表面活性剂简介解析

1、2.1 表面活性剂表面活性剂 冰淇淋是我们最喜爱的食物；有了洗涤剂我们的生活才能如此美好。若没有表面活性剂，这两样东西都不会有。这真是太可悲了。但是，如果真的没有了表面活性剂，也不会有人为没有冰淇淋和洗涤剂而哭泣。因为没有表面活性剂，人也没有了。 英国著名界面化学家Ckint4 4、表面活性剂的分类及、表面活性剂的分类及HLBHLB值的确定方法值的确定方法1 1、表面张力、表面活性和表面活性剂的概念表面张力、表面活性和表面活性剂的概念2 2、表面活性剂的分子结构特点、表面活性剂的分子结构特点3 3、胶束、胶束、cmccmc及影响及影响cmc的因素（难点）19世纪初，laplace指出表面张力来

2、源于两个事实：（1）分子在一定距离内有相互作用（2）气相分子的密度显著小于液相的密度，表面分子收到的应力不对称，合力指向液体内部表面张力：垂直作用于单位长度相界面 上，与表面平行（平面）或相切（曲面）的收缩力力的方向：与液面相切，与单位线段垂直力的类型：表面收缩力力的单位量纲：Nm-1表面层分子受力不均匀 产生 内压力 导致 表面张力体系的一种强度性质，受到多种因素（分子间作用力、温度、压力等）的影响当水中加入溶质成为溶液后，比之纯水，溶液的表面张力会发生改变，或者升高或者降低。如图(a)离子型(b)非离子型图4 4 两亲分子示意图1 1表面表面活性活性剂的剂的分子分子特点：特点： 分子的一端

3、是由一个较长的烃链组成的，它是憎水性，能溶于油但不能溶于水中，因此称为憎水基憎水基或亲油基或亲油基；分子的另一端是较短的极性基团，它能溶于水中而不能溶于油中，称为憎油基或亲水基憎油基或亲水基 一般表面活性剂分子都是由亲水性的极性基团(亲水基)和憎水(亲油)性的非极性基团(憎水基或亲油基)两部分所构成，如图所示。COO-CH3(CH2)7=CH(CH2)7H+ 因此表面活性剂分子加入水中时，憎水基为了逃逸水的包围，使得分子形成如下两种排布方式。 其一，憎水基被推出水面，伸向空气，亲水基留在水中，结果表面活性剂分子在界面上定向排列，形成单分子表面膜； 其二，分散在水中的表面活性剂分子以其非极性部位

4、自相结合，形成憎水基向里、亲水基朝外的多分子聚集体，称为缔合胶体或胶束。 表面活性物质的分子在溶液本体及表面层中的分布(a) 稀溶液(b)开始形成胶束的溶液(c)大于临界胶束的溶液小型胶束球状胶束单分子膜球状层状棒状各种胶束的形状：2.1.4临界胶束浓度(critical micelle concentration) 临界胶束浓度（简称CMC）-溶液本体中形成胶束所需表面活性剂的最低浓度。CMC一般是一定的范围。表面活性剂浓度大于CMC时，溶液性质的变化如图：疏水效应及似冰理论 疏水效应：表面活性剂非极性基团有逃离水的趋势 纯水中，水分子可以自由取向并在各个方向与其它水分子形成氢键，不受任何限

5、制。这可使体系能量降至最低。当另一种分子进入水中形成溶液时，溶质分子在一些方向阻碍水分子间的相互作用，为使体系能量尽可能低，水分子必须选取最多地形成氢键的方向定位。从而使水分子的排列有序化。这类似于冰中水分子排列的情况，故叫做似冰理论 结构的有序化使水的构型熵减少，体系自由能升高。极性基团与水分子间有氢键或其它强烈相互作用，可降低体系自由能，可补偿溶解体系自由能的升高，使溶解体系得以稳定。但非极性基团与水分子间没有强烈的相互作用，无法补偿这种因熵减少而引起的自由能升高，而出现了逃离水的趋势，相当于被水分子“挤”出来 该理论可用于解释表面活性剂非极性基团的疏水效应，并可用于推断一些因素对CMC的

