大学表面活性剂000整理课件

2023/1/8/sundae_meng2023/1/7/s12023/1/8/sundae_meng2023/1/7/s22023/1/8/sundae_meng2023/1/7/s32023/1/8/sundae_meng2023/1/7/s42023/1/8/sundae_meng2023/1/7/s52023/1/8/sundae_meng2023/1/7/s62023/1/8/sundae_meng2023/1/7/s72023/1/8眼影/sundae_meng2023/1/7眼影http://www.docin.82023/1/8/sundae_meng2023/1/7/s92023/1/8指甲油/sundae_meng2023/1/7指甲油http://www.docin.co102023/1/8香水/sundae_meng2023/1/7香水http://www.docin.co112023/1/8生活小知识

1.米浆洗碗为什么很干净？2.洗衣粉和肥皂能不能混合使用？3.泡沫越多、温度越高洗衣服越干净吗？4.洗发时洗发精用不用冲洗得很净？5.牙膏可以去出强污垢吗？6.餐具洗涤剂有毒吗？

这就是表面活性剂，它广泛应用于工业、农业、医药、建筑、化妆品等领域。美国是我国人均使用量的1000倍。/sundae_meng2023/1/7生活小知识1.米浆洗碗为什么很干净？122023/1/8

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Ckint/sundae_meng2023/1/7冰淇淋是我们最喜爱的食物；有132023/1/8§1.1表面与表面张力当任意两相接触时,两相之间决非是一个没有厚度的纯几何面,而是一个具有相当厚度的过渡区,这一过渡区通常称之为界面。（ex:水皮儿）。由于气相人眼往往看不到，所以常把由气相组成的界面通常称为表面。但由于历史的原因,这两个概念常常混用。常见的界面有：气-液界面，气-固界面，液-液界面，液-固界面，固-固界面。/sundae_meng2023/1/7§1.1表面与表面张力当任意两相接142023/1/8气-液界面/sundae_meng2023/1/7气-液界面http://www.docin.152023/1/8气-固界面/sundae_meng2023/1/7气-固界面http://www.docin.162023/1/8液-液界面/sundae_meng2023/1/7液-液界面http://www.docin.172023/1/8液-固界面/sundae_meng2023/1/7液-固界面http://www.docin.182023/1/8固-固界面/sundae_meng2023/1/7固-固界面http://www.docin.192023/1/8

表面分子与体相内部分子所处的状态不同，ex:在液相（水）与气相中，水分子内部受到周围水分子的作用力是对称的，其合力为零，水分子在液体内部移动不需要做功；而表面分子，液相分子对它的作用力远大于稀疏气体对它的作用力，因此所受的力是不对称的，其合力指向液体内部，结果产生了表面分子受到指向液体并垂直于表面的力。（如下图）下页返回结束主页/sundae_meng2023/1/7表面分子与体相内部分子所处的状态不202023/1/8表面张力示意图/sundae_meng2023/1/7表面张力示意图http://www.doci212023/1/8（a）（b）/sundae_meng2023/1/7（a）（b）http://www.docin222023/1/8结论：表面分子不稳定，它有向液体内部迁移的趋势，即有缩小表面积的趋势。这个力简称表面张力。ex:水珠、汞滴等。表面张力的物理意义为：沿着与表面相切的方向，垂直作用于液体表面上任一单位长度的表面紧缩力，通常简称表面张力。下页返回结束主页/sundae_meng2023/1/7结论：表面分子不稳定，它有向液体内部迁移的趋232023/1/8表面张力f=r×L×2r—表面张力系数，单位N·m-1。

书中有常见纯液体不同温度下的表面张力。

下页返回结束主页/sundae_meng2023/1/7表面张力f=r×L×2书242023/1/8§

1.2表面活性与表面活性剂

某些物质能使溶剂的表面张力降低的性质称为表面活性。具有表面活性的物质叫表面活性物质。1．肥皂、洗涤剂等；（含杂质出现最低点）

2．乙醇、丁醇、醋酸等低级醇酸；

3．无机物、蔗糖等。r321c下页返回结束主页/sundae_meng2023/1/7§1.2表面活性与表面活性剂252023/1/8

由图可以看出：1、2为表面活性物质;3为非表面活性物质。而1、2有明显的区别：一、二者结构明显不同，且1分子能发生缔合形成胶束。二、1类物质加入少量既有明显的表面活性。三、1类物质具有一些实际生活所要求的特性，如润湿、乳化、增溶、起泡、去污等。1称为表面活性剂。

定义：加入很少量即能降低溶剂（一般为水）的表面张力，改变体系界面状态，从而产生润湿、乳化、增溶、起泡等一系列作用（或其反作用）,以达到实际应用要求的一类物质。下页返回结束主页/sundae_meng2023/1/7由图可以看出：1、2为表面活262023/1/8§

2.3表活剂的分子结构特点

表面活性剂结构复杂，数目繁多。其结构为：烃分子上的一个或几个氢原子被极性基团取代的产物；极性基团可以是离子基团，也可以是非离子基团。即表面活性剂是由极性基和非极性基构成；极性基叫亲水基，非极性基叫亲酯基。（如下图）。下页返回结束主页/sundae_meng2023/1/7§2.3表活剂的分子结构特点272023/1/8阴离子表面活性剂非离子表面活性剂/sundae_meng2023/1/7阴离子表面活性剂非离子表面活性剂http:/282023/1/8表面活性剂亲水示意图/sundae_meng2023/1/7表面活性剂亲水示意图http://www.d292023/1/8§

