表面活性剂综述

1、文献综述：表面活性剂实验 1201 Schen刖言简介：表面活性剂（surfactant）:是指加入少量能使其溶液体系的界面状态发生明显变化的物质。具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列。表面活性剂的分子结构具有两亲性：一端为亲水基团，另一端为憎水基团；亲水基团常为极性基团，如羧酸、磺酸、 硫酸、氨基或胺基及其盐，羟基、酰胺基、醚键等也可作为极性亲水基团；而憎水基团常为 非极性烃链，如8个碳原子以上烃链。表面活性剂分为离子型表面活性剂（包括阳离子表 面活性剂与阴离子表面活性剂）、非离子型表面活性剂、 两性表面活性剂、 复配表面活性剂、 其他表面活性剂等。原理：通过分子中不同部分分别对于

2、两相的亲和，使两相均将其看作本相的成分，分子排列在两相之间，使两相的表面相当于转入分子内部。从而降低表面张力。 由于两相都将其看作本相的一个组分， 就相当于两个相与表面活性剂分子都没有形成界面，就相当于通过这种方式部分的消灭了两个相的界面，就降低了表面张力和表面自由能。临界胶束浓度（CMC ）:表面活性剂分子缔合形成胶束的最低浓度。当其浓度高于 CMC值时，表面活性剂的排列成球状、棒状、束状、层状/板状等结构。【注】：通过对表面活性剂学习和了解，本文就其部分性能和应用进行了如下简单综述。一：表面活性剂的胶束及其应用:1.1 胶束：是指在水溶液中表面活性剂的分子或离子的浓度超过cmc时缔合形成的

3、亲水基向外、疏水基向内的聚集体！表面活性剂随其水溶液的浓度变化形成胶束的过程如图-1所示预胶束HAW-胶/川 HHI 川 HHIIHIabc图1表而活性剂的胶束化过程1打咅 1 Formation of surfactant inieellra1.2 胶束的基本结构：包括内核和外层 2部分。对于离子型表面活性剂的胶束，内核 由彼此靠近的疏水基构成，外层包括由表面活性剂离子#反离子及水化水组成的固定层以及由反离子在溶剂中扩散分布形成的扩散层，如图2a所示。非离子型表面活性剂的胶束无电荷，水化层较厚，如图2b所示。内核是表面活性剂胶束溶液的非极性区域。” 疏水内核、-一扱性甚层 于尊（反粒F固定层

4、）a离子型胶束b非离子型胶束图2表而活性剂胶束辰本结构示意图Fili. 2 Sirurluif- of surlailaiil nik ellrs通常，表面活性剂在 cmc附近形成的胶束多为球形。溶液浓度达到cmc的10倍附近或更高时，胶束可变为椭球、扁球形或棒状，甚至形成层状胶束！胶束的形状取决于表面活性剂分子的几何形状，特别是亲水基和疏水基横截面积的相对大小。为表征表面活性剂分子的几何特性，Israelachvili等在1976年定义了临界排列参数 P:式中v是表面活性剂分子疏水基体积;l是疏水链长度;a是亲水基紧密排列的单层中的平均占有面积。根据P的大小，可以大致判断胶束的形状。当PW

5、0.33时，易于形成球形或椭球形胶束；0.33P1.0的表面活性剂分子易形成反胶束。1.3胶束的增溶作用表面活性剂在水中形成胶束后，胶束内部为非极性或极性较小的区域，这使得原本不溶或微溶于水的有机化合物的溶解度显著增大，这种作用称为增溶作用或加溶作用。表面活性剂由于其双亲结构，在水中自发形成亲水基向外、疏水基向内的胶束结构！胶束提供了从非极性到极性全过渡的微环境，对各类物质均有不同程度的增溶作用，为其应用打下了基础。:表面活性剂的反胶束及其应用:2.1 反胶束：表面活性剂是既含有亲水基又含有亲油基 （或疏水基）的两亲分子。在水中， 当表面活性剂的浓度超过临界胶束浓度 cmc时，亲水基朝外疏水基

