表面活性剂和液晶

1、表面活性剂表面活性剂及其应用及其应用1、基本概念（1）表面与界面(Surface and Interface)物质相与相之间的“接界面”或“接触面”。 (a)物质(Substances)同种或异种物质之间； (b)相(Phases)物质的化学、物理性质相同的集合体。物质有G,L,S三种聚集态，两两组合扣去G-G无接界面外，自然界中存在五种界面：G-L, G-S, L-L, L-S, S-S。 （2）表面与界面张力 (a) 本体相分子 (b) 表面相分子(c) 表面张力(Tension of surface)-shrink force in surface). 液体表面的自动收缩现象； 自然状态

2、的水滴、气泡、西瓜等等表面活性剂的一般结构表面活性剂的一般结构表面活性剂表面活性剂从结构上看均为从结构上看均为两亲分子两亲分子，即同时具有亲，即同时具有亲水的极性基团和憎水的非极性基团。水的极性基团和憎水的非极性基团。极性头极性头818C 长链烷基等非极性基团长链烷基等非极性基团 亲油基（疏水基）：亲油基（疏水基）：与与油具有亲和性油具有亲和性，如长链烃，如长链烃 -CH2-CH2-CH2-CH2 - 亲水基：亲水基：容易溶于容易溶于水或易被水所润湿水或易被水所润湿的原子团，如的原子团，如羧基、磺酸基、硫酸酯基、醚键、氨基、羧基羧基、磺酸基、硫酸酯基、醚键、氨基、羧基CH3CH2CH2CH2C

3、H2CH2CH2CH2CH2CH2COONa肥皂中的表面活性剂：脂肪酸钠盐肥皂中的表面活性剂：脂肪酸钠盐3、表面活性剂的结构特征 （1）双亲结构 非极性的亲油基 极性的亲水基 通过连接基或直接连接而成的不对称化合物例如肥皂，硬脂酸钠学名十八烷基酸钠：（二）亲水亲油平衡值（二）亲水亲油平衡值定义：定义：HLB(hydrophile-HLB(hydrophile-lipophilelipophile balance) balance)系系表面活性剂中亲水和亲表面活性剂中亲水和亲油基团对油或水的综合油基团对油或水的综合亲合力，是用来表示表亲合力，是用来表示表面活性剂的亲水亲油性面活性剂的亲水亲油性强

4、弱的数值。强弱的数值。 HLBHLB值范围：值范围： HLB 0HLB 04040，其中非离，其中非离子表面活性剂子表面活性剂HLB 0HLB 02020，即石蜡为，即石蜡为0 0，聚氧，聚氧乙烯为乙烯为2020。（2）冰山结构(a) 氢键 神奇液体水（例如：s l) 主要原因是氢键。一个水分子可形成四个氢键形成六元环结构，在液态时也会形成冰结构，为假晶结构(b)Iceberg structure 加入表面活性剂于水中，破坏了水原有的氢键结构，但在表面活性剂的亲油基附近形成另种类似于叠罗汉那样规整的冰结构Iceberg structure有序度高、熵小不稳定，从而驱使体系向破坏该结构方向变化，

5、逃逸水。（3）疏水相互作用(Hydrophobic interaction) 为避免形成冰山结构，表面活性剂的亲油剂在水中会向逃逸水的方向移动疏水相互作用。亲油基逃逸水疏水基（4）表面活性表面活性剂疏水作用的直接结果: (a) 表（界）面吸附； (b) 胶束作用。 此两个基本特性则引发了一系列作用：v 吸附润湿、乳化、分散、泡沫等；v 胶束增溶。表面活性剂的种类：表面活性剂的种类：1、阴离子型：阴离子型：亲水亲水基团为带有基团为带有负电负电的原子团的原子团。2、阳离子型：阳离子型：亲水亲水基团为带有基团为带有正电正电荷的原子团荷的原子团。3、两性离子型：两性离子型：带有带有两个亲水两个亲水基团