6、影响趋势表面活性剂在水中的溶解度krafftkrafft点与 C.PC.P值 krafftkrafft点的定义：离子型表面活性在水中的溶解度随温度的升高而慢慢增加，但达到某一温度后，溶解度迅速增大，这一点的温度。 C.PC.P值的定义：非离子型的表面活性剂溶液随温度的升高会变浑浊，当溶液出现浑浊的温度就是C.PC.P值。2.22.2亲水亲油平衡亲水亲油平衡(hydrophile-lipophile (hydrophile-lipophile balance)balance) 表面活性剂都是两亲分子，由于亲水和亲油基团的不同，很难用相同的单位来衡量，所以Griffin提出了用一个相对的值即HLB

7、值来表示表面活性物质的亲水性。对非离子型的表面活性剂（不含N、P、S等杂原子），HLB的计算公式为：HLB值=亲水基质量亲水基质量+憎水基质量100/5例如：石蜡无亲水基，所以HLB=0 聚乙二醇，全部是亲水基，HLB=20其余非离子型表面活性剂的HLB值介于020之间HLBHLB值的计算方法值的计算方法 Griffin法：其中又分为三类进行计算 Davies法（即基团贡献法） MeGowan法：依据分子的大小及水溶性来确定HLB值，通过查表，得到n和V0，然后代入公式中求取 关于HLB值的计算，我们在后面讲乳化和乳化剂的选择时，将进一步了解HLB值的水溶法估算 在常温下，将表面活性剂加入水中

8、，依据其在水中的溶解度和分散状态，估计其大致的HLB范围，见表HLBHLB值值水中状态水中状态HLBHLB值值水中状态水中状态1 4不分散8 10稳定的乳白色分散体3 6分散不好10 13半透明至透明分散体6 8震荡后成乳白色分散体13透明溶液亲水亲油平衡(hydrophile-lipophile balance) 根据需要，可根据HLB值选择合适的表面活性剂。例如：HLB值在26之间，可作油包水型的乳化剂；810之间作润湿剂；1218之间作为水包油型乳化剂HLB值 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 | | | | | | 石蜡 W/O乳化剂 润湿剂 洗涤剂 增溶剂 |

9、| 聚乙二醇 O/W乳化剂2.3 2.3 表面活性剂分类表面活性剂分类 表面活性剂通常采用按化学结构来分类，分为离子型和非离子型两大类，离子型中又可分为阳离子型、阴离子型和两性型表面活性剂。显然阳离子型和阴离子型的表面活性剂不能混用，否则可能会发生沉淀而失去活性作用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常用表面活性剂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+-CH3Cl-季胺盐 | CH3常用表面活性剂类型阴离子表面活性剂RCOONa羧酸盐R-OSO3Na硫酸酯盐R-SO3N

10、a磺酸盐R-OPO3Na2磷酸酯盐两性表面活性剂R-NHCH2-CH2COOH 氨基酸型 CH3 |R-N+-CH2COO-甜菜碱型 | CH3常用表面活性剂类型R-(C6H4)-O(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 阴离子主要产品介绍。 羧酸盐的分子通式为RCOOMRCOOM； 烷基硫酸盐的分子通式为ROSOROSO3 3M M；MOSOCHOCHHCHOSOOCHHCOHCHOCHHC3322251233

11、225123222512)()()(中和酸化三、 烷基磺酸盐 烷基磺酸盐的通式为RSORSO3 3M M，其中可以是链烃，支链烃基或烷基苯，M=NaM=Na、CaCa、K K；性能：它比烷基硫酸酯盐的化学稳定性更好，表面活性也更强，成为配制各类合成洗涤剂的主要活性物质 ；用途：烷基磺酸盐的疏水基不同时，可以表现出不同的表面活性，可分别作为乳化剂、润湿剂、发泡剂、洗涤剂等使用 。1 1、十二烷基苯磺酸钠（LASLAS） 分子式为C CH HC C H H SOSO NaNa； 制法：它是由烃氯化后，进行弗瑞德克来福特反应使苯烷基化，再以氯磺酸或三氧化硫硫化，然后以碱中和 ； 性能：具有良好的发泡

