表面活性剂的基本应用

1、主讲人：金飞凯主讲人：金飞凯表面活性剂的基本应用内容提要1.定义定义2.结构特结构特征征4.基本作基本作用用5.降低表面降低表面张力的效率张力的效率与能力与能力3.分类分类一.表面活性剂（SAA）的定义表面活性剂：表面活性剂： 以很低的浓度就能显著降低溶剂的表面张力的物质。其可产生以很低的浓度就能显著降低溶剂的表面张力的物质。其可产生润湿、乳化、增溶、发泡、洗涤等一系列的作用。润湿、乳化、增溶、发泡、洗涤等一系列的作用。 二.SAA结构特征分子中具有两亲结构分子中具有两亲结构 极性基团：极性基团： 亲水基团亲水基团非极性基团非极性基团 （长链烃基）：（长链烃基）： 亲油基亲油基/疏水基疏水基

2、所以因为表面活性剂的这种分子结构，使得其具有一部分溶于水，而另一部分则易于从水中逃离的双重性质。三.SAA种类 按离子类型分类：即按在水溶液中能否解离及解离后的离子按离子类型分类：即按在水溶液中能否解离及解离后的离子类型（亲水基）结构类型（亲水基）结构1.阴离子SAA定义：定义： 在水中电离后亲水基团带负电的表面活性剂。在水中电离后亲水基团带负电的表面活性剂。种类：种类： 羧酸盐羧酸盐(RCOONa) 磺酸盐磺酸盐 （RSO3Na） 硫酸酯盐（硫酸酯盐（ROSO3Na） 磷磷酸酯盐酸酯盐 羧酸酯盐(RCOONa)亲水基为羧酸根离子亲水基为羧酸根离子包括高级脂肪酸的钾，钠，铵盐以及三乙醇铵盐。如

3、肥皂（净洗，包括高级脂肪酸的钾，钠，铵盐以及三乙醇铵盐。如肥皂（净洗，湿润，乳化，发泡）。湿润，乳化，发泡）。肥皂使用时肥皂使用时PH必须大于必须大于7，因为如果，因为如果PH7的话，羧酸根会与水的话，羧酸根会与水中的氢离子结合生成羧酸，失去表面活性。另外，钙镁离子也会中的氢离子结合生成羧酸，失去表面活性。另外，钙镁离子也会与肥皂生成不溶性物质。与肥皂生成不溶性物质。 磺酸盐 （RSO3Na）亲水基为磺酸根亲水基为磺酸根包括了烷基磺酸盐，烷基苯磺酸盐，脂肪酸磺烷基酯，琥珀酸包括了烷基磺酸盐，烷基苯磺酸盐，脂肪酸磺烷基酯，琥珀酸酯磺酸盐，烷基萘磺酸盐，石油磺酸盐，木质素磺酸盐，烷基甘酯磺酸盐，烷

4、基萘磺酸盐，石油磺酸盐，木质素磺酸盐，烷基甘油醚磺酸盐等多种类型。油醚磺酸盐等多种类型。 对于此类活性剂，由于磺酸的强酸性，对水的亲和作用很强，对于此类活性剂，由于磺酸的强酸性，对水的亲和作用很强，故即使在强酸中加热也不会分解而影响溶解度，所以具有优良的润故即使在强酸中加热也不会分解而影响溶解度，所以具有优良的润湿性能，洗涤性能，应用广泛。湿性能，洗涤性能，应用广泛。 其中用于洗涤的十二烷基苯磺酸钠，克服了肥皂不能使用于硬其中用于洗涤的十二烷基苯磺酸钠，克服了肥皂不能使用于硬水的缺点，具有良好的洗涤作用。水的缺点，具有良好的洗涤作用。 硫酸酯盐（ROSO3Na）是由脂肪醇与硫酸发生酯化生成硫酸