6、，在水中带有基团，在水中带有正负正负两种电荷，在酸性溶液中呈阳离子表面活性，在碱两种电荷，在酸性溶液中呈阳离子表面活性，在碱性溶液中呈阴离子表面活性，在中性溶液中呈非离性溶液中呈阴离子表面活性，在中性溶液中呈非离子表面活性。子表面活性。4、非离子型：非离子型： 在水中不会离解成离子，也在水中不会离解成离子，也不带电荷不带电荷。5、混合型：混合型：两个亲水基团，一个带电，一个不带电。两个亲水基团，一个带电，一个不带电。常用表面活性剂常用表面活性剂1.1.阴离子表面活性剂阴离子表面活性剂(1)(1) 羧酸盐羧酸盐 RCOO RCOO 例如：例如： 肥皂中的表面活性成分肥皂中的表面活性成分硬脂酸钠硬

7、脂酸钠等等(2) (2) 磺酸盐磺酸盐 R-SO3 例如：例如： 洗衣粉中的洗衣粉中的十二烷基苯磺酸钠十二烷基苯磺酸钠(ABS)(ABS)等等(3) (3) 硫酸酯盐硫酸酯盐 R-OSO R-OSO3 3 (4) (4) 磷酸酯盐磷酸酯盐 R-OPO R-OPO3 32 22.2.阳离子表面活性剂阳离子表面活性剂 具有易吸附于一般固体表面及杀菌性两个特点具有易吸附于一般固体表面及杀菌性两个特点(1)(1)伯胺盐伯胺盐 R-NH3 (2)(2)季胺盐季胺盐 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)(3) (3)

8、 吡啶盐吡啶盐 例如例如 C C1212H H2525(NC(NC5 5H H5 5) )+ + 常用表面活性剂常用表面活性剂季胺盐水溶液具有强杀菌性，常用作消毒、杀菌剂常用表面活性剂常用表面活性剂3.3.两性表面活性剂两性表面活性剂(3) (3) 卵磷脂类卵磷脂类 属天然表面活性剂，常用作食品添加剂属天然表面活性剂，常用作食品添加剂 (1) 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)(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4.4.非离子表面活性剂非离子表面活性剂(1)脂

9、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)(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 OPOP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(3)(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 (4)(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加成物 Span类 及 Tween类表面活性剂即属此类 具有低毒的特点，广泛用于医药工业、食品工业以及生化实验亲水基多为聚氧乙烯基构成，由所

10、含氧乙烯基数目控制其亲水性。亲水基多为聚氧乙烯基构成，由所含氧乙烯基数目控制其亲水性。稳定性高，与其他类型表面活性剂相容性好，可混合使用稳定性高，与其他类型表面活性剂相容性好，可混合使用OOHOHOOHCORSpanOOO(C2H4O)yHOO(C2H4O)zHCORH(OC2H4)xTween常用表面活性剂性能参数常用表面活性剂性能参数1. C20 ：降低溶液表面张力 20mNm-1 时所需的表面活性剂浓度,该值愈小表明表面活性剂在界面的吸附能力愈强。2. 表面活性剂有效值 能够把水的表面张力降低到的最小值。显然，能把水的表面张力降得愈低，该表面活性剂愈有效。C20有效值杂质的原因20mN/

11、m常用表面活性剂性能参数常用表面活性剂性能参数CMC 在表面张力对浓度绘制的在表面张力对浓度绘制的曲线曲线 上会出现转折。继续增上会出现转折。继续增加活性剂浓度，表面张力不再加活性剂浓度，表面张力不再降低，降低，3. 3. 临界胶束浓度临界胶束浓度 ( CMC( CMC ) ) ( (Critical Micelle ConcentrationCritical Micelle Concentration) ) 表面活性剂溶液中表面活性剂溶液中开始形成胶束的最低浓度称为开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度。临界胶束浓度。临界胶束浓度临界胶束浓度(critical micelle concent