1.4表面活性剂的分类表面活性剂分子非极性烃链（疏水）极性基团（亲水）H2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2COHCH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CO硬脂酸/sundae_meng2023/1/7§1.4表面活性剂的分类表面活性剂分子302023/1/8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2.4.1按离子类型/sundae_meng2023/1/7阴离子表面活性剂RCOONa 羧酸盐R-OS312023/1/8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-

季胺盐|CH3/sundae_meng2023/1/7阳离子表面活性剂R-NH2·HCl 伯胺盐322023/1/8两性表面活性剂R-N+HCH2-CH2COO-H氨基酸型

CH3|R-N+-CH2COO-H

甜菜碱型|CH3/sundae_meng2023/1/7两性表面活性剂R-N+HCH2-CH2COO332023/1/8R-(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/sundae_meng2023/1/7R-(C6H4)-O(C2H4O)nH非离子342023/1/82.4.2按亲水基的结构分类极性基团：羧酸、磺酸、硫酸、磷酸酯盐、氨基或胺基及其盐（伯、仲、叔、季）鎓盐型（磷、、砷、硫、碘化合物）羟基、酰胺基、醚键等。/sundae_meng2023/1/72.4.2按亲水基的结构分类极性352023/1/82.4.3按疏水基的种类分类直链烷基支链烷基3.烷基苯基4.烷基萘基通常为烃基构成5.松香衍生物6.高分子质量聚氧丙烷基7.长链全氟(或高氟代)烷基8.聚硅氧烷基/sundae_meng2023/1/72.4.3按疏水基的种类分类直链烷基通常362023/1/8硅表面活性剂氟表面活性剂

2.4.4按表面活性剂的特殊性分类元素表面活性剂

是指碳氧链上的氢（碳）原子被其它元素所代替，而显现出与普通表面活性剂不同的性能。1.元素表面活性剂/sundae_meng2023/1/7硅表面活性剂氟表面活性剂2.4.4按表372023/1/82.高分子表面活性剂c.合成高分子表面活性剂聚乙烯醇、聚丙烯酸盐、聚丙烯酰胺b.

部分合成高分子表面活性剂羧甲基纤维素、羧甲基淀粉a.天然高分子表面活性剂阿拉伯树胶、皂、蛋白质（大豆蛋白、牛乳）/sundae_meng2023/1/72.高分子表面活性剂c.合成高分子表面活性382023/1/83.生物表面活性剂a.糖脂系鼠李糖脂、海藻糖脂、槐糖脂。

b.酰基缩氨酸系硫放线菌素、脂缩氨酸。由酵母、细菌作用于培养液。生成有特殊结构的表面活性剂。/sundae_meng2023/1/73.生物表面活性剂a.糖脂系由酵母、细菌作用392023/1/84.冠醚型表面活性剂

冠醚能与金属多价离子络合，用作相转移催化剂、萃取剂等。/sundae_meng2023/1/74.冠醚型表面活性剂冠醚能与402023/1/82.5.5其他分类方法

广泛应用于洗涤、医药、石油、食品、农业等各个领域。水溶性油溶性低分子量高分子量

表面活性剂具有润湿、分散、乳化、增溶、起泡、消泡、保湿、润滑、洗涤、渗透、杀菌、防腐等功能。/sundae_meng2023/1/72.5.5其他分类方法412023/1/8

表面活性剂分子具有“两亲结构”，当表面活性剂溶于水时，亲水基力图进入水中，疏水基则力图离开水伸向空气，结果是表面活动剂在界面上发生相对聚集，这种现象叫做“吸附”。由于吸附，溶液的表面张力降低。

§2.5表活剂在溶液中的性质返回结束主页/sundae_meng2023/1/7表面活性剂分子具有“两亲结构422023/1/8

当吸附达到一定程度后，吸附量不再增加，趋于恒定，此值称为饱和吸附量，用Γ∞表示。此时，再增加表面活性剂，表面活性剂则于“胶束”

的形式存在。此时，表面活性剂在水溶液中的性质发生质变。常见的有球形、棒型、层状、长栅状。/sundae_meng2023/1/7当吸附达到一定程度后，432023/1/8两亲分子溶解在水中达一定浓度时，其非极性部分会互相吸引，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触，使体系能量下降，这种多分子有序聚集体称为胶束。1.胶束的形成2.5.1表面活性剂胶束胶束/sundae_meng2023/1/7两亲分子溶解在水中达一定浓度时，其非极442023/1/8胶束结构示意图/sundae_meng2023/1/7胶束结构示意图http://www.doci452023/1/8a.球形胶束2.胶束的形状/sundae_meng2023/1/7a.球形胶束2.胶束的形状http://462023/1/8b.棒状胶束/sundae_meng2023/1/7b.棒状胶束http://www.docin472023/1/8/sundae_meng2023/1/7/s482023/1/8c.层状胶束/sundae_meng2023/1/7c.层状胶束http://www.docin492023/1/8/sundae_meng2023/1/7/s502023/1/83.

