亲油基的为 负值，然后，将各亲水、亲油基的负值，然后，将各亲水、亲油基的HLBHLB基团基团 数代入下式中，即可计算出离子型表面活数代入下式中，即可计算出离子型表面活 性剂的性剂的HLBHLB值。值。 )()(7亲油基的基团数亲水基基团数值HLB 混合表面活性剂的混合表面活性剂的HLBHLB值值 当多种表面活性剂混合时，其当多种表面活性剂混合时，其HLBHLB值具有值具有 加合性，即有：加合性，即有： 式中，式中，W Wi、HLBHLBi分别为混合表面活性剂中分别为混合表面活性剂中i 组分的质量和百分比浓度。组分的质量和百分比浓度。 n

6、 i ii iBA iiBBAA mix HLBx WWW HLBWHLBWHLBW HLB 1 . . 值 表面活性剂的表面活性剂的HLB与应用的对应关系与应用的对应关系 表面活性剂概述表面活性剂概述 表面活性剂在水中的性表面活性剂在水中的性 质质 HLBHLB用用 途途 不分散不分散 0 0 2 2 W/OW/O型乳化剂型乳化剂4 4 分散不好分散不好6 6 不稳定乳状分散体不稳定乳状分散体8 8 润湿剂润湿剂 稳定乳状分散体稳定乳状分散体1010 半透明至透明的分散体半透明至透明的分散体1212 洗涤剂洗涤剂 O/WO/W型乳化剂型乳化剂 透明溶液透明溶液 1414 1616 增溶剂增溶

7、剂 1818 磷脂的内盐部分具有亲水性亲水性，脂肪酸长链烃基部分 具有疏水性疏水性，因此磷脂是天然的表面活性剂表面活性剂，它在 生物体内能使油脂乳化，有助于油脂的运输、消化油脂的运输、消化 和吸收和吸收。 表面活性剂表面活性剂一词来自英文一词来自英文Surfactant。 它实际上是短语它实际上是短语Surface（表面）（表面） Active（活性）（活性） Agent（添加剂）的缩合词。（添加剂）的缩合词。 表面活性剂表面活性剂是这样一种物质，它活跃于表面和界面是这样一种物质，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。上，具有极高的降低表、界面张力的能力和效率。 在一

8、定浓度以上的溶液中形成分子有序组合体，从在一定浓度以上的溶液中形成分子有序组合体，从 而具有一系列应用功能。而具有一系列应用功能。 表面活性剂分子表面活性剂分子 非极性烃链（疏水）非极性烃链（疏水） 极性基团（亲水）极性基团（亲水） 硬脂酸硬脂酸 阴离子表面活性剂 RCOONa羧酸盐 R-OSO3Na 硫酸酯盐 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 表面活性剂 按离子类型按离子类型 阳离子表面活性剂 R-NH2HCl伯胺盐 CH3 | R-N-HCl仲胺盐 | H CH3 | R-N-HCl叔胺盐 | CH3 CH3 | R-N

9、+-CH3Cl-季胺盐 | CH3 伯胺盐伯胺盐 R-NH3 季季铵铵盐盐 CH3 | 例如例如 C16H33-N+-CH3Br | CH3 十六烷基溴化铵十六烷基溴化铵( (俗称俗称1631)1631) 吡啶盐吡啶盐 例如例如 C12H25(NC5H5)+ 两性表面活性剂 R-N+HCH2-CH2COO-H 氨基酸型 CH3 | R-N+-CH2COO-H 甜菜碱型 | CH3 氨基酸型氨基酸型 R-NH2CH2-CH2COO 洗涤性能良好，常作为特殊洗涤剂洗涤性能良好，常作为特殊洗涤剂 (2)甜菜碱型甜菜碱型 CH3 R-N+-CH2COO- CH3 去污力强，对纤维有保护作用去污力强，对

10、纤维有保护作用 -由于其特殊结构，具有许多优异性能，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，特别有抗静电、杀菌、防腐蚀等使用性能，特别 是其是其极低毒性极低毒性和和无刺激性无刺激性以及良好的生物降以及良好的生物降 解性能，使其在日用化学品应用中前景广阔。解性能，使其在日用化学品应用中前景广阔。 同时在纺织、印染、化纤、除锈方面都有相同时在纺织、印染、化纤、除锈方面都有相 当用途。当用途。 R-(C6H4)-O(

11、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-COOCH2(CHOH)3H 多元醇型 R-O-(CH2CH2O)nH 脂肪醇聚氧乙烯醚 脂肪醇脂肪醇聚氧乙烯醚聚氧乙烯醚 R-O-(CH2CH2O)nH 俗称平平加系列，具良好湿润性能俗称平平加系列，具良好湿润性能 (2)烷基酚聚氧乙烯醚烷基酚聚氧乙烯醚 R-(C6H4)-O(C2H4O)nH 俗称俗称 OP系列，化学性质稳定，抗氧化性能强系列，化学性质稳定，抗氧化性能强 (4) 多元醇型多元醇型 主要是失水山梨醇的脂肪酸酯及其聚氧乙烯主要是