12、ration)表面活性剂浓度变大表面活性剂浓度变大C CMC溶液中的分子的憎水溶液中的分子的憎水基相互吸引，分子自基相互吸引，分子自发聚集，形成球状、发聚集，形成球状、层状胶束，将憎水基层状胶束，将憎水基埋在胶束内部埋在胶束内部胶束胶束(micelle) 两亲分子溶解在水中达一定浓度时，其非极性部分两亲分子溶解在水中达一定浓度时，其非极性部分会会互相吸引互相吸引，从而使得分子自发形成有序的聚集体，使，从而使得分子自发形成有序的聚集体，使憎水基向里、亲水基向外，减小了憎水基与水分子的接憎水基向里、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，触，使体系能量下降，这种多分子有序聚集体称为

13、胶束。这种多分子有序聚集体称为胶束。 随着亲水基不同和浓度不同，形成的胶束可呈现随着亲水基不同和浓度不同，形成的胶束可呈现棒状棒状、层状或球状等层状或球状等多种形状。多种形状。 球形胶束球形胶束棒状胶束棒状胶束层状胶束层状胶束临界胶束浓度临界胶束浓度(critical micelle concentration) 临界胶束浓度简称临界胶束浓度简称CMCCMC 表面活性剂在溶液中表面活性剂在溶液中开始形成胶束的最低浓度称为开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度。临界胶束浓度。 在在CMCCMC附近，表面活性剂溶液的许多性质都会出现转附近，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、

14、去污能力等折，如表面张力、电导率、去污能力等可以利用测定可以利用测定表面张力，电表面张力，电导率等方法达导率等方法达到测定临界胶到测定临界胶束浓度的目的束浓度的目的常用表面活性剂性能参数亲水亲油常用表面活性剂性能参数亲水亲油平衡值平衡值(hydrophile-lipophile balance)GriffinGriffin提出了用一个相对的值即提出了用一个相对的值即HLBHLB值值来衡量表面活性物来衡量表面活性物质的亲水性。质的亲水性。对非离子型的表面活性剂，对非离子型的表面活性剂，HLBHLB的计算公式为：的计算公式为：HLBHLB值值= =亲亲水基质量水基质量亲水基质量亲水基质量+ +憎水

15、基质量憎水基质量2020 石蜡无亲水基，所以石蜡无亲水基，所以HLB=0HLB=0 聚乙二醇，全部是亲水基，聚乙二醇，全部是亲水基，HLB=20HLB=20。其余非离子型表面活性剂的其余非离子型表面活性剂的HLBHLB值介于值介于0 02020之间。之间。在表面活性剂的应用中，需根据不同目的选择具备适当在表面活性剂的应用中，需根据不同目的选择具备适当亲水亲油性的表面活性剂亲水亲油性的表面活性剂HLB值值 根据需要，可根据根据需要，可根据HLBHLB值选择合适的表面活性剂。例值选择合适的表面活性剂。例如：如：HLBHLB值在值在2 26 6之间，可作油包水型的乳化剂；之间，可作油包水型的乳化剂；

16、8 81010之之间作润湿剂；间作润湿剂；12121818之间作为水包油型乳化剂。之间作为水包油型乳化剂。HLBHLB值值 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 | | | | | | 石蜡石蜡 W/O乳化剂乳化剂 润湿剂润湿剂 洗涤剂洗涤剂 增溶剂增溶剂 | | | | | 聚乙二醇聚乙二醇 O/W乳化剂乳化剂表面活性剂的重要作用表面活性剂的重要作用 表面活性剂的用途极广，主要有五个方面：表面活性剂的用途极广，主要有五个方面：1 1. .润湿作用润湿作用 2 2. .起泡作用起泡作用 4.4.增溶作用增溶作用 3.3.

