表面活性剂化学-第二章学习教案

1、会计学1表面表面(biomin)活性剂化学活性剂化学-第二章第二章第一页，共86页。第1页/共86页第二页，共86页。n要求要求(yoqi)(yoqi)：有目的的：有目的的学学n带开拓思维的学带开拓思维的学第2页/共86页第三页，共86页。 表面活性剂的化学结构虽有其共性(gngxng)（两亲结构），但由于表面活性剂的亲水基有非离子、阴离子、阳离子以及两性等不同类型，疏水基也有脂肪基、芳香基、环烷基和直链烃、支链烃、多链烃等不同种类，故其性质也各有所异。此外，表面活性剂疏水链的长短，亲水基和疏水基的比例，分子形状，分子的大小，都影响表面活性剂的性质。因此，有必要了解表面活性剂的结构与性能的关系

2、。 第3页/共86页第四页，共86页。 表面活性剂通常采用按化学结构来分类，分为(fn wi)离子型和非离子型两大类，离子型中又可分为(fn wi)阳离子型、阴离子型和两性型表面活性剂。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2.1 表面(biomin)活性剂分类第4页/共86页第五页，共86页。阴离子表面(biomin)活性剂RCOONa羧酸盐阴离子表面(biomin)活性剂RCOONa羧酸盐R-OSO3Na硫酸(li sun)酯盐R-SO3Na磺酸盐R-OPO3Na2磷酸酯盐第5页/共86页第六页，共86页。阳离子表面(biomin)活性剂R-NH2HCl伯胺盐 CH3 |R

3、-N-HCl仲胺盐 | H CH3 |R-N-HCl叔胺盐 | CH3 CH3 |R-N+-CH3Cl-季胺盐 | CH3第6页/共86页第七页，共86页。两性(lingxng)表面活性剂R-NHCH2-CH2COOH 氨基酸型 CH3 |R-N+-CH2COO-甜菜碱型 | CH3第7页/共86页第八页，共86页。R-(C6H4)-O(C2H4O)nH烷基酚聚氧乙烯醚非离子(lz)表面活性剂R2N-(C2H4O)nH聚氧乙烯(y x)烷基胺R-CONH(C2H4O)nH聚氧乙烯(y x)烷基酰胺R-COOCH2(CHOH)3H多元醇型R-O-(CH2CH2O)nH脂肪醇聚氧乙烯醚第8页/共8

4、6页第九页，共86页。第9页/共86页第十页，共86页。第10页/共86页第十一页，共86页。第11页/共86页第十二页，共86页。第12页/共86页第十三页，共86页。CH2CH2CH2OCH2OCH2CH2OCH2CH2OCH2CH2OCH2CH2OCH2CH2OCH2CH2CH2CH2OCH2CH2OCH2CH2OCH2CH2OCH2CH2OCH2CH2OO第13页/共86页第十四页，共86页。的氧原子与水形成氢键而溶于的氧原子与水形成氢键而溶于水，故亲水性不强。水，故亲水性不强。第14页/共86页第十五页，共86页。烯烯(y x)数的多少可分为四冠、数的多少可分为四冠、六冠、八冠等。如

5、：六冠、八冠等。如：第15页/共86页第十六页，共86页。C12H25OOOOORONn-C12H25R1R2OOOOOOONOONOONOO第16页/共86页第十七页，共86页。 OOOCH2OHROHHHHHOHnH第17页/共86页第十八页，共86页。第18页/共86页第十九页，共86页。第19页/共86页第二十页，共86页。质、溶剂，其它表面活性剂、质、溶剂，其它表面活性剂、添加剂（极性有机物、高分子添加剂（极性有机物、高分子物质）、时间等对这些特性都物质）、时间等对这些特性都有较大的影响。有较大的影响。 （见表）（见表）第20页/共86页第二十一页，共86页。第21页/共86页第二十

