表面活性剂课件

2.2.1概述

定义：表面活性剂是这样一种物质，它在加入量很少时即能大大降低溶剂（一般为水）表面张力（或液／液界面张力），改变体系界面状态，从而产生润湿或反润湿，乳化活破乳，起泡或消泡，以及增溶等一系列作用，以达到实际应用要求。

分子结构特点：任何一种表面活性剂都是由非极性的、亲油（疏水）的碳氢链部分和极性的、亲水（疏油）的基团共同构成。两部分形成不对称结构。表面活性剂具有亲油亲水两亲性质，因此，该分子在水溶液中相对于水介质而采取独特的定向排列，并形成一定的组织结构，表现为两种重要性质：溶液表面的吸附与溶液内部的胶团形成。

防锈工艺—2-2表面活性剂分类：

离子型表面活性剂：

阴离子型：脂肪酸钠盐、硫酸酯盐、磺酸盐、磷酸酯盐。

阳离子型：胺盐类及季胺盐型。

两性离子型：十二烷氨基丙酸钠，甜菜碱型的烷基二甲基甜菜碱。

非离子型表面活性剂:

非离子型：聚乙二醇，烷基酚聚氧乙烯醚。

混合型表面活性剂：

2.2.2表面活性剂在溶液中的状态

下图说明了表面活性剂水溶液的不同浓度和各种表面活性剂的关系。表面活性随着浓度对数变化关系上有一个突变点，这说明表面活性的变化与溶液内部性质的变化有密切关系，该点CMC称为临界胶束浓度。

防锈工艺—2-2表面活性剂沈阳理工大学应用化学教研室

防锈工艺—2-2表面活性剂沈阳理工大学应用化学教研室CMC表面活性剂界面张力表面活性剂溶液浓度表面张力去污力可溶性★具有相同亲水基的同系列表面活性剂，若亲油基团越大，则CMC越小。

★在CMC时，溶液的表面张力基本上到达最低值。

胶束的结构

★在一定浓度范围的表面活性剂溶液中，胶束成球形结构。

★随着溶液中表面活性剂浓度增加（20%以上），胶束转变成具有更高分子缔合数的棒状胶束，甚至六角束状结构

★表面活性剂浓度更大时，成为板状或层状结构

变化趋势：紊乱分布规整排列

液态液晶态

防锈工艺—2-2表面活性剂沈阳理工大学应用化学教研室

防锈工艺—2-2表面活性剂沈阳理工大学应用化学教研室2.2.4亲水亲油平衡值（HLB值）

表面活性剂分子中亲水和亲油基团对油或水的综合亲和力。

（hydrophile-lipophilebalance,HLB

）HLB值即亲水亲油平衡值，即HLB值越大，表面活性剂的亲水性越强。一般来说影响表面活性剂表面活性的有以下：

亲水性（HLB值），亲水基种类，亲油基种类，分子结构，分子量

根据经验：

表面活性剂的HLB范围值限定在0~40

非离子表面活性剂的HLB值范围为0～20

完全由疏水碳氢基团组成的石蜡分子的HLB值为0

完全由亲水性的氧乙烯基组成的聚氧乙烯的HLB值为20

亲水性表面活性剂有较高的HLB值，亲油性表面活性剂有较低的HLB值

防锈工艺—2-2表面活性剂沈阳理工大学应用化学教研室HLB值的理论计算法

HLB基团数（groupnumble）

表面活性剂的HLB值看成是分子中各种结构基团贡献的总和：

HLB=∑(亲水基团HLB数）－∑（亲油基团HLB值）＋7

注：表面活性剂的一些常见基团及其HLB基团数查表可得

非离子表面活性系的HLB值具有加和性

例如简单的二组分非离子表面活性剂体系的HLB值可计算如下：

HLBa×Wa+HLBb×Wb

+Wb

注：上式不能用于混合离子型表面活性剂HLB值的计算

防锈工艺—2-2表面活性剂沈阳理工大学应用化学教研室HLB值的计算方法如下：

防锈工艺—2-2表面活性剂沈阳理工大学应用化学教研室2.2.3表面活性剂的基本性质和派生性质

表面张力：即垂直通过液体表面上任一单位长度，与液面相切的，收缩表面的力。是液体自动收缩表面的一种力。

（１）润湿性（渗透性）

广义上讲，表面上的一种流体被另一种流体所取代的过程为润湿。实际过程：沾湿、浸湿、铺展。使用液滴的接触角来描述润湿过程。

沾湿：指液体与固体接触，变液／气界面和固／气界面为固／液界面的过程。

浸湿:指固体浸入液体中的过程。

铺展:是在以固/液界面代替固/气界面的同时，液体表面也同时扩展。角越小，溶液的润湿性越好。

防锈工艺—2-2表面活性剂沈阳理工大学应用化学教研室力学讨论:

水滴状态改变时,力的平衡关系

γS>γLcosθ+γSL

润湿变大

γS<γLcosθ+γSL润湿变小

γS=γLcosθ+γSL水滴静止,此时θ为润湿角

则cosθ=(γS-γSL)/γL

根据cosθ=(γS-γSL)/γL讨论表面活性剂的引入导致的结果:

∵γS=constant

又∵表面活性剂加入γL

和γSL减小,则cosθ增大

∴θ角减小

即表面活性剂降低表面张力的作用是使润湿角变小,也即增强了润湿能力。

防锈工艺—2-2表面活性剂沈阳理工大学应用化学教研室（2）增溶（solubilization)：是表面活性剂在水溶液中达到CMC以后，一些水不溶性或微溶性物质在增溶溶液中的溶解度可显著增加，形成透明胶体溶液的作用。

例如，甲酚在水中的溶解度仅2％左右，但在肥皂溶液中，却能增加到50％。

最大增溶浓度（maximumadditiveconcentration,MAC）当表面活性剂用量为1g时增溶药物达到饱和的浓度。

例如，1g十二烷基硫酸钠可增溶0.262g黄体酮，1g吐温80或吐温20可分别增溶0.19g和0.25g丁香油。

防锈工艺—2-2表面活性剂沈阳理工大学应用化学教研室温度对增溶的影响

影响胶束的形成；

影响增溶质的溶解；

影响表面活性剂的溶解度。

1）Krafft点：

对于离子型表面活性剂，例如十二烷基硫酸钠在水中的溶解度随温度变化曲线AKB，如图：十二烷基硫酸钠在水中的溶解度与温度关系。

防锈工艺—2-2表面活性剂沈阳理工大学应用化学教研室起昙与昙点(浊点)

非离子型表面活性剂在水溶液中的溶解度随温度升高而下降，使溶液变浊，这种现象称为起昙,此温度为昙点（Cloudpoint），亦称浊点。

昙点是非离子型表面活性剂的特征值。此类表面活性剂的昙点在70~100℃,但很多聚氧乙烯类非离子表面活性剂在常压下观察不到浊点.

防锈工艺—2-2表面活性剂沈阳理工大学应用化学教研室（3）消泡性和发泡性

起泡过程中，气-液接触面积增大，故属于不稳定状态。欲得到此状态需要搅动的情况下适当降低表面张力。

具有合适分子结构的表面活性剂可降低表面张力，且保证液膜一定的强度。

消泡物理方法：搅拌，改变温度和压力。

消泡化学方法：

加少量碳链适中的醇或醚，

加另一种起泡剂，

加消泡剂

防锈工艺—2-2表面活性剂沈阳理工大学应用化学教研室（4）乳化性：油