5、酯，再与碱中和生成硫酸酯是由脂肪醇与硫酸发生酯化生成硫酸酯，再与碱中和生成硫酸酯盐。盐。主要种类：有脂肪醇硫酸酯盐（主要种类：有脂肪醇硫酸酯盐（FAS或或AS）和脂肪醇聚氧乙烯）和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯盐（醚硫酸酯盐（AES）两类。）两类。代表物质：硫酸十二烷基钠，具有良好的乳化，起泡性能。代表物质：硫酸十二烷基钠，具有良好的乳化，起泡性能。 磺酸盐与硫酸酯盐的区别结构：硫酸酯盐中的硫原子不与烃基中的碳原子直接相连。结构：硫酸酯盐中的硫原子不与烃基中的碳原子直接相连。性质：最大区别在于硫酸酯盐在酸性条件下可以发生水解。性质：最大区别在于硫酸酯盐在酸性条件下可以发生水解。 磷酸酯盐此类表面活性剂

6、与硫酸酯盐很相似，但有单酯和双酯两类。此类表面活性剂与硫酸酯盐很相似，但有单酯和双酯两类。特点：特点：1.低毒性，低刺激性低毒性，低刺激性 2.具有良好的水溶性，稳定性（耐酸碱，耐热，具有良好的水溶性，稳定性（耐酸碱，耐热， 耐电解质）耐电解质） 3.抗电性，抗硬水性强抗电性，抗硬水性强 4.具有较低的表面张力，润湿性好，乳化性好具有较低的表面张力，润湿性好，乳化性好 磷酸酯盐的应用 1. 日用化学工业：工业清洗剂、织物抗静电剂日用化学工业：工业清洗剂、织物抗静电剂 、液体透明洗、液体透明洗涤剂、干洗型洗涤剂和染整助剂涤剂、干洗型洗涤剂和染整助剂 2. 化妆品：可作为透明胶冻化妆品的溶化剂、护

7、肤膏与护肤液化妆品：可作为透明胶冻化妆品的溶化剂、护肤膏与护肤液的乳化剂还有作为增溶剂使用。的乳化剂还有作为增溶剂使用。 3. 农药和造纸工业：用作农药乳化剂，不仅可以抗菌杀虫农药和造纸工业：用作农药乳化剂，不仅可以抗菌杀虫,还还可用作除草剂；在造纸工业中可作为废纸的脱墨剂可用作除草剂；在造纸工业中可作为废纸的脱墨剂,涂料纸和涂涂料纸和涂层液的分散稳定剂。层液的分散稳定剂。 4. 塑料皮革工业塑料皮革工业：作为新型皮革加脂剂，有专利报道用于热塑：作为新型皮革加脂剂，有专利报道用于热塑性树脂的抗静电，有抗氧化、抗老化特性。性树脂的抗静电，有抗氧化、抗老化特性。 5. 涂料及冶金工业涂料及冶金工业

8、：在形成涂料或胶黏剂用乳液中的功能及对：在形成涂料或胶黏剂用乳液中的功能及对胶乳粒度、凝结和稳定性的良好作用；低碳醇磷酸酯是湿法冶金胶乳粒度、凝结和稳定性的良好作用；低碳醇磷酸酯是湿法冶金中重要的萃取剂之一中重要的萃取剂之一2.阳离子SAA定义：定义： 在水溶液中电离时，亲水基团带正电的在水溶液中电离时，亲水基团带正电的SAA。其疏水基与阴离子。其疏水基与阴离子 表面活性剂相似。表面活性剂相似。 特性：特性： 易吸附于固体表面及杀菌性易吸附于固体表面及杀菌性 说明：说明： 阳离子型表面活性剂的水溶液通常成酸性阳离子型表面活性剂的水溶液通常成酸性 用途 工业上直接利用其表面活性的不多，而是利用其

9、派生性质工业上直接利用其表面活性的不多，而是利用其派生性质 它除用作纤维柔软剂，抗静电剂，防水剂，染色助剂等外，还它除用作纤维柔软剂，抗静电剂，防水剂，染色助剂等外，还用作矿物浮选剂，防锈剂，杀菌剂，防腐剂等。用作矿物浮选剂，防锈剂，杀菌剂，防腐剂等。 分类阳离子阳离子SAA的种类的种类 有机胺的盐酸盐或醋酸盐（有机胺的盐酸盐或醋酸盐（RNH2HCL或或RNH2HAC） 季铵盐（季铵盐（R1R2N+R3R4） 吡啶盐（吡啶盐（ NC5H5的衍生物）的衍生物）有机胺的盐酸盐或醋酸盐 可在酸性介质中用作乳化、分散、润湿剂，也常用作浮选剂以可在酸性介质中用作乳化、分散、润湿剂，也常用作浮选剂以及作为