临界胶束浓度—CMC

（CriticalMicellConcentration）

表面活性剂在水中随着浓度增大，表面上聚集的活性剂分子形成定向排列的紧密单分子层，多余的分子在体相内部也三三两两的以憎水基互相靠拢，聚集在一起形成胶束，这开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度。/sundae_meng2023/1/73.临界胶束浓度—CMC表面活性剂512023/1/8（b）浓度相对升高，很快地聚集到水表面上，即表面吸附量大为增加、空气和水的接触相对减少，水表面张力下降。

（a）是极稀溶液，界面上没聚集很多的表面活性剂，空气和水直接接触，水的表面张力下降不多，接近于纯水的状态。/sundae_meng2023/1/7（b）浓度相对升高，很快地聚集到水表面522023/1/8（c）表面活性剂浓度逐渐升高，表面活性剂毫无间隙地密集于液面上，形成了单分子吸附膜。空气与水处于完全隔离状态，表面吸附达饱和。在溶液内部，增加表面活性剂,先是三三两两以疏水基互相靠拢，形成球形胶束的最初形式。/sundae_meng2023/1/7（c）表面活性剂浓度逐渐升高，表面活性剂毫无532023/1/8表面活性剂浓度由小变大C<CMC

分子在溶液表面定向排列，表面张力迅速降低。C＝CMC

溶液表面定向排列已经饱和，表面张力达到最小值，开始形成小胶束。C>CMC

溶液中的分子的憎水基相互吸引，分子自发聚集，形成球状、层状胶束，将憎水基埋在胶束内部。/sundae_meng2023/1/7表面活性剂浓度由小变大C<CMCC＝542023/1/8脂质双层与细胞膜/sundae_meng2023/1/7脂质双层与细胞膜http://www.doc552023/1/82.5.2临界胶束浓度时溶液的性质

表面活性剂在溶液中，开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度简称CMC

。

在CMC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、去污能力等。/sundae_meng2023/1/72.5.2临界胶束浓度时溶液的性质562023/1/8CMC

这时溶液性质与理想性质发生偏离，在表面张力对浓度绘制的曲线上会出现转折。继续增加活性剂浓度，表面张力不再降低，而体相中胶束不断增多、增大。/sundae_meng2023/1/7CMC这时溶液性质与理想性质发生偏离572023/1/8

表面活性剂水溶液其浓度只有稍高于其CMC值时，才能充分显示其作用。

可以利用测定表面张力，电导率等方法达到测定临界胶束浓度目的。/sundae_meng2023/1/7表面活性剂水溶液其浓度582023/1/84.胶束的作用乳化作用泡沫作用分散作用增溶作用催化作用/sundae_meng2023/1/74.胶束的作用乳化作用http://www.592023/1/81.5.3影响临界胶束浓度的因素1.表面活性剂的碳氢链长度

离子型表面活性剂的碳氢链长8~16，CMC值随碳链增加而降低。2.碳氢链分支

疏水碳链有分支的，CMC值较大。/sundae_meng2023/1/71.5.3影响临界胶束浓度的因素1.表602023/1/83.极性基团的位置极性基团靠近碳链中间的，CMC较大。4.碳氢链中其它取代基的影响碳链中存在极性基团，CMC较大。5.疏水链的性质疏水链越大，CMC越小。/sundae_meng2023/1/73.极性基团的位置极性基团靠近碳链中间的，612023/1/86.亲水基团的种类离子型表面活性剂，CMC较大。非离子型表面活性剂，CMC较小。7.温度的影响a.离子型：克拉夫特点以上使用。

b.非离子型：浊点以下使用。

随着温度的升高,CMC值呈下降趋势,这是因为活性剂溶于水是水合过程,该过程是放热的。/sundae_meng2023/1/76.亲水基团的种类离子型表面活性剂，CM622023/1/8§2.6亲水—亲油平衡2.6.1亲水一亲油平衡值

(Hydrophile-LipophileBalance)指表面活性剂的亲水基和疏水基之间在大小和力量的平衡关系。反映着一平衡程度的量被称为亲水—亲油平衡值（简称HLB值）。是一个相对值。

石蜡的HLB值为0、油酸的HLB值为1、油酸钾的HLB值为20、十二烷基硫酸钠的HLB值为40作为标准，由此则可得到阴、阳离子型表面活性剂的HLB值为1~40，非离子表面活性剂的HLB值为1~20。下页返回结束主页/sundae_meng2023/1/7§2.6亲水—亲油平衡2.6.1亲水一632023/1/8HLB值=亲水基质量亲水基质量+憎水基质量×100/52.6.2HLB的计算a.非离子型多元醇脂肪酸酯HLB=20(1-S/A)聚氧乙烯型皂化值不易得到的HLB=(E+P)/5b.离子型HLB=∑(亲水基团HLB)+∑(亲油基团HLB)+7c.混合型HLB混合=∑(HLBi×qi)/sundae_meng2023/1/7HLB值=亲水基质量亲水基质量+憎水基质量×642023/1/8