6、二页，共86页。第22页/共86页第二十三页，共86页。cmccmc却相差不大却相差不大? ?第23页/共86页第二十四页，共86页。 n810121416cmc(mol L-1)0.140.0330.0080.0024 0.00058 cmc(mN m-1) 12121088第24页/共86页第二十五页，共86页。表面活性剂降低表面张力的效表面活性剂降低表面张力的效率提高率提高1010倍。倍。n一切影响一切影响cmccmc的因素均能影的因素均能影响响pC20 pC20 。这说明什么？。这说明什么？第25页/共86页第二十六页，共86页。第26页/共86页第二十七页，共86页。子强度子强度(q

7、ingd)(qingd)恒定在恒定在0.1mo10.1mo1L-1L-1时，则时，则cmccmc变为变为1.21.210-3 mo110-3 mo1L-1L-1，聚集，聚集数为数为112112。其他离子表面活性。其他离子表面活性剂也有类似情况。剂也有类似情况。第27页/共86页第二十八页，共86页。第28页/共86页第二十九页，共86页。时往往可用时往往可用cmccmc的值来表示的值来表示表面活性剂降低表表面活性剂降低表( (界界) )面张力面张力的能力。的能力。第29页/共86页第三十页，共86页。第30页/共86页第三十一页，共86页。第31页/共86页第三十二页，共86页。第32页/共8

8、6页第三十三页，共86页。2 23 mN3 mNm-1m-1。烷基链长。烷基链长N N为为12121414时，时，cmccmc最小。最小。第33页/共86页第三十四页，共86页。第34页/共86页第三十五页，共86页。第35页/共86页第三十六页，共86页。磺苯基位置磺苯基位置 cmc103 (molL-1) cmc (mNm-1) 12345670.670.720.770.830.931.301.7335.234.834.232.831.130.029.7亲水头位置(wi zhi)的影响第36页/共86页第三十七页，共86页。 结构式结构式克拉夫特克拉夫特点（点（） cmc 103 (mol

9、 L-1) cmc (mN m-1)272117 037.5471532.5 9.1(1)16.7(1)7.8(2)70(2)33.135.035.734.237.3(1)33.1(1)38(2)40(2)OSO3NaCH3H(CH2)10CHCH2CH3H(CH2)13H(CH2)11CHOSO3NaOSO3NaH(CH2)6CH(CH2)5CH3OSO3NaSO3NaH(CH2)2(CH3)3C(CH2)3SO3NaOSO3NaH(CH2)12(H2C)11CHOSO3Na 甲基支链位置(wi zhi)及大环效果第37页/共86页第三十八页，共86页。 结构式结构式 碳数碳数浊点浊点（）

10、cmc 103 (mol L-1) cmc (mN m-1)87.539.044.068.052.046.070.7 0.501.304.700.8513.014.043.0 35.828.628.733.635.532.240.9 RO(EO)mH的疏水基结构(jigu)和性质 H(CH2)13(n-C6H13)2CHH(CH2)12(H2C)11CH(n-C4H9)3Cn-C6H13CH2CH2 1312121212 13 13(2)第38页/共86页第三十九页，共86页。第39页/共86页第四十页，共86页。变化较多，但变化较多，但n亲水基的结构对表面活性剂性亲水基的结构对表面活性剂性能

11、的影响较小能的影响较小( (与疏水基对与疏水基对比），尤其同类离子。比），尤其同类离子。第40页/共86页第四十一页，共86页。 亲水基亲水基克拉夫特克拉夫特点（点（）浊点浊点（） cmc 103 (mol L-1) cmc (mN m-1)-SO3Na-COONa-OSO3Na-N+(CH3)3Br-(CH3)3N+CH2COO-(CH3)3N+-O-CON-N+(CH3)3-COO-蔗糖蔗糖-( ,D-)葡糖葡糖甙甙 -O(EO)4H3719153-00-100 100-50 9.2 (35) 26 (25) 7.8 (40) 15 (30) 1.8 (23) 2.1 (20) 1.2 (

