表面活性剂与液晶

表面活性剂

及其应用1、基本概念（1）表面与界面(SurfaceandInterface)—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(Tensionofsurface)-shrinkforceinsurface).液体表面的自动收缩现象；自然状态的水滴、气泡、西瓜等等表面活性剂的一般结构表面活性剂从结构上看均为两亲分子，即同时具有亲水的极性基团和憎水的非极性基团。极性头8－18C长链烷基等非极性基团亲油基（疏水基）：与油具有亲和性，如长链烃-CH2-CH2-CH2-CH2-

亲水基：容易溶于水或易被水所润湿的原子团，如羧基、磺酸基、硫酸酯基、醚键、氨基、羧基CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2－COONa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）亲水亲油平衡值定义：HLB(hydrophile-lipophilebalance)系表面活性剂中亲水和亲油基团对油或水的综合亲合力，是用来表示表面活性剂的亲水亲油性强弱的数值。HLB值范围：

HLB0～40，其中非离子表面活性剂HLB0～20，即石蜡为0，聚氧乙烯为20。（2）冰山结构氢键神奇液体——水（例如：sl)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Icebergstructure

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——Icebergstructure——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，逃逸水。（3）疏水相互作用(Hydrophobicinteraction)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：吸附——润湿、乳化、分散、泡沫等；胶束——增溶。表面活性剂的种类：1、阴离子型：亲水基团为带有负电的原子团。2、阳离子型：亲水基团为带有正电荷的原子团。3、两性离子型：带有两个亲水基团，在水中带有正负两种电荷，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子表面活性。4、非离子型：在水中不会离解成离子，也不带电荷。5、混合型：两个亲水基团，一个带电，一个不带电。常用表面活性剂1.阴离子表面活性剂

羧酸盐

RCOO－

例如：肥皂中的表面活性成分硬脂酸钠等(2)磺酸盐R-SO3－

例如：洗衣粉中的十二烷基苯磺酸钠(ABS)等(3)硫酸酯盐R-OSO3－

(4)磷酸酯盐R-OPO32－2.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伯胺盐

R-NH3＋

(2)季胺盐

CH3|例如C16H33-N+-CH3Br－

|CH3十六烷基溴化铵(俗称1631)(3)吡啶盐例如C12H25(NC5H5)+

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3.两性表面活性剂(3)卵磷脂类属天然表面活性剂，常用作食品添加剂

氨基酸型R-NH2CH2-CH2COO－

洗涤性能良好，常作为特殊洗涤剂(2)甜菜碱型

CH3

R-N+-CH2COO-CH3去污力强，对纤维有保护作用4.非离子表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚

R-O-(CH2CH2O)nH

俗称平平加系列，具良好湿润性能(2)烷基酚聚氧乙烯醚R-(C6H4)-O(C2H4O)nH

俗称OP系列，化学性质稳定，抗氧化性能强(3)聚氧乙烯烷基酰胺R-CONH(C2H4O)nH 常用作起泡剂、增粘剂

(4)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SpanTween常用表面活性剂性能参数C20

：降低溶液表面张力20mN·m-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/m常用表面活性剂性能参数CMC

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，3.临界胶束浓度(CMC)(CriticalMicelleConcentration)表面活性剂溶液中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

(criticalmicelleconcentration)表面活性剂浓度变大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胶束(micelle)

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。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。球形胶束棒状胶束层状胶束临界胶束浓度(criticalmicelleconcentration)临界胶束浓度简称CMC

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。

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的目的常用表面活性剂性能参数－亲水亲油平衡值(hydrophile-lipophilebalance)Griffin提出了用一个相对的值即HLB值来衡量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×20

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。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HLB值

根据需要，可根据HLB值选择合适的表面活性剂。例如：HLB值在2～6之间，可作油包水型的乳化剂；8～10之间作润湿剂；12～18之间作为水包油型乳化剂。HLB值02468101214161820 ||———||——||——||——||

石蜡W/O乳化剂润湿剂洗涤剂增溶剂| |————|聚乙二醇

O/W乳化剂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：1.润湿作用

2.起泡作用

4.增溶作用

3.乳化作用5.洗涤作用

表面活性剂的性质1、润湿和渗透性质洗涤剂溶液很容易润湿织物纤维，并浸入纤维的微孔中。2、乳化性质洗涤剂的亲油基溶入油滴，亲水基留在水中，能降低油水两相的表面张力，搅拌后能帮助油乳化。3、分散性质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。4、发泡性质使气液两相间表面张力降低而产生大量泡沫。5、增溶性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。去污原理：1、织物纤维和污垢被洗涤剂润湿、渗透，织物和污粒上定向吸附着活性物的单分子层。2、经过机械搅拌或搓洗，污粒脱离到水中，产生乳化、分散、悬浮等现象。3、还有一部分污垢（油脂、钙皂、色料）被增溶到活性物的胶束中，被水洗去。1.3皂类洗涤剂(一)肥皂的成分与制造主要成分：高级脂肪酸的钠盐或钾盐C3H5(OOCR)3+3NaOH→3RCOONa+C3H5(OH)3

油脂烧碱肥皂甘油油脂：硬化油、牛油、骨油、猪油、棕榈油、椰子油、菜籽油、棉籽油、豆油。辅助原料：松香、水玻璃、着色剂、荧光增白剂、抗氧剂、杀菌剂。（二）肥皂的优缺点优点：1、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。缺点：1、对水质要求较苛刻。硬水、海水、酸性水不宜使用。2、碱性较强，不适合洗涤丝、毛织物和某些化学纤维纺织品。3、不适合洗衣机使用。普通洗衣粉的pH值9.5～10之间，碱性较强。它的主要成分是烷基苯磺酸钠25％，甲苯磺酸钠2.5％，月桂酸单乙醇酸胺3％，三聚磷酸钠30％，无水硅酸钠10％，CMC2％，荧光增白剂0.2％，硫酸钠27.3％洗衣粉的成分1.4洗衣粉1、表面活性剂

石油化学产品为原料：烷基苯磺酸钠、烷基硫酸钠、脂肪醇硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、环氧乙烷、环氧丙烷的共聚物等。润湿、渗透、分散、乳化和增溶2、无机助剂三聚磷酸钠、水玻璃（硅酸钠）、纯碱（碳酸钠）、硫酸钠和过硼酸钠三聚磷酸钠的主要作用：