按表面活性剂在实际中的不同用途，选择合适的HLB值。若过小，不溶于水；过大，不能形成胶束。其应用如下。

2.6.3表面活性剂HLB值的应用

（重点）下页返回结束主页

亲油|亲水

HLB值

01

3

67810121315

1820 |

|消泡|

—

|

|

润湿剂

|—增溶剂——||

石蜡

W/O乳化剂

|去污|

聚乙二醇

|——

渗透作用———|

|—————O/W乳化剂

————|

HLB与表面活性剂应用关系/sundae_meng2023/1/7按表面活性剂在实际中的不同用途652023/1/81.疏水基的影响疏水性：氟代烃基>

硅氧烃基>

脂肪族烷烃基、环烷烃基>

脂肪族烯烃>

脂肪族芳香烃>

芳香烃>带弱亲水基的烃基。2.亲水基的影响2.6.4影响HLB值的因素亲水性：羧酸盐基>

磺酸盐基>氨基>

脂>羧基>羟基>

醚键>环氧基。/sundae_meng2023/1/71.疏水基的影响疏水性：氟代烃基>硅氧662023/1/83.分子形态的影响a.亲水基的相对位置位于分子中间时湿润性能比较强。位于分子末端时去污能力比较强。b.亲油基的支链有分支结构的湿润性和渗透性的较好，去污能力较差。亲水基分子4.分子量的影响分子量小的的湿润性和渗透性的较好。分子量大的洗涤、分散、乳化能力较好。/sundae_meng2023/1/73.分子形态的影响a.亲水基的相对位置位于672023/1/8§2.7非离子型表活剂的浊点

非离子表面活性剂的亲水基是聚环氧乙烷基或羟基，溶于水靠的是氢键，氢键比较弱，随着温度的提高，结合的水分子由于热运动而逐渐脱离，因而亲水性也逐渐降低而变得不溶于水，以致开始的透明溶液变为混浊的液体，而当冷却时又变为透明溶液。这个混浊—透明临界平均温度称为浊点。

下页返回结束主页2.7.1浊点概念/sundae_meng2023/1/7§2.7非离子型表活剂的浊点682023/1/8

1.分子结构：烃基相同，聚环氧乙烷基或羟基数目越多浊点越高。2.疏水基：同理，聚环氧乙烷基或羟基数目相同，则烃基越小浊点越高。

3.电解质：由于电解质亲水力较强，使浊点降低。碱最明显，盐次之；盐酸例外，反而使浊点升高。

4.离子型表面活性剂：使浊点升高，原因是其能够溶解非离子表面活性剂。

5.有机物：与水相溶的有机物使浊点升高，不溶于水的有机物使浊点降低。2.7.2

影响浊点的因素下页返回结束主页/sundae_meng2023/1/71.分子结构：烃基相同，聚692023/1/8§2.8表面活性剂的一般性质

在一定温度下，溶解度随着碳链的增长而减弱。对于碳链长度一定的表面活性剂，则与表面活性剂的类型而异。

1.

离子型表面活性剂，温度越高溶解度越大，达到某一温度时（克拉夫特温度），可以互溶（形成胶束）。离子型表面活性剂应在克拉夫特温度点以上使用。

2.

非离子表面活性剂温度越高，溶解度越低。下页返回结束主页2.8.1溶解性/sundae_meng2023/1/7§2.8表面活性剂的一般性质702023/1/81.阴离子表面活性剂显碱性，遇强酸不稳定，羧酸析出，硫酸酯盐水解，磺酸盐和磷酸酯盐较稳定。

2.阳离子表面活性剂显酸性，遇强碱不稳定，季铵盐较稳定。

3.两性表面活性剂等电点时不稳定。

4.离子型表面活性剂容易发生盐析，特别是阴离子表面活性剂遇多价金属离子形成不溶于水的金属皂。

5.非离子表面活性剂遇酸、碱、盐都很稳定。

下页返回结束主页2.8.2化学稳定性/sundae_meng2023/1/71.阴离子表面活性剂显碱性，遇712023/1/8

1.阳离子表面活性剂杀菌力强、毒性大（新洁尔灭的杀菌力是苯酚的150~300倍）；非离子表面活性剂杀菌力弱、毒性小；阴离子表面活性剂介于二者之间。即：杀菌力强、毒性大，杀菌力弱、毒性小。非离子表面活性剂虽毒性小，但污染水域。

2.刺激性和毒性的顺序相同，阳离子最大，阴离子次之，两性和非离子最小。对于常见的阴离子表面活性剂次序为：烷基硫酸钠（K12）、烷基苯磺酸钠、烷基聚环氧乙烷醚硫酸钠（AES）。特别注意的是：甜菜碱类和咪唑啉类两性表面活性剂毒性和刺激性小、杀菌力却较高。下页返回结束主页2.8.3毒性和杀菌力/sundae_meng2023/1/71.阳离子表面活性剂杀菌力强、毒性大722023/1/8

1.阴离子、非离子表面活性剂直链的比支链的易水解；链越长越不易水解。

2.阳离子表面活性剂较易水解。

3.两性表面活性剂易水解，部分还有营养（卵磷酯类）。

总之：阴离子、非离子表面活性剂最常用，两性表面活性剂性能最好、价格高，阳离子表面活性剂常做杀菌剂。

下页返回结束主页2.8.4生物降解性/sundae_meng2023/1/71.阴离子、非离子表面活性剂直链的比支链732023/1/8附表1：化学物质的急性毒性分级毒性分级小鼠一次性经口LD50（mg/Kg）小鼠吸入染毒2小时LD50（ppm）