10、颜料粉末表面改变性剂。及作为颜料粉末表面改变性剂。 适用范围：适用范围：PH7,否则自由胺容易析出而失去表面活性否则自由胺容易析出而失去表面活性 季铵盐（R1R2N+R3R4） 四个四个R基中，一般只有基中，一般只有12个个R基为长链，其余基为长链，其余R基的碳原子大基的碳原子大多为多为12个。个。 特性：特性： 不受不受PH 的影响，不论在酸性、碱性，中性介质中，均无变的影响，不论在酸性、碱性，中性介质中，均无变化。其有很强的杀菌性，故可用作消毒、杀菌剂。化。其有很强的杀菌性，故可用作消毒、杀菌剂。 吡啶盐（ NC5H5的衍生物） 季铵盐的一种，如季铵盐的一种，如NC5H5 其代表性物质：十

11、二烷基吡啶盐酸盐其代表性物质：十二烷基吡啶盐酸盐 C12H25(NC5H5)+Cl- 应用范围应用范围PH（25）5.07.0 性状性状 白色或类白色粉末白色或类白色粉末 熔点熔点 8084 用途用途 生化研究生化研究3.非离子表面活性剂定义：定义： 在水中不电离，其亲水基主要是由一定数量的含氧基团（一般在水中不电离，其亲水基主要是由一定数量的含氧基团（一般为聚氧乙烯基）构成的为聚氧乙烯基）构成的SAA。 说明：说明： 其亲水性能是由其所含的氧乙烯基的数目来控制的，因此他其亲水性能是由其所含的氧乙烯基的数目来控制的，因此他在某些方面表现出了比离子型表面活性剂更加优越。在某些方面表现出了比离子型

12、表面活性剂更加优越。 优缺点优点：优点： 1.稳定性高（在溶液中不解离）稳定性高（在溶液中不解离） 2.不受电解质无机盐，酸碱的影响不受电解质无机盐，酸碱的影响 3.与其他活性剂的相容性好与其他活性剂的相容性好 缺点：缺点： 其溶解度随温度的升高而降低其溶解度随温度的升高而降低 浊点 正是因为其在水溶液中的氢键随温度的升高而被破坏，导致其正是因为其在水溶液中的氢键随温度的升高而被破坏，导致其亲水性减弱而不溶于水，原来透明的溶液会变浑浊，由清晰向浑浊亲水性减弱而不溶于水，原来透明的溶液会变浑浊，由清晰向浑浊转变时的温度即称为转变时的温度即称为浊点浊点。 所以非离子表面活性剂只有在浊点以下才溶于水

13、。所以非离子表面活性剂只有在浊点以下才溶于水。分类 脂肪醇聚脂肪醇聚氧乙烯醚氧乙烯醚 聚氧乙烯聚氧乙烯烷基酰胺烷基酰胺醇醇聚氧烯烃聚氧烯烃整体共聚整体共聚 物物脂肪酸聚脂肪酸聚氧乙烯酯氧乙烯酯 烷基酚聚烷基酚聚氧乙烯氧乙烯多元醇多元醇非离子非离子SAA4.两性表面活性剂定义：定义：通常把亲水基结构中同时含有阴阳离子的表面活性剂称为通常把亲水基结构中同时含有阴阳离子的表面活性剂称为两性表面活性剂。两性表面活性剂。 说明：说明：它在酸、碱溶液中，可分别离解成阳离子或阴离子，是近它在酸、碱溶液中，可分别离解成阳离子或阴离子，是近 年来发展速度最快的一类表面活性剂。年来发展速度最快的一类表面活性剂。除

14、了有良好的表面活性、去除了有良好的表面活性、去 污、乳化、分散、润湿作用外，同时具备杀菌、抗静电、柔软等特污、乳化、分散、润湿作用外，同时具备杀菌、抗静电、柔软等特 性，并有相容性好，易于生物降解的优点，因此在民用和工业应用性，并有相容性好，易于生物降解的优点，因此在民用和工业应用日趋扩大。日趋扩大。 但目前价格高是其缺点但目前价格高是其缺点 分类 氨基酸系 甜菜碱系卵磷脂类咪唑啉系两性表面活性剂两性表面活性剂 甜菜碱系其通式为：其通式为： 一般R=C12C18，这种化合物如水能成透明溶液，泡沫多，去污这种化合物如水能成透明溶液，泡沫多，去污好，对纤维有保护作用，是两性表面活性剂的代表。好，对