12、力和去污力，综合洗涤性能优越 ； 用途：用于合成洗涤剂 。OHNaSOHCCHCHSOHCCHCHHClHCCHCHHCCHCHNaAlCl23461123356112356233661123)()()()( 2 2、单月桂酸甘油酯磺酸钠 分子式：C CH HCOOCHCOOCH CHOHCHCHOHCH SOSO Na Na 性质：白色粉末，溶于水中成中性溶液，无毒性 ； 制法：氯化丙二醇和亚硫酸钠加热生成1 1，22丙二醇磺酸钠，再加月桂酸加热而制得 ： 用途：可用于牙膏及其他化妆品中。NaSOCHOHCHRCOOCHRCOOHNaSOOHCHOHCHCHNaClNaSOOHCHOHCHC

13、HNaClOHCHOHCHCH322323222223 3、月桂醇磺乙酸钠 分子式：(ROOCCH(ROOCCH 2 2SOSO3 3Na) RNa) R代表十二烷基，即月桂基 ； 性质：白色粉末，略有椰油的气味，其溶液稍有辛辣味，每克月桂醇磺乙酸钠可溶于10ml10ml水中； 制法：以氯乙酸和月桂醇作用生成月桂醇氯乙酸酯，再和亚硫酸钠反应而制得 用途：在牙膏中应用已有较长的历史。发泡性能好，在硬水中也有洗涤效果，无毒性，能安全使用。NaClNaSOROOCCHSONaClROOCCHOHClROOCCHCOOHClCHROH323222224 4、二辛基磺化琥珀酸钠 性状：白色蜡状塑性固体，

14、在2525o oC C时，每克约溶于70m170m1蒸馏水中，全溶于乙醇和甘油中，在硬水中稳定 ； 用途：洗涤和发泡性能好，无毒性，对皮肤刺激性少，在硬水中稳定，用于生产香波、泡沫浴及牙膏等。 5 5、油酸基乙磺酸钠 分子式：C CH HCOOCHCOOCH CHCH SOSO NaNa； 性能： 对油污的去垢力好，是一优良的洗涤剂，在中性溶液时对钙、镁盐稳定。和肥皂共用、在硬水中能分散钙、镁皂的形成，易于洗清。由于酯键的存在。因此在酸性及碱性溶液中较易水解。 来源：以油酰氯和经乙基磺酸钠缩合而制得 ； 用途：香波、泡沫浴、牙膏等( (商品名Igepon Igepon A)A)。6 6、油酰甲

15、胺乙磺酸钠 分子式：C CH HCON(CHCON(CH )CH)CH CHCH SOSO NaNa ； 性能：溶于水，洗涤力及发泡性能好，对硬水稳定。由于CCNCNC键较COCCOC键稳定，而且硫原子和碳原子直接相连，因此对碱及氧化剂十分稳定，对各种类型的污垢都有良好的洗涤力。 来源：以油酰和甲基牛磺酸缩合而成 ； 用途：香波、泡沫浴( (商品名Igepon T)Igepon T)。7 7、-烯基磺酸盐 （AOSAOS） 制法：由石蜡裂解生产的C C15181518的-烯烃用SOSO3 3磺化，然后中和便得到-烯基磺酸盐； 主要成分：烯基磺酸盐：RCHRCHCHCH（CHCH2 2）n nS

16、OSO3 3NaNa和羟基烷基磺酸盐：RCHRCH（CHCH2 2）n n一SOSO3 3NaOHNaOH； 性能：AOSAOS的去污力优于LASLAS，而且生物降解性能好，不会污染环境，AOSAOS的刺激性小，毒性低。AOSAOS与非离子表面活性剂及阴离子表面活性剂都有良好的配伍性能。AOSAOS与酶也有良好的协同作用，是制造加酶洗涤剂的良好原料。四 、烷基磷酸酯盐制法：用高级脂肪醇与五氧化二磷直接酯化制得。所得产品主要是磷酸单酯及磷酸双酯混合物；用途：不同疏水基的产品和单酯盐、双酯盐含量不同时，产品性能有较大的差异，使产品适用于乳化、洗涤、抗静电、消泡等不同的用途，如十二烷基磷酸酯盐主要作