12、25) 0.34 (27.5) 0.2 (25) 0.08 (20) 40.8 (35)37.1 (25)38 (40)39 (30)3840 (室温室温-34.2 (25)33.439.4 (25)32.0 (20) 亲水基种类(zhngli)的影响第41页/共86页第四十二页，共86页。表面活性剂表面活性剂克拉夫特点克拉夫特点（o oC C）cmc(mol L-1) cmc(mN m_1)C12H25SO3NaC12H25COONaC12H25OSO3NaC12H25N(CH3)3BrC12H25COO-蔗糖蔗糖C12H25O(C2H4O)6HC12H25N+(CH3)2CH2COO-C1

13、2H25N(O)(CH3)2371915500-9.210-32.610-27.810-31.510-20.3410-30.0810-31.810-32.110-340.837.1383933.432.03840-常见的不同(b tn)亲水头的表面活性剂第42页/共86页第四十三页，共86页。相斥和亲水基水合性的不同而相斥和亲水基水合性的不同而排列的。排列的。第43页/共86页第四十四页，共86页。n(2) (2) 极性基头的大小影响极性基头的大小影响(yngxing)(yngxing)到分子有序组到分子有序组合体中分子的排列及状态，从合体中分子的排列及状态，从而影响而影响(yngxing)(

14、yngxing)有序组有序组合体的形成和形态。合体的形成和形态。第44页/共86页第四十五页，共86页。到表面活性剂的表面吸附以及到表面活性剂的表面吸附以及形成胶团的性质。形成胶团的性质。第45页/共86页第四十六页，共86页。 m克拉夫特点克拉夫特点（o oC C）cmc(mol L-1) cmc(mN m_1)01234 4536241914 10-42.1 10-41.2 10-40.7 10-40.8 10-4 35.036.239.441.643.5 3混合(hnh)亲水基的影响n-C16H33(EO)m-SO3Na的EO数与性质(xngzh)的关系* 第46页/共86页第四十七页，

15、共86页。说明表面活性剂的性能与它的说明表面活性剂的性能与它的亲水性和亲油性之间的平衡有亲水性和亲油性之间的平衡有关。关。第47页/共86页第四十八页，共86页。示表面活性剂的亲水性。示表面活性剂的亲水性。第48页/共86页第四十九页，共86页。第49页/共86页第五十页，共86页。HLB值值 用途用途 13367981813151518 消泡剂消泡剂W/OW/O乳化剂乳化剂润湿剂润湿剂O/WO/W乳化剂乳化剂洗涤剂洗涤剂增溶剂增溶剂 第50页/共86页第五十一页，共86页。HLBHLB值值 溶解性溶解性 133668810101313以上以上 不分散不分散微分散微分散搅拌下分散成乳液搅拌下分

16、散成乳液形成稳定乳液形成稳定乳液半透明乃至透明半透明乃至透明透明溶液透明溶液 第51页/共86页第五十二页，共86页。EO数数 HLB值值 亲水亲油性亲水亲油性水水 矿物油矿物油1 3.34 8.95 10 7 11.7 9 12.7 不溶不溶 极易溶解极易溶解稍微分散稍微分散 易溶解易溶解白色乳浊分散白色乳浊分散 可溶解可溶解分散仍至溶解分散仍至溶解 稍难溶稍难溶易溶解易溶解 难溶乃至不溶难溶乃至不溶 第52页/共86页第五十三页，共86页。第53页/共86页第五十四页，共86页。第54页/共86页第五十五页，共86页。n A为原料脂肪酸的酸值(Acidity Value)。第55页/共86

17、页第五十六页，共86页。n酸值：是指中和酸值：是指中和1 1克脂肪中的克脂肪中的游离脂肪酸所需的氢氧化钾的游离脂肪酸所需的氢氧化钾的毫克数。毫克数。n皂化值：是指水解皂化值：是指水解1 1克油脂所克油脂所需要氢氧化钾的克数。需要氢氧化钾的克数。n酯值：酯值： 不包括游离脂肪酸部不包括游离脂肪酸部分的酯水解所需分的酯水解所需KOHKOH的克数。的克数。第56页/共86页第五十七页，共86页。(biomin)(biomin)活性剂。活性剂。第57页/共86页第五十八页，共86页。第58页/共86页第五十九页，共86页。第59页/共86页第六十页，共86页。亲水基亲水基 亲水的基团数亲水的基团数亲油