17、乳化作用乳化作用5 5. .洗涤作用洗涤作用 表面活性剂的性质表面活性剂的性质1、润湿和渗透性质、润湿和渗透性质 洗涤剂溶液很容易润湿织物纤维，并浸入纤维洗涤剂溶液很容易润湿织物纤维，并浸入纤维的微孔中。的微孔中。2、乳化性质、乳化性质 洗涤剂的洗涤剂的亲油基亲油基溶入溶入油滴油滴，亲水基亲水基留在留在水水中，中，能降低油水两相的表面张力，搅拌后能帮助油乳能降低油水两相的表面张力，搅拌后能帮助油乳化。化。3、分散性质、分散性质 洗涤剂分子能钻进固体粒子的缝隙，减弱固体粒洗涤剂分子能钻进固体粒子的缝隙，减弱固体粒子的内聚力，使粒子破裂成微小质点而分散在水中。子的内聚力，使粒子破裂成微小质点而分散

18、在水中。4、发泡性质、发泡性质 使气液两相间表面张力降低而产生大量泡沫。使气液两相间表面张力降低而产生大量泡沫。5、增溶性质、增溶性质 活性剂把油溶解在胶束的亲油基内，使油性物质活性剂把油溶解在胶束的亲油基内，使油性物质的溶解度增大。的溶解度增大。去污原理：去污原理：1 1、织物纤维和污垢被洗涤剂、织物纤维和污垢被洗涤剂润湿、渗透润湿、渗透，织物和污粒上，织物和污粒上定向吸附着活性物的单分子层。定向吸附着活性物的单分子层。2 2、经过、经过机械搅拌或搓洗机械搅拌或搓洗，污粒脱离到水中，产生乳化、，污粒脱离到水中，产生乳化、分散、悬浮等现象。分散、悬浮等现象。3 3、还有一部分污垢（油脂、钙皂、

19、色料）被、还有一部分污垢（油脂、钙皂、色料）被增溶增溶到活性到活性物的胶束中，被水洗去。物的胶束中，被水洗去。1.3 1.3 皂类洗涤剂皂类洗涤剂(一) 肥皂的成分与制造主要成分：主要成分：高级脂肪酸的钠盐或钾盐高级脂肪酸的钠盐或钾盐C3H5(OOCR)3+3NaOH3RCOONa+C3H5(OH)3 油脂 烧碱 肥皂 甘油油脂：油脂：硬化油、牛油、骨油、猪油、棕榈油、硬化油、牛油、骨油、猪油、棕榈油、椰子油、菜籽油、棉籽油、豆油。椰子油、菜籽油、棉籽油、豆油。辅助原料：辅助原料：松香、水玻璃、着色剂、荧光增白松香、水玻璃、着色剂、荧光增白剂、抗氧剂、杀菌剂。剂、抗氧剂、杀菌剂。（二）肥皂的优

20、缺点（二）肥皂的优缺点优点：优点：1、原料来源广泛，制作工艺简单。、原料来源广泛，制作工艺简单。2、价格便宜、去污效果较好，对环境污染小。、价格便宜、去污效果较好，对环境污染小。缺点：缺点：1、对、对水质要求较苛刻水质要求较苛刻。硬水、海水、酸性水不宜使用。硬水、海水、酸性水不宜使用。2、碱性较强碱性较强，不适合洗涤丝、毛织物和某些化学纤维，不适合洗涤丝、毛织物和某些化学纤维纺织品。纺织品。3、不适合洗衣机使用不适合洗衣机使用。v 普通洗衣粉的普通洗衣粉的pH值值9.510之间之间， 碱性较强。碱性较强。v 它的主要成分是它的主要成分是烷基苯磺酸钠烷基苯磺酸钠25，甲苯磺酸，甲苯磺酸钠钠2.5，月桂酸单乙醇酸胺，月桂酸单乙醇酸胺3，三聚磷酸钠三聚磷酸钠30，无水硅酸钠，无水硅酸钠10，CMC2，荧光增白剂，荧光增白剂0.2，硫酸钠硫酸钠27.3洗衣粉的成分1.4 洗衣粉1、表面活性剂、表面活性剂v 石油化学产品石油化学产品