表面活性剂的结构与性能课件

表面活性剂的结构与性能表面活性剂的基本概念表面活性剂的主要作用表面活性剂的基本性质表面活性剂的主要分类第一章表面活性剂分类及性质表面张力（σ）：使液体表面分子向内收缩至最小面积的这种力；表面活性剂(surfactant)：具有很强表面活性、能使液体的表面张力显著下降的物质；结构特征：“双亲”结构：1.表面活性剂的基本概念

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2.表面活性剂分类阴离子表面活性剂RCOONa

羧酸盐R-OSO3Na

硫酸酯盐R-SO3Na

磺酸盐R-OPO3Na2

磷酸酯盐（一）阴离子表面活性剂1.高级脂肪酸盐

①系肥皂类：通式：(RCOO-)nMn＋，如硬脂酸钠、镁等。②分类：一价金属皂(钾、钠皂)；二价或多价皂(铅、钙、铝皂)；有机胺皂(三乙醇胺皂)。③性质：具有良好的乳化能力，易被酸及多价盐破坏，电解质使之盐析。④应用：具有一定的刺激性，只供外用。

这类表面活性剂起表面活性作用的部分是阴离子。（一）阴离子表面活性剂2.硫酸化物：

①通式：R·O·SO3-M+硫酸化油,高级脂肪醇硫酸酯类。②分类：硫酸化油，如硫酸化蓖麻油，俗称土耳其红油；高级脂肪醇硫酸酯，如十二烷基硫酸钠（SDS），又称月桂醇硫酸钠（SLS）。③性质：可与水混溶，为无刺激的去污剂和润湿剂；乳化性很强，稳定、耐酸、钙，易与一些高分子阳离子药物发生作用产生沉淀。④应用：代替肥皂洗涤皮肤；有一定刺激性，用于外用软膏的乳化剂。阳离子表面活性剂R-NH2·HCl

伯胺盐

CH3|R-N-HCl

仲胺盐|H

CH3|R-N-HCl

叔胺盐|

CH3

CH3|R-N+-CH3Cl-

季铵盐|CH3(二)阳离子型表面活性剂两性表面活性剂R-NHCH2-CH2COOH氨基酸型

CH3|R-N+-CH2COO-

甜菜碱型|CH3(三)两性离子型表面活性剂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(四)非离子型表面活性剂在水溶液中不是解离状态故称之为非离子表面活性剂。1、结构组成：①亲水基团(甘油、聚乙二醇、山梨醇)；②亲油基团(长链脂肪酸、长链脂肪醇、烷基或芳基)；③酯键、醚健。2、性质：毒性小，溶血作用较小，化学上不解离，不易受电解质，pH值的影响；能与大多数药物配伍，广泛应用于外用、口服制剂和注射剂。（四）非离子表面活性剂①脂肪酸甘油酯

类别：脂肪酸单甘油酯和脂肪酸二甘油酯，如单硬脂酸甘油酯。性质：不溶于水，在水、热、酸、碱及酶等下易水解。应用：HLB3～4，表面活性弱，用作W/O型辅助乳化剂。②多元醇型⑴蔗糖脂肪酸酯(sucroseesters,SE)

简称蔗糖酯，是蔗糖和脂肪酸反应生成的一大类化合物，分为单酯、二酯、三酯及多酯。

性质：溶于丙二醇、乙醇，但不溶于水和油；在酸、碱及酶等作用下易水解成蔗糖和脂肪酸。

应用：HLB5～13，表面活性弱，用作O/W型乳化剂。⑵脂肪酸山梨醇酯：山梨糖醇及其单酐和二酐+各种脂肪酸→脱水山梨醇脂肪酸酯的混合物

(司盘，span)品种：span20（脱水山梨醇单月桂酸酯），span40(脱水山梨醇单棕榈酸酯)；span60（脱水山梨醇单硬脂酸酯）；span65（脱水山梨醇三硬脂酸酯）；span80（脱水山梨醇单油酸酯）；span85（脱水山梨醇三油酸酯）。应用：粘稠白色至黄色的油状液体或蜡状固体，亲油性较强，