17、为抗静电剂和洗涤剂，用于香波、沐浴液、洁面产品中 ；主要产品：n鲸蜡醇醚磷酸酯钾（CPKCPK）n单十二烷基醚磷酸酯钾盐（MAPKMAPK）n单十二烷基醚磷酸酯三乙醇胺盐（MAPAMAPA）五、 分子中具有多种阴离子基团的表面活性剂 脂肪酸聚氧乙烯醚磺基琥珀酸单酯二钠（MESMES）；性能：这是一种性能温和，生物降解好，发泡力强的表面活性剂。它不仅本身刺激性小，而且在配伍时可以降低硫酸酯类表面活性剂的刺激性，可用于配制高档香波和化妆品。CH3(CH2)11(OCH2CH2)3OCCHCH2COONaOSO3Na性能：去污力较差，甚至有负洗涤效果，一般阳离子表面活性剂与阴离子表面活性剂混和后能形

18、成不溶于水的复合物；用途 ：阳离子表面活性剂主要用作杀菌剂、柔软剂、破乳剂、抗静电剂等。 一、季铵盐1 1、十二烷基二甲基苄基氯化铵或溴化铵 分子式：C CH HN N（CHCH ） CHCH C C H H ClCl或BrBr； 性能：无毒，无味，对皮肤无刺激，对金属不腐蚀，在沸水中稳定和不挥发，它的盐类对革兰氏阳性和阴性细菌都有杀灭作用 ； 俗称：洁尔灭，新洁尔灭； 制法：用十二烷醇和二甲基胺反应生成叔胺，然后与氯（或溴）化苄反应生成十二烷基二甲基苄基氯（或溴）化铵。 同类产品：季铵盐表面活性剂还有十六烷基三甲基氯化铵（16311631）、十二烷基二甲基苄基溴化铵（新洁尔灭）、十八烷基三甲

19、氯化铵（18311831）、双十八烷基二甲基氯化铵等。 ClHCCHCHRNHCClCHCHRNCHRNCHNHROH5622)3(5622)3(2)3(2)3(2 2、烷基磷酸酯取代铵 分子式: : 性能：固体蜡状物，可用于乳化、调理和抗静电作用 ； 用途：主要用于杀灭细菌和真菌，无臭无味，在沸水中稳定并不挥发，在食品加工厂、餐厅、旅馆、美容店、学校、医院、戏院、洗衣店、饲养场和游泳池等处作为消毒剂。 C18H37NHPOC18H37OOC18H373 3、十四酰基丙胺基二甲基苄基氯化铵 分子结构：C14H29CONHCH2CH2CH2NCH3CH2ClCH31 1、制法：用羟乙基乙二胺和脂

20、肪酸缩合即可得到环叔胺，再进一步与卤代烃反应即得咪唑啉盐表面活性剂。例如: : 2 2、用途：主要用作头发滋润剂、调理剂、杀菌剂和抗静电剂，也可用作织物柔软剂。+Cl_RCNNOHCH2CH2CH2CH3CH2+RCNNOHCH2CH2CH2CH2HCl_1 1、制法：卤代烷与吡啶反应，可生成类似季铵盐的烷基吡啶卤化物 ：2 2、性能：杀菌力很强，对伤寒杆菌和金黄葡萄球菌有杀灭能力 ；3 3、用途：在食品加工、餐厅、饲养场和游泳池等处作为洗涤消毒剂使用。 C12 25HXHCHCHCHCHCHN + +CHCHCHCHCHNC12 25H-X 两性离子表面活性剂的定义：两性离子表面活性剂分子中

21、既具有正电荷的基团，又具有负电荷的基团，带正电荷的基团常为含氮基团，带负电荷的基团是羧基或磺酸基； 两性离子表面活性剂在水中电离后所带的电性与溶液的PHPH值的关系？C1 2H2 5NC H3C H3C H2C O ORCNH(CH2)NCH2COOOCH3CH3nCOOHCHRNH)(2C17H35CNNCH2CH2CH2COOHOCH2CH2非离子表面活性剂的定义：非离子表面活性剂在分子中并没有带电荷的基团，在水溶液中不电离，而其水溶性则来自于分子中所具有的聚氧乙烯醚基和端点经基 ；性能：不受电解质、酸、碱的影响，化学稳定性好，与其他表面活性剂的相容性好，在水和有机溶剂中均有较好的溶解性能