12、失水山梨醇的脂肪酸酯及其聚氧乙烯 加成物加成物Span类类 及及 Tween类类表面活性剂即属此类；具有表面活性剂即属此类；具有低低 毒毒的特点，广泛用于医药工业、食品工业以及生化实验的特点，广泛用于医药工业、食品工业以及生化实验 (3) 聚氧乙烯烷基酰胺聚氧乙烯烷基酰胺 R-CONH(C2H4O)nH 常用作起泡剂、增粘剂常用作起泡剂、增粘剂 非离子型表面活性剂非离子型表面活性剂稳定性高稳定性高，不易受强，不易受强 电解质无机盐类存在的影响，也不易受酸碱的电解质无机盐类存在的影响，也不易受酸碱的 影响；影响；与其它类型表面活性剂的相容性好与其它类型表面活性剂的相容性好；在；在 水及有机溶剂中

13、皆有水及有机溶剂中皆有良好的溶解性能良好的溶解性能，具有良，具有良 好的乳化、润湿、渗透性、以及起泡、洗涤、好的乳化、润湿、渗透性、以及起泡、洗涤、 稳泡、抗静电等作用，且无毒；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，以及医疗方面的乳化剂、消泡剂、增稠剂，以及医疗方面 的杀菌剂以及洗涤、润湿剂等。的杀菌剂以及洗涤、润湿剂等。 表面活性的表征表面活性的表征 通常用加入表面活性剂后溶液表面张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（胶团力的降低及其形成胶团的能力（胶团 化能力）来表征。化能

14、力）来表征。 溶液表面张力降低包含：溶液表面张溶液表面张力降低包含：溶液表面张 力降低的效率和溶液表面张力降低的力降低的效率和溶液表面张力降低的 能力两方面；能力两方面； 胶团化能力用临界胶束浓度表示。胶团化能力用临界胶束浓度表示。 表面活性剂的基本功能表面活性剂的基本功能 一、在表面（界面）吸附成膜（一般是单分一、在表面（界面）吸附成膜（一般是单分 子膜）；子膜）； 二、在溶液内部自聚，形成多种类型的分子二、在溶液内部自聚，形成多种类型的分子 有序组合体。有序组合体。 从这两种基本功能出发，衍生出表面活性 剂的其它多种应用功能。 胶束的形成胶束的形成 两亲分子溶解在水中达一定浓度时，其非极两

15、亲分子溶解在水中达一定浓度时，其非极 性部分会性部分会互相吸引互相吸引，从而使得分子自发形成，从而使得分子自发形成有有 序的聚集体序的聚集体，使憎水基向里、亲水基向外，减，使憎水基向里、亲水基向外，减 小了憎水基与水分子的接触，使体系能量下降，小了憎水基与水分子的接触，使体系能量下降， 这种多分子有序聚集体称为胶束。这种多分子有序聚集体称为胶束。 胶束胶束 临界胶束浓度临界胶束浓度 CMC Critical Micell Concentration 表面活性剂在水中随着浓度增大，表面上聚集的活性剂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

16、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，聚集在一起形成内部也三三两两的以憎水基互相靠拢，聚集在一起形成 胶束，胶束，这开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度。这开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度。 （a）是极稀溶液，界面上没聚集很多的表面）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，水的表面张力活性剂，空气和水直接接触，水的表面张力 下降不多，下降不多，接近于纯水的状态接近于纯水的状态。 b）浓度相对升高，很快地聚集到水表面上，）浓度相对升高，很快地聚集到水表面上， 即即表面吸附量大为增加表面吸附量大为增加、空气和水的接触相、空

17、气和水的接触相 对减少，水表面张力下降对减少，水表面张力下降 （c c）表面活性剂浓度逐渐升高，表面活性剂毫无间隙）表面活性剂浓度逐渐升高，表面活性剂毫无间隙 地密集于液面上，形成了地密集于液面上，形成了单分子吸附膜单分子吸附膜。空气与水处。空气与水处 于完全隔离状态，于完全隔离状态，表面吸附达饱和表面吸附达饱和。在溶液内部，增。在溶液内部，增 加表面活性剂加表面活性剂, ,先是三三两两以疏水基互相靠拢，形成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球形胶束的最初形式。水表面张力急剧下降。水表面张力急剧下降。 胶束结构示意图胶束结构示意图 临界胶束浓度临界胶束浓度 (critica