6、向内靠近形成胶束。 类 似地，在极性较小的非水溶剂中，表面活性剂分子随着浓度增加会自发形成亲水基向里 ”疏 水基朝向溶剂的聚集体，这种聚集体的构型与水中的胶束刚好相反，因此被称为反胶束。非水溶剂中，表面活性剂反胶束的内核溶入水后形成“水池”其形成的动力不是熵效应，而是水和亲水基彼此结合或者形成氢键的结合能。在水中形成的非极性内核可以溶解各种油污，达到去污的效果。与水中形成的胶束相反， 反胶束的极性内核可以溶解某些极性小 分子，而且还可以溶解一些原来不能溶解的大分子物质。2.2 结构：反胶束的独特结构提供了非极性溶剂中的极性微水环境，反胶束内“水池”的 存在使得反胶束具有溶解亲水性极性物质的能力

7、，如蛋白质”核酸氨基酸无机金属盐等。基于此，反胶束可以用于萃取极性物质，也可以为酶促反应提供场所，为纳米材料提供制备环境。在极性较小的有机溶剂中，表面活性剂自发形成与水溶液中相反构型的聚集体反胶束，其亲水基朝内”疏水基朝向非极性溶剂， 内核可以溶解水形成“水池”。表面活性剂对“水 池”有一定的屏蔽作用。这种独特的结构为反胶束的广泛应用奠定了基础。三：表面活性剂的囊泡及其应用3.1 囊泡：表面活性剂分子具有结构上的不对称性，同时具有亲水基和疏水基，即具有两亲性，在水和非极性溶剂中均有一定的溶解度。在水中，表面活性剂分子在疏水作用的驱动下自发形成疏水基朝内、亲水基朝外的有序结构，其中一种是双分子层

8、结构，双层结构封闭起来即形成囊泡（vesicle）。囊泡是由封闭双分子层形成的球形或近球形结构，内部含有一个或多个水室如图-3所示，只含有一个水室的囊泡是单室囊泡；多室囊泡则是封闭双分子层形成同心球式的排列，中心及各个双层中间均为水室。单室鑒泡b第室翼泡图-3囊泡的结构示意图3.2 形成条件：不是所有的表面活性剂都可以形成囊泡，能否形成囊泡取决于其分子结 构。囊泡是由曲率较小的双层结构形成，曲率则由分子结构来决定。根据表面活性剂分子的几何排列参数P（ P=V/al）,可以估计是否容易形成囊泡。一般认为，P=1/21内、接近1时容易形成囊泡。一些单头双尾的表面活性剂在水中可以自发形成囊泡，这类分

9、子的疏水基体积相对较大；一些天然的磷脂分子也可以自发形成囊泡，如双棕榈酰磷脂酰胆碱（DPPC），其分子含有2条疏水链和较大的亲水基。3.3结构与性质：鉴于囊泡的特殊结构，极性的物质都可以在囊泡体系中找到合适的“存身之所”，因此囊泡是一个非常好的反应介质，可以作为微反应器用于化学反应的研究。比 如，可以通过加溶一种反应物，达到抑制体相中化学反应的目的；另外，也可以把反应物浓缩起来在囊泡内或表面加快反应进程。在水中，某些表面活性剂分子可以形成亲水基朝外、疏水基朝内的双分子层结构，弯曲后形成封闭的囊泡结构#囊泡内含有“水室”，拥有多种极性的微环境，几乎可以包容任何极性的 小分子。囊泡的结构与性质决定了囊泡是模拟生物膜最理想的选择，有着广阔的应用前景。囊泡可以为化学反应提供合适的场所，影响反应的进行，如提高主反应的速度、抑制副反应等；囊泡的特殊结构使其在纳米材料制备方面有着独特的作用，可以利用其结构的局域性控制材料的尺寸，也可以作为“模板”制备核-壳材料；脂质体作为一类特殊的囊