18、基亲油基 亲油的基团数亲油的基团数COOK 21.1COONa 19.1SO3Na 11SO4Na 38.7N（叔胺） 9.4酯（失水山梨醇环） 6.8酯（游离）2.4COOH 2.1OH（游离）1.9O 1.3OH（失水山梨醇环） 0.5(CH2CH2O) 0.33CH-0.475CH2-0.475CH3-0.475CF2 -0.87CF3-0.87(C3H6O) -0.15第60页/共86页第六十一页，共86页。第61页/共86页第六十二页，共86页。下式：下式：第62页/共86页第六十三页，共86页。 式中，WA和WB为混合表面活性剂中A和B的质量；HLBA和HLBB为A和B表面活性剂单

19、独使用时的HLB值。调节WA和WB，可根 据需要得到一个(y )合适的混合HLB值。HLB值具有加和性因此可用于混合表面活性剂的HLB值的计算。第63页/共86页第六十四页，共86页。榈榈(zngl)(zngl)酸钠酸钠( (十六酸十六酸钠钠) )、月桂酸钠、月桂酸钠( (十二酸钠十二酸钠) )等等的混合物。的混合物。第64页/共86页第六十五页，共86页。合度有关的常数。合度有关的常数。第65页/共86页第六十六页，共86页。第66页/共86页第六十七页，共86页。盐混合溶液中。盐混合溶液中。第67页/共86页第六十八页，共86页。机盐能明显地促进离子型表面机盐能明显地促进离子型表面活性剂聚

20、集，而对非离子表面活性剂聚集，而对非离子表面活性剂的影响不大。活性剂的影响不大。第68页/共86页第六十九页，共86页。作用使非离子作用使非离子(lz)(lz)表面活表面活性剂聚集成更大的胶束，到一性剂聚集成更大的胶束，到一定程度即分离出新相。定程度即分离出新相。第69页/共86页第七十页，共86页。NaClNaCl浓度浓度（molL-1） cmc（molL-1） 103 00.10.31.0 8.11.00.560.16 第70页/共86页第七十一页，共86页。 电解质电解质 电解质浓度电解质浓度mol L-1 胶束聚集数胶束聚集数 A B无Na3PO4H2ONa2SO4 00.30.91.

21、50.30.60.91.5 135 5 138 - 154 74 169 138 121 53 128 64 138 59 174 210第71页/共86页第七十二页，共86页。第72页/共86页第七十三页，共86页。第73页/共86页第七十四页，共86页。第74页/共86页第七十五页，共86页。第75页/共86页第七十六页，共86页。往往可使聚合物组成构象发生往往可使聚合物组成构象发生变化。变化。第76页/共86页第七十七页，共86页。作用。作用。第77页/共86页第七十八页，共86页。即使当离子表面即使当离子表面(biomin)(biomin)活性剂浓度很小时，溶液的活性剂浓度很小时，溶液

22、的cmccmc和和明显下降。同样，明显下降。同样，在非离子表面在非离子表面(biomin)(biomin)活性剂中加入少量离子型表面活性剂中加入少量离子型表面(biomin)(biomin)活性剂时，溶活性剂时，溶液的表面液的表面(biomin)(biomin)活性活性也会提高。也会提高。第78页/共86页第七十九页，共86页。体系体系 cmc (molL-1)103 cmc (mNm -1)1:1 C10SO4Na-C10SOCH31:1 C12SO4Na-C10SOCH37:3 C12SO4Na-C10SOCH39:1 C12SO4Na-C10SOCH3 3.021.331.782.51 24.326.526.730.5 第79页/共86页第八十页，共86页。阳离子表面活性剂是提高表面阳离子表面活性剂是提高表面活性最有效的方法之一。活性最有效的方法之一。第80页/共86页第八十一页，共86页。混合体系混合体系 cmc（10-3