HLB1.8～3.8，一般用作W/O型乳剂的乳化剂或混合乳化剂。用于搽剂、软膏，亦作为乳剂的辅助乳化剂。⑶聚山梨酯(polysorbate)：脱水山梨醇脂肪酸酯+环氧乙烷→聚氧乙烯脱水山梨醇脂肪酸酯

(吐温,Tween)品种:Tween20（聚氧乙烯脱水山梨醇单月桂酸酯）,Tween40（聚氧乙烯脱水山梨醇单棕榈酸酯）,Tween60（聚氧乙烯脱水山梨醇单硬脂酸酯）,Tween80（聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯）,Tween85（聚氧乙烯脱水山梨醇三油酸酯）。应用：粘稠性黄色液体，亲水性化合物，为水溶性表面活性剂，用作增溶剂、乳化剂、分散剂和润湿剂。④聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物

通式：HO(C2H4O)a-(C3H6O)b-(C2H4O)cH，是各种不同分子量的聚氧乙烯（亲水基）与聚氧丙烯（亲油基）的嵌段共聚物，其中a为化合物总量的10～80％，b至少为15。本品又称泊洛沙姆(poloxamer)，商品名普郎尼克(Pluronic)。

性质：为淡黄色液体或固体，分子量1000～14000，HLB0.5～30，具有乳化、润湿、分散、起泡和消泡等多种优良性能，但增溶能力较弱。应用：新型的优良乳化剂、增溶剂。表面活性剂是两亲分子。溶解在水中达一定浓度时，其非极性部分会自相结合，形成聚集体，使憎水基向里、亲水基向外，这种多分子聚集体称为胶束。随着亲水基不同和浓度不同，形成的胶束可呈现棒状、层状或球状等多种形状。

（1）胶束(micelle)及临界胶束浓度3.表面活性剂基本性质（1）胶束(micelle)（1）胶束(micelle)临界胶束浓度(criticalmicelleconcentration)CMC的测定1.表面张力法：以表面张力对浓度的对数作图，曲线的转折点即为CMC值。适合于离子表面活性剂和非离子型表面活性剂。2.电导法：以表面活性剂溶液的摩尔电导率对浓度或浓度的平方根作图，曲线的转折点即CMC值。适合于离子表面活性剂。3.染料法：表面活性剂溶液增溶染料前后吸收光谱的变化。4.光散射法：胶束形成与散射光强度成正比。

庚基乙二醇十二烷基醚的表面张力与浓度的关系

十二烷基磺酸水溶液的电导率与浓度的关系临界胶束浓度的测定方法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，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0～20之间。（2）亲水亲油平衡

Krafft点：离子表面活性剂在水中的溶解度随温度升高至某一温度时，其溶解度急剧升高，该温度称为Krafft点。

浊点：因加热聚乙烯型非离子表面活性剂溶液发生混浊的现象称为起昙，此时的温度称为浊点或昙点（cloudpoint）。（3）Krafft点和浊点表面活性剂的基本作用，主要有五个方面：1.润湿作用

表面活性剂可以降低液体表面张力，改变接触角的大小，从而达到所需的目的。例如，要农药润湿带蜡的植物表面，要在农药中加表面活性剂；如果要制造防水材料，就要在表面涂憎水的表面活性剂，使接触角大于90°。（4）表面活性剂的基本作用2.起泡作用

“泡”就是由液体薄膜包围着气体。有的表面活性剂和水可以形成一定强度的薄膜，包围着空气而形成泡沫，用于浮游选矿、泡沫灭火和洗涤去污等，这种活性剂称为起泡剂。也有时要使用消泡剂，在制糖、制中药过程中泡沫太多，要加入适当的表面活性剂降低薄膜强度，消除气泡，防止事故。3.增溶作用