兔经皮LD50（mg/Kg）剧毒<10<50<10高毒10~10050~50010~50中等毒100~1000500~500050~500低毒1000~100005000~50000500~5000微毒>10000>50000>5000下页返回结束主页/sundae_meng2023/1/7附表1：化学物质的急性毒性分级毒性分级小鼠一742023/1/8

1.不饱和化合物的毒性大于饱和化合物，如:乙炔>乙烯>乙烷。

2.氯取代饱和烃中，氯取代氢越多，其肝脏毒性越大，如：CCl4>CHCl3>CH2Cl2>CH3Cl。

3.芳香族化合物中，在苯环上的氢原子被氨基或硝基取代成为苯的氨基或硝基化合物时，则具有明显的形成高铁血红蛋白的毒作用。

4.苯上有一个取代基时毒性减小，两个时几乎无毒，增加极性基团则无毒；如：苯甲酸钠。下页返回结束主页附表2：有机化合物毒性/sundae_meng2023/1/71.不饱和化合物的毒性大于饱和化合物752023/1/8表面活性剂的国内外发展方向

1．表面活性剂要易于生物降解，原料可再生，广泛使用后，对环境无污染，对人、畜安全温和。2．表面活性剂要高效、多功能，除有清洁作用外，还要有抑菌、杀菌、滋润皮肤等作用，并应不断开发新用途。3．耐硬水、低温洗涤效果好，浓缩的表面活性剂洗涤用品是一个发展方向，这包括浓缩洗衣粉和液体洗涤剂。

/sundae_meng2023/1/7表面活性剂的国内外发展方向1．表762023/1/8精细化学品发展的趋势联合利华/sundae_meng2023/1/7精细化学品发展的趋势联合利华http://w772023/1/8

精细化学品发展的趋势保洁公司/sundae_meng2023/1/7精细化学品发展的趋势保洁公司http://782023/1/8精细化学品发展的趋势在美国，柯达胶卷的卖价超过4美元在中国是20元、约2.5美元在俄罗斯柯达和富士的胶卷要卖10美元为什么？/sundae_meng2023/1/7精细化学品发展的趋势在美国，柯达胶卷的卖价超792023/1/8精细化学品发展的趋势/sundae_meng2023/1/7精细化学品发展的趋势http://www.d802023/1/8课后问题

1.什么叫CMC。2.什么叫HLB。3.非离子表面活性剂的浊点。4.杀菌力和毒性。返回结束主页/sundae_meng2023/1/7课后问题返回结束主页http://ww812023/1/8/sundae_meng2023/1/7/s822023/1/8/sundae_meng2023/1/7/s832023/1/8/sundae_meng2023/1/7/s842023/1/8/sundae_meng2023/1/7/s852023/1/8/sundae_meng2023/1/7/s862023/1/8/sundae_meng2023/1/7/s872023/1/8/sundae_meng2023/1/7/s882023/1/8眼影/sundae_meng2023/1/7眼影http://www.docin.892023/1/8/sundae_meng2023/1/7/s902023/1/8指甲油/sundae_meng2023/1/7指甲油http://www.docin.co912023/1/8香水/sundae_meng2023/1/7香水http://www.docin.co922023/1/8生活小知识

1.米浆洗碗为什么很干净？2.洗衣粉和肥皂能不能混合使用？3.泡沫越多、温度越高洗衣服越干净吗？4.洗发时洗发精用不用冲洗得很净？5.牙膏可以去出强污垢吗？6.餐具洗涤剂有毒吗？

这就是表面活性剂，它广泛应用于工业、农业、医药、建筑、化妆品等领域。美国是我国人均使用量的1000倍。/sundae_meng2023/1/7生活小知识1.米浆洗碗为什么很干净？932023/1/8

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Ckint/sundae_meng2023/1/7冰淇淋是我们最喜爱的食物；有942023/1/8§1.1表面与表面张力当任意两相接触时,两相之间决非是一个没有厚度的纯几何面,而是一个具有相当厚度的过渡区,这一过渡区通常称之为界面。（ex:水皮儿）。由于气相人眼往往看不到，所以常把由气相组成的界面通常称为表面。但由于历史的原因,这两个概念常常混用。常见的界面有：气-液界面，气-固界面，液-液界面，液-固界面，固-固界面。/sundae_meng2023/1/7§1.1表面与表面张力当任意两相接952023/1/8气-液界面/sundae_meng2023/1/7气-液界面http://www.docin.962023/1/8气-固界面/sundae_meng2023/1/7气-固界面http://www.docin.972023/1/8液-液界面/sundae_meng2023/1/7液-液界面http://www.docin.982023/1/8液-固界面/sundae_meng2023/1/7液-固界面http://www.docin.992023/1/8固-固界面/sundae_meng2023/1/7固-固界面http://www.docin.1002023/1/8