18、l micelle concentration) 临界胶束浓度简称临界胶束浓度简称CMC 表面活性剂在溶表面活性剂在溶 液中液中开始形成胶束的开始形成胶束的 最低浓度称为临界胶最低浓度称为临界胶 束浓度。束浓度。 在在CMC附近，表面活性剂溶液的许多性质附近，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、去污都会出现转折，如表面张力、电导率、去污 能力等能力等. 可以利用测可以利用测 定表面张力，定表面张力， 电导率等方电导率等方 法达到测定法达到测定 临界胶束浓临界胶束浓 度目的度目的; 表 面 活表 面 活 性 剂 水 溶性 剂 水 溶 液 其 浓 度液 其 浓 度 只 有

19、稍 高只 有 稍 高 于其于其CMC 值 时 ， 才值 时 ， 才 能 充 分 显能 充 分 显 示其作用。示其作用。 CMC 球形胶束球形胶束 随着亲水基不同随着亲水基不同 和浓度不同，形和浓度不同，形 成的胶束可呈现成的胶束可呈现 棒状棒状、层状或球层状或球 状等状等多种形状。多种形状。 棒状胶束棒状胶束 层状胶束层状胶束 胶束的作用胶束的作用 乳化作用乳化作用 泡沫作用泡沫作用 分散作用分散作用 增溶作用增溶作用 催化作用催化作用 1 消毒杀菌消毒杀菌 2 腈纶匀染剂腈纶匀染剂 3 抗静电剂抗静电剂 4 矿物浮选剂矿物浮选剂 5 相转移催化剂相转移催化剂 织物柔软剂织物柔软剂 6 分散剂

20、分散剂 食品加工食品加工 印染印染 金属加工金属加工 电镀电镀 采矿采矿 采油采油 润湿作用润湿作用 乳化作用乳化作用 分散作用分散作用 起泡与消泡起泡与消泡 增溶作用增溶作用 洗涤作用洗涤作用 肥皂、洗涤剂肥皂、洗涤剂 化妆品化妆品 食品加工食品加工 纺织工业纺织工业 金属加工金属加工 石油、建筑石油、建筑 功能功能 应用应用 润湿作用润湿作用 润湿润湿是是固体表面与液体接触时，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： cos s gs l l g Young方程（杨氏方程）方程（杨氏方程）: l s g A N M s-l s-g l-g 接触角接触角越

21、小，润湿和渗透作用越好；越小，润湿和渗透作用越好； 90不润湿不润湿 1 0.11 0.050.1 阴离子阴离子多元醇非离子多元醇非离子阳离子阳离子 抗静电作用抗静电作用 表面活性剂的抗静电机理：表面活性剂的抗静电机理： 1 摩擦带电部分摩擦带电部分 表面电荷的逸散表面电荷的逸散 摩擦生电是由于在局部表面存在的物质之摩擦生电是由于在局部表面存在的物质之 间发生电子移动；间发生电子移动； 电荷的逸散与表面活性剂的吸附量和吸湿电荷的逸散与表面活性剂的吸附量和吸湿 性有关；可用已吸湿的水分为介质的离子性有关；可用已吸湿的水分为介质的离子 移动引起电荷的移动来解释；移动引起电荷的移动来解释； 具有抗静

22、电作用的表面活性剂称为具有抗静电作用的表面活性剂称为抗静电剂抗静电剂； 疏水基吸附在物体表面，亲水基趋向空气疏水基吸附在物体表面，亲水基趋向空气 形成一层亲水性膜，由于形成一层亲水性膜，由于单分子膜单分子膜可可降低降低合合 成纤维的成纤维的摩擦系数摩擦系数从而从而难以产生静电难以产生静电； 亲水性膜亲水性膜吸收空气中的水分，因此好像物吸收空气中的水分，因此好像物 体表面多了一层体表面多了一层水层水层，产生的，产生的静电易于传递静电易于传递 到大气中到大气中，从而，从而降低了物体表面的电荷降低了物体表面的电荷； 2 表面活性剂抗静电原理在于：表面活性剂抗静电原理在于： 杀菌作用杀菌作用 定义：能

23、与蛋白质发生作用的一类表面活定义：能与蛋白质发生作用的一类表面活 性剂；性剂； 杀菌机理：首先表面活性剂吸附于菌体，杀菌机理：首先表面活性剂吸附于菌体， 然后浸透菌体的细胞膜并破坏之；然后浸透菌体的细胞膜并破坏之； 以阳离子表面活性剂和两性表面活性剂以阳离子表面活性剂和两性表面活性剂 为主；如烷基二甲基苄铵盐，烷基三甲基为主；如烷基二甲基苄铵盐，烷基三甲基 铵盐、聚氨基单羧酸类等；铵盐、聚氨基单羧酸类等； 带苄基的季胺氯化物；改变烷基的碳原子数，带苄基的季胺氯化物；改变烷基的碳原子数， 杀菌力会有很大的改变，一般以杀菌力会有很大的改变，一般以12121414为宜，为宜， 1010的水溶液的杀菌力大于苯酚的水溶液的杀菌力大于苯酚50507070倍；倍； 匀染