22、。亲水基中羟基的数目不同或聚氧乙烯链长度不同，可以合成一系列亲水性能不同的非离子表面活性剂，以适应润湿、渗透、乳化、增溶等各种不同的用途 。 通式：RCRC H H (CH(CH CHCH O)n HO)n H； 根据碳原子数可为：“TX”TX”系列和“OP”OP”系列产品； “OP”OP”系列产品的特点：化学稳定性好 、表面活性强，即使在高温下遇到酸、碱也不会被破坏。它常用于复配成各种含酸或碱的金属表面清洗剂、农药用乳化剂、钻井泥浆中的乳化剂、水性漆等。在纺织印染工业中主要用作油水相乳化剂、清洗剂、润湿剂等。C11H23COOH+2HN(CH2CH2OH)2C11H23CON(C2H4OH)

23、2.N(C2H4OH)2RCON(C2H4O)n2H(C2H4O)n1H 主要产品介绍 制法：以山梨醉失水与棕榈酸酯化制得 。 制法：以山梨醇失水与油酸酯化制得。山梨酯的商品名为SpanSpan，是由山梨醇失水成山梨醇酐及其缩合物、再和各种脂肪酸酯化而成的一大类亲油乳化剂。RCOCHCHCHOOCPOOOXOHR1222O 常用的用途：常作护发化妆品原料，能使头发光滑、易梳理、湿润，作肥皂原料可以缓和对皮肤的刺激，在香波、液体洗涤剂中配入氢化卵磷脂起珠光剂的作用，作化妆品原料对皮肤起润滑作用； 造成卵磷脂作化妆品原料大多是作添加剂使用，还很少有发挥卵磷脂本身所具有的、潜在的表面活性剂性能的原因

24、：其一，天然的卵磷脂源于卵黄和大豆，其磷脂质组成大不相同，乳化性能等也不相同，人们难以掌握其乳化技术 ；其二，天然卵磷脂中含有不饱和脂肪酸，存在耐热、耐光、耐酸性差等缺点。 二、氨基酸衍生体 现今作为广泛应用的低刺激性洗净剂有：烷基醚羧酸、单烷基磷酸酯、烷基酰胺硫酸、烷基磺基琥珀酸、氨基酸衍生物等；三、植物性肽 多肽的定义：多肽是氨基酸脱水缩合的化合物 ；性能：具有优良的乳化力、起泡力、泡沫稳定性，对毛发有优良的保护作用，与硅酮一样可赋予润滑性。四、烷基苷 烷基苷的定义：烷基苷是以糖链作为亲水基和以烷链作为亲油基，属于非离子表面活性剂 ； 性能：对皮肤和眼睛的刺激非常低 、洗净力、起泡性、生物

25、降解性都好，可与阴离子、阳离子并用，也可在硬水中使用。能缓和阴离子表面活性剂的刺激性。五、皂角苷 皂角苷的定义：皂角苷是广泛分布于植物中的三萜烯和甾类化合物，系配糖体的总称，是一种天然表面活性剂 ； 用途：用作洗净剂 ； 性能：强的抗静电和抗炎症作用、乳化和增溶能力。 2.3 2.3 表面活性剂分类表面活性剂分类 表面活性剂通常采用按化学结构来分类，分为离子型和非离子型两大类，离子型中又可分为阳离子型、阴离子型和两性型表面活性剂。显然阳离子型和阴离子型的表面活性剂不能混用，否则可能会发生沉淀而失去活性作用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三、 烷基磺酸盐 烷基磺酸盐的通式为RSORSO3 3M M，其中可以是链烃，支链烃基或烷基苯，M=NaM=Na、CaCa、K K；性能：它比烷基硫酸酯盐的化学稳定性更好，表面活性也更强，成为配制各类合成洗涤剂的主要活性物质 ；用途：烷基磺酸盐的疏水基不同时，可以表现出不同的表面活性