表面分子与体相内部分子所处的状态不同，ex:在液相（水）与气相中，水分子内部受到周围水分子的作用力是对称的，其合力为零，水分子在液体内部移动不需要做功；而表面分子，液相分子对它的作用力远大于稀疏气体对它的作用力，因此所受的力是不对称的，其合力指向液体内部，结果产生了表面分子受到指向液体并垂直于表面的力。（如下图）下页返回结束主页/sundae_meng2023/1/7表面分子与体相内部分子所处的状态不1012023/1/8表面张力示意图/sundae_meng2023/1/7表面张力示意图http://www.doci1022023/1/8（a）（b）/sundae_meng2023/1/7（a）（b）http://www.docin1032023/1/8结论：表面分子不稳定，它有向液体内部迁移的趋势，即有缩小表面积的趋势。这个力简称表面张力。ex:水珠、汞滴等。表面张力的物理意义为：沿着与表面相切的方向，垂直作用于液体表面上任一单位长度的表面紧缩力，通常简称表面张力。下页返回结束主页/sundae_meng2023/1/7结论：表面分子不稳定，它有向液体内部迁移的趋1042023/1/8表面张力f=r×L×2r—表面张力系数，单位N·m-1。

书中有常见纯液体不同温度下的表面张力。

下页返回结束主页/sundae_meng2023/1/7表面张力f=r×L×2书1052023/1/8§

1.2表面活性与表面活性剂

某些物质能使溶剂的表面张力降低的性质称为表面活性。具有表面活性的物质叫表面活性物质。1．肥皂、洗涤剂等；（含杂质出现最低点）

2．乙醇、丁醇、醋酸等低级醇酸；

3．无机物、蔗糖等。r321c下页返回结束主页/sundae_meng2023/1/7§1.2表面活性与表面活性剂1062023/1/8

由图可以看出：1、2为表面活性物质;3为非表面活性物质。而1、2有明显的区别：一、二者结构明显不同，且1分子能发生缔合形成胶束。二、1类物质加入少量既有明显的表面活性。三、1类物质具有一些实际生活所要求的特性，如润湿、乳化、增溶、起泡、去污等。1称为表面活性剂。

定义：加入很少量即能降低溶剂（一般为水）的表面张力，改变体系界面状态，从而产生润湿、乳化、增溶、起泡等一系列作用（或其反作用）,以达到实际应用要求的一类物质。下页返回结束主页/sundae_meng2023/1/7由图可以看出：1、2为表面活1072023/1/8§

2.3表活剂的分子结构特点

表面活性剂结构复杂，数目繁多。其结构为：烃分子上的一个或几个氢原子被极性基团取代的产物；极性基团可以是离子基团，也可以是非离子基团。即表面活性剂是由极性基和非极性基构成；极性基叫亲水基，非极性基叫亲酯基。（如下图）。下页返回结束主页/sundae_meng2023/1/7§2.3表活剂的分子结构特点1082023/1/8阴离子表面活性剂非离子表面活性剂/sundae_meng2023/1/7阴离子表面活性剂非离子表面活性剂http:/1092023/1/8表面活性剂亲水示意图/sundae_meng2023/1/7表面活性剂亲水示意图http://www.d1102023/1/8§

1.4表面活性剂的分类表面活性剂分子非极性烃链（疏水）极性基团（亲水）H2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2COHCH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CO硬脂酸/sundae_meng2023/1/7§1.4表面活性剂的分类表面活性剂分子1112023/1/8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2.4.1按离子类型/sundae_meng2023/1/7阴离子表面活性剂RCOONa 羧酸盐R-OS1122023/1/8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-

季胺盐|CH3/sundae_meng2023/1/7阳离子表面活性剂R-NH2·HCl 伯胺盐1132023/1/8两性表面活性剂R-N+HCH2-CH2COO-H氨基酸型

CH3|R-N+-CH2COO-H

甜菜碱型|CH3/sundae_meng2023/1/7两性表面活性剂R-N+HCH2-CH2COO1142023/1/8R-(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/sundae_meng2023/1/7R-(C6H4)-O(C2H4O)nH非离子1152023/1/82.4.2按亲水基的结构分类极性基团：羧酸、磺酸、硫酸、磷酸酯盐、氨基或胺基及其盐（伯、仲、叔、季）鎓盐型（磷、、砷、硫、碘化合物）羟基、酰胺基、醚键等。/sundae_meng2023/1/72.4.2按亲水基的结构分类极性1162023/1/82.4.3按疏水基的种类分类直链烷基支链烷基3.烷基苯基4.烷基萘基通常为烃基构成5.松香衍生物6.高分子质量聚氧丙烷基7.长链全氟(或高氟代)烷基8.聚硅氧烷基/sundae_meng2023/1/72.4.3按疏水基的种类分类直链烷基通常1172023/1/8硅表面活性剂氟表面活性剂

2.4.4按表面活性剂的特殊性分类元素表面活性剂

是指碳氧链上的氢（碳）原子被其它元素所代替，而显现出与普通表面活性剂不同的性能。1.元素表面活性剂/sundae_meng2023/1/7硅表面活性剂氟表面活性剂2.4.4按表1182023/1/82.高分子表面活性剂c.合成高分子表面活性剂聚乙烯醇、聚丙烯酸盐、聚丙烯酰胺b.