15、纤维有保护作用，是两性表面活性剂的代表。 氨基酸系 其通式为其通式为：R(NH2)CH2CH2COOH 代表性物质：十二烷基氨基丙酸钠盐代表性物质：十二烷基氨基丙酸钠盐 这种表面活性剂易溶于水，为透明溶液。其水溶液发泡性好，这种表面活性剂易溶于水，为透明溶液。其水溶液发泡性好，成碱性。此外，他的洗涤性能好良好，故常作为特殊洗涤剂使用。成碱性。此外，他的洗涤性能好良好，故常作为特殊洗涤剂使用。 咪唑啉系常见的就是：常见的就是： 2十二烷基十二烷基N乙酸基乙酸基2羟乙基咪唑啉羟乙基咪唑啉 CH2 N CH2 C12H25CN+CH2CH2OH CH2COO- 此类物质的洗涤性好此类物质的洗涤性好

16、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。其中主要以其中主要以a磷脂酸胆碱常用磷脂酸胆碱常用 OH2COCR1 O HCOCR2 CH3 OH2COPOCH2CH2N+CH3 O- CH35.特殊表面活性剂 氟碳类氟碳类 : 硅化合物类：硅化合物类： 高分子聚醚类高分子聚醚类: 此类活性剂常用于染料添加剂。此类活性剂常用于染料添加剂。 硼化合物类：硼化合物类： 近年来新开发的一类活性剂，多用于漂白剂近年来新开发的一类活性剂，多用于漂白剂 此类活性剂的疏水作用远远强于其他的表面活性剂，此类活性剂的疏水作用远远强于其他的表面活性剂，他不仅疏水而且疏油。其化学性

17、质极其稳定，耐温，他不仅疏水而且疏油。其化学性质极其稳定，耐温，耐强酸碱，耐强氧化，用于制造既防水又防油的纺耐强酸碱，耐强氧化，用于制造既防水又防油的纺织品、纸张、皮草，能作为高效的灭火剂。织品、纸张、皮草，能作为高效的灭火剂。聚硅烷氧化物的疏水性非常突出，所以常用作拒水聚硅烷氧化物的疏水性非常突出，所以常用作拒水处理剂，另外还是很好的消泡剂。处理剂，另外还是很好的消泡剂。四.SAA的基本作用基本作用基本作用界面界面吸附吸附加溶加溶作用作用胶束胶束的形的形成及成及其性其性质质1.界面吸附 由于表面活性剂溶于水中，因疏水基的作用破坏了氢键，是的体由于表面活性剂溶于水中，因疏水基的作用破坏了氢键，

18、是的体系能量上升，为降低能量，表面活性剂有逃离水分子的趋势，而亲系能量上升，为降低能量，表面活性剂有逃离水分子的趋势，而亲水基又与水分子作用，因此，活性剂的分布如图所示：水基又与水分子作用，因此，活性剂的分布如图所示：定义：定义：表面层的表面活性剂浓度比表面层的表面活性剂浓度比 体相内部浓度高，这就是体相内部浓度高，这就是吸附吸附2.胶束的形成及其性质1）胶束的形成：）胶束的形成：临界胶束浓度：临界胶束浓度： 如如上图上图中的红色线位置，此时因表面已达到饱和吸附，水溶中的红色线位置，此时因表面已达到饱和吸附，水溶液的表面张力明显下降，达到最低值。我们把表面活性剂形成胶束液的表面张力明显下降，达到最低值。我们把表面活性剂形成胶束时所需的最低浓度称为临界胶束浓度，英文简写为时所需的最低浓度称为临界胶束浓度，英文简写为cmc。2）胶束的形状：）胶束的形状： 在低浓度时（超过在低浓度时（超过cmc不多），胶束大多不多），胶束大多成成呈球形，已由光散呈球形，已由光散射法证实。射法证实。 浓度高时，胶团并非球状。德拜提出了棒状模型：浓度高时，胶团并非球状。德拜提出了棒状模型：3.加溶作用定义：定义： 水溶液中表面活性剂的存在能使难溶于水的有机化合物的表观水溶液中表面活性剂的存在能使难溶于水的有机化