非极性有机物如苯在水中溶解度很小，加入油酸钠等表面活性剂后，苯在水中的溶解度大大增加，这称为增溶作用。增溶作用与普通的溶解概念是不同的，增溶的苯不是均匀分散在水中，而是分散在油酸根分子形成的胶束中。经X射线衍射证实，增溶后各种胶束都有不同程度的增大，而整个溶液的的依数性变化不大。4.乳化作用一种或几种液体以大于10-7m直径的液珠分散在另一不相混溶的液体之中形成的粗分散体系称为乳状液。要使它稳定存在必须加乳化剂。根据乳化剂结构的不同可以形成以水为连续相的水包油乳状液(O/W)，或以油为连续相的油包水乳状液(W/O)。有时为了破坏乳状液需加入另一种表面活性剂，称为破乳剂，将乳状液中的分散相和分散介质分开。例如原油中需要加入破乳剂将油与水分开。5.洗涤作用

洗涤剂中通常要加入多种辅助成分，增加对被清洗物体的润湿作用，又要有起泡、增白、占领清洁表面不被再次污染等功能。其中占主要成分的表面活性剂的去污过程可用示意图说明：A.水的表面张力大，对油污润湿性能差，不容易把油污洗掉。B.加入表面活性剂后，憎水基团朝向织物表面和吸附在污垢上，使污垢逐步脱离表面。C.污垢悬在水中或随泡沫浮到水面后被去除，洁净表面被活性剂分子占领。首先将粗矿磨碎，倾入浮选池中。在池水中加入捕集剂和起泡剂等表面活性剂。搅拌并从池底鼓气，带有有效矿粉的气泡聚集表面，收集并灭泡浓缩，从而达到了富集的目的。不含矿石的泥砂、岩石留在池底，定时清除。 浮游选矿浮游选矿的原理图选择合适的捕集剂，使它的亲水基团只吸在矿砂的表面，憎水基朝向水。当矿砂表面有5%被捕集剂覆盖时，就使表面产生憎水性，它会附在气泡上一起升到液面，便于收集。简单的乳状液通常分为两大类。习惯上将不溶于水的有机物称油，将不连续以液珠形式存在的相称为内相，将连续存在的液相称为外相。1.水包油乳状液，用O/W表示。内相为油，外相为水，这种乳状液能用水稀释，如牛奶等。2.油包水乳状液，用W/O表示。内相为水，外相为油，如油井中喷出的原油。乳状液检验水包油乳状液加入水溶性染料如亚甲基蓝，说明水是连续相。加入油溶性的染料红色苏丹Ⅲ，说明油是不连续相。乳状液类型的检别4.表面活性剂的分子结构特点有机硅（聚硅氧烷）类长链全氟（或高氟代）烷基烷基酮基烷基萘基（烷基碳原子数为3以上）烷基苯基（烷基碳原子数为8~16）

烷烃基（包括直链烷基和支链烷基，碳原子数为8~20）1.亲油基团

表面活性剂由亲水基团和疏水基团构成

R-

,,2.亲水基团弱亲水基羟基、羧基—OH,—COOH伯胺基、仲胺基、叔胺基酰胺基硫胺基硫醇基—SH醚基苯醚基酯基2.亲水基团强亲水基：羧酸盐—COO—磺酸盐硫酸酯盐胺盐季铵盐磷酸单酯钠盐磷酸双酯钠盐聚氧乙烯基5.表面活性剂发展概况及应用表面活性剂工业是本世纪三十年代发展起来的一门新型化学工业，随着石油化学工业的发展，发达国家表面活性剂的产量逐年迅速增长，已成为国民经济的基础工业之一。

我国四大类表面活性剂起步情况年代开发生产单位表面活性剂的种类产品名称1956年科学院植保所非离子蓖麻油聚氧乙烯醚上海五洲肥皂厂阴离子烷基磺酸盐1960年上海大连阳离子1978年上海两性离子BS-12年代时期技术开发状况备注50开创期1958年天津轻化所首创平平加,沈阳化工研究院首创OPE-乳化剂用于纺织、农药工业60工业应用过度期(民用、工业)1960年沈阳化工研究院开发农乳100～600系列,1965年起辽宁化工院开发斯潘吐温系列在旅顺、钟山等化工厂工业化,在旅顺化工厂投产70工业成长期开发了脂肪醇、烷基酚、脂肪胺的乙氧基化物,EO/PO共聚物,烷醇酰胺、含氟物、季铵盐等产量由几千吨升至