部分合成高分子表面活性剂羧甲基纤维素、羧甲基淀粉a.天然高分子表面活性剂阿拉伯树胶、皂、蛋白质（大豆蛋白、牛乳）/sundae_meng2023/1/72.高分子表面活性剂c.合成高分子表面活性1192023/1/83.生物表面活性剂a.糖脂系鼠李糖脂、海藻糖脂、槐糖脂。

b.酰基缩氨酸系硫放线菌素、脂缩氨酸。由酵母、细菌作用于培养液。生成有特殊结构的表面活性剂。/sundae_meng2023/1/73.生物表面活性剂a.糖脂系由酵母、细菌作用1202023/1/84.冠醚型表面活性剂

冠醚能与金属多价离子络合，用作相转移催化剂、萃取剂等。/sundae_meng2023/1/74.冠醚型表面活性剂冠醚能与1212023/1/82.5.5其他分类方法

广泛应用于洗涤、医药、石油、食品、农业等各个领域。水溶性油溶性低分子量高分子量

表面活性剂具有润湿、分散、乳化、增溶、起泡、消泡、保湿、润滑、洗涤、渗透、杀菌、防腐等功能。/sundae_meng2023/1/72.5.5其他分类方法1222023/1/8

表面活性剂分子具有“两亲结构”，当表面活性剂溶于水时，亲水基力图进入水中，疏水基则力图离开水伸向空气，结果是表面活动剂在界面上发生相对聚集，这种现象叫做“吸附”。由于吸附，溶液的表面张力降低。

§2.5表活剂在溶液中的性质返回结束主页/sundae_meng2023/1/7表面活性剂分子具有“两亲结构1232023/1/8

当吸附达到一定程度后，吸附量不再增加，趋于恒定，此值称为饱和吸附量，用Γ∞表示。此时，再增加表面活性剂，表面活性剂则于“胶束”

的形式存在。此时，表面活性剂在水溶液中的性质发生质变。常见的有球形、棒型、层状、长栅状。/sundae_meng2023/1/7当吸附达到一定程度后，1242023/1/8两亲分子溶解在水中达一定浓度时，其非极性部分会互相吸引，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触，使体系能量下降，这种多分子有序聚集体称为胶束。1.胶束的形成2.5.1表面活性剂胶束胶束/sundae_meng2023/1/7两亲分子溶解在水中达一定浓度时，其非极1252023/1/8胶束结构示意图/sundae_meng2023/1/7胶束结构示意图http://www.doci1262023/1/8a.球形胶束2.胶束的形状/sundae_meng2023/1/7a.球形胶束2.胶束的形状http://1272023/1/8b.棒状胶束/sundae_meng2023/1/7b.棒状胶束http://www.docin1282023/1/8/sundae_meng2023/1/7/s1292023/1/8c.层状胶束/sundae_meng2023/1/7c.层状胶束http://www.docin1302023/1/8/sundae_meng2023/1/7/s1312023/1/83.

临界胶束浓度—CMC

（CriticalMicellConcentration）

表面活性剂在水中随着浓度增大，表面上聚集的活性剂分子形成定向排列的紧密单分子层，多余的分子在体相内部也三三两两的以憎水基互相靠拢，聚集在一起形成胶束，这开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度。/sundae_meng2023/1/73.临界胶束浓度—CMC表面活性剂1322023/1/8（b）浓度相对升高，很快地聚集到水表面上，即表面吸附量大为增加、空气和水的接触相对减少，水表面张力下降。

（a）是极稀溶液，界面上没聚集很多的表面活性剂，空气和水直接接触，水的表面张力下降不多，接近于纯水的状态。/sundae_meng2023/1/7（b）浓度相对升高，很快地聚集到水表面1332023/1/8（c）表面活性剂浓度逐渐升高，表面活性剂毫无间隙地密集于液面上，形成了单分子吸附膜。空气与水处于完全隔离状态，表面吸附达饱和。在溶液内部，增加表面活性剂,先是三三两两以疏水基互相靠拢，形成球形胶束的最初形式。/sundae_meng2023/1/7（c）表面活性剂浓度逐渐升高，表面活性剂毫无1342023/1/8表面活性剂浓度由小变大C<CMC

分子在溶液表面定向排列，表面张力迅速降低。C＝CMC

溶液表面定向排列已经饱和，表面张力达到最小值，开始形成小胶束。C>CMC

溶液中的分子的憎水基相互吸引，分子自发聚集，形成球状、层状胶束，将憎水基埋在胶束内部。/sundae_meng2023/1/7表面活性剂浓度由小变大C<CMCC＝1352023/1/8脂质双层与细胞膜/sundae_meng2023/1/7脂质双层与细胞膜http://www.doc1362023/1/82.5.2临界胶束浓度时溶液的性质

表面活性剂在溶液中，开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度简称CMC

。

在CMC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、去污能力等。/sundae_meng2023/1/72.5.2临界胶束浓度时溶液的性质1372023/1/8CMC

这时溶液性质与理想性质发生偏离，在表面张力对浓度绘制的曲线上会出现转折。继续增加活性剂浓度，表面张力不再降低，而体相中胶束不断增多、增大。/sundae_meng2023/1/7CMC这时溶液性质与理想性质发生偏离1382023/1/8

表面活性剂水溶液其浓度只有稍高于其CMC值时，才能充分显示其作用。

可以利用测定表面张力，电导率等方法达到测定临界胶束浓度目的。/sundae_meng2023/1/7表面活性剂水溶液其浓度1392023/1/84.胶束的作用乳化作用泡沫作用分散作用增溶作用催化作用/sundae_meng2023/1/74.胶束的作用乳化作用http://www.1402023/1/81.5.3影响临界胶束浓度的因素1.表面活性剂的碳氢链长度

离子型表面活性剂的碳氢链长8~16，CMC值随碳链增加而降低。2.碳氢链分支

疏水碳链有分支的，CMC值较大。/sundae_meng2023/1/71.5.3影响临界胶束浓度的因素1.表1412023/1/83.极性基团的位置极性基团靠近碳链中间的，CMC较大。4.碳氢链中其它取代基的影响碳链中存在极性基团，CMC较大。5.疏水链的性质疏水链越大，CMC越小。/sundae_meng2023/1/73.极性基团的位置极性基团靠近碳链中间的，1422023/1/86.亲水基团的种类离子型表面活性剂，CMC较大。非离子型表面活性剂，CMC较小。7.温度的影响a.离子型：克拉夫特点以上使用。

b.非离子型：浊点以下使用。

随着温度的升高,CMC值呈下降趋势,这是因为活性剂溶于水是水合过程,该过程是放热的。/sundae_meng2023/1/76.亲水基团的种类离子型表面活性剂，CM1432023/1/8§2.6亲水—亲油平衡2.6.1亲水一亲油平衡值

(Hydrophile-LipophileBalance)指表面活性剂的亲水基和疏水基之间在大小和力量的平衡关系。反映着一平衡程度的量被称为亲水—亲油平衡值（简称HLB值）。是一个相对值。

石蜡的HLB值为0、油酸的HLB值为1、油酸钾的HLB值为20、十二烷基硫酸钠的HLB值为40作为标准，由此则可得到阴、阳离子型表面活性剂的HLB值为1~40，非离子表面活性剂的HLB值为1~20。下页返回结束主页/sundae_meng2023/1/7§2.6亲水—亲油平衡2.6.1亲水一1442023/1/8HLB值=亲水基质量亲水基质量+憎水基质量×100/52.6.2HLB的计算a.非离子型多元醇脂肪酸酯HLB=20(1-S/A)聚氧乙烯型皂化值不易得到的HLB=(E+P)/5b.离子型HLB=∑(亲水基团HLB)+∑(亲油基团HLB)+7c.混合型HLB混合=∑(HLBi×qi)/sundae_meng2023/1/7HLB值=亲水基质量亲水基质量+憎水基质量×1452023/1/8

按表面活性剂在实际中的不同用途，选择合适的HLB值。若过小，不溶于水；过大，不能形成胶束。其应用如下。

2.6.3表面活性剂HLB值的应用

（重点）下页返回结束主页

亲油|亲水

HLB值

01

3

67810121315

1820 |

|消泡|

—

|

|

润湿剂

|—增溶剂——||

石蜡

W/O乳化剂

|去污|

聚乙二醇

|——

渗透作用———|

|—————O/W乳化剂

————|

HLB与表面活性剂应用关系/sundae_meng2023/1/7按表面活性剂在实际中的不同用途1462023/1/81.疏水基的影响疏水性：氟代烃基>

硅氧烃基>

脂肪族烷烃基、环烷烃基>

脂肪族烯烃>

脂肪族芳香烃>

芳香烃>带弱亲水基的烃基。2.亲水基的影响2.6.4影响HLB值的因素亲水性：羧酸盐基>

磺酸盐基>氨基>

脂>羧基>羟基>

醚键>环氧基。/sundae_meng2023/1/71.疏水基的影响疏水性：氟代烃基>硅氧1472023/1/83.分子形态的影响a.亲水基的相对位置位于分子中间时湿润性能比较强。位于分子末端时去污能力比较强。b.亲油基的支链有分支结构的湿润性和渗透性的较好，去污能力较差。亲水基分子4.分子量的影响分子量小的的湿润性和渗透性的较好。分子量大的洗涤、分散、乳化能力较好。/sundae_meng2023/1/73.分子形态的影响a.亲水基的相对位置位于1482023/1/8§2.7非离子型表活剂的浊点

非离子表面活性剂的亲水基是聚环氧乙烷基或羟基，溶于水靠的是氢键，氢键比较弱，随着温度的提高，结合的水分子由于热运动而逐渐脱离，因而亲水性也逐渐降低而变得不溶于水，以致开始的透明溶液变为混浊的液体，而当冷却时又变为透明溶液。这个混浊—透明临界平均温度称为浊点。

下页返回结束主页2.7.1浊点概念/sundae_meng2023/1/7§2.7非离子型表活剂的浊点1492023/1/8

1.分子结构：烃基相同，聚环氧乙烷基或羟基数目越多浊点越高。2.疏水基：同理，聚环氧乙烷基或羟基数目相同，则烃基越小浊点越高。

3.电解质：由于电解质亲水力较强，使浊点降低。碱最明显，盐次之；盐酸例外，反而使浊点升高。

4.离子型表面活性剂：使浊点升高，原因是其能够溶解非离子表面活性剂。

5.有机物：与水相溶的有机物使浊点升高，不溶于水的有机物使浊点降低。2.