表面活性剂概述及表面活性剂作用原理课件

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Ckint12023/10/2表面活性剂化学22023/10/2表面活性剂化学32023/10/2表面活性剂化学42023/10/2表面活性剂化学52023/10/2表面活性剂化学62023/10/2表面活性剂化学72023/10/2表面活性剂化学82023/10/2表面活性剂化学92023/10/2表面活性剂化学102023/10/2表面活性剂化学指甲油112023/10/2表面活性剂化学12香水2023/10/2表面活性剂化学1

消毒杀菌腈纶匀染剂抗静电剂矿物浮选剂相转移催化剂织物柔软剂食品加工印染金属加工电镀采矿采油132023/10/2表面活性剂化学表面活性剂一词来自英文Surfactant。142023/10/2表面活性剂化学它实际上是短语Surface（表面）

Active（活性）Agent（添加剂）的缩合词。它还有一个名字叫做Tenside。表面活性剂是这样一种物质，它活跃于表面和界面上，具有极高的降低表、界面张力的能力和效率。在一定浓度以上的溶液中形成分子有序组合体，从而具有一系列应用功能。降低表面张力为正吸附，溶质在溶液表面的浓度大于其在溶液本体中的浓度此溶质为表面活性物质增加表面张力为负吸附，溶质在溶液表面的浓度小于其在溶液本体中的浓度此溶质为表面惰性物质溶入少量就能显著降低表面张力的物质也称表面活性物质或表面活性剂。152023/10/2表面活性剂化学162023/10/2表面活性剂化学(a)(b)172023/10/2表面活性剂化学1.1

表面活性剂分类

极性基团（亲水）表面活性剂分子

非极性烃链（疏水）C182023/10/2表面活性剂化学COHCCH2CH2C

CH2

H2CCH2

H2

H2

H2

H2

H2

H2

H2C

C

C

C

C CC

C

CH2

H2

H2

H2

H2O硬脂酸2023/10/219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

磷酸酯盐表面活性剂化学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1.1.1

按离子类型阳离子表面活性剂R-NH2·HCl

伯胺盐CH3|R-N-HCl

仲胺盐|HCH3|R-N-HCl

叔胺盐|CH3CH3|R-N+-CH3Cl-

季胺盐|CH3202023/10/2表面活性剂化学两性表面活性剂R-N+HCH2-CH2COO-H氨基酸型甜菜碱型212023/10/2表面活性剂化学CH3|R-N+-CH2COO-H|CH3R-(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222023/10/2表面活性剂化学1.1.2

按亲水基的结构分类232023/10/2表面活性剂化学极性基团：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。1.1.3

按疏水基的种类分类242023/10/2表面活性剂化学1.直链烷基支链烷基烷基苯基烷基萘基通常为烃基构成松香衍生物高分子质量聚氧丙烷基长链全氟(或高氟代)烷基聚硅氧烷基氟表面活性剂硅表面活性剂1.1.4

按表面活性剂的特殊性分类252023/10/2表面活性剂化学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

的性能元素表面活性剂高分子表面活性剂262023/10/2表面活性剂化学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）部分合成高分子表面活性剂羧甲基纤维素、羧甲基淀粉合成高分子表面活性剂聚乙烯醇、聚丙烯酸盐、聚丙烯酰胺生物表面活性剂272023/10/2表面活性剂化学由酵母、细菌作用于培养液。生成有特殊结构的表面活性剂糖脂系鼠李糖脂、海藻糖脂、槐糖脂酰基缩氨酸系硫放线菌素、脂缩氨酸。冠醚型表面活性剂冠醚能与金属多价离子络合作，用作相转移催化剂、萃取剂等282023/10/2表面活性剂化学1.1.5

其他分类方法水溶性的油溶性的低分子量的高分子量的292023/10/2表面活性剂化学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，广泛应用于洗涤、医药、石油、食品、农业等各个领域。1.2

表面活性剂的国内外发展302023/10/2表面活性剂化学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。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。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浓缩液体洗涤剂。2023/10/2表面活性剂化学31表面活性剂的作用原理第二章2.1

表面张力与表面活性2023/10/232表面活性剂化学当任意两相接触时,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。若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。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。气-液界面2023/10/233表面活性剂化学气-固界面2023/10/234表面活性剂化学液-液界面2023/10/235表面活性剂化学液-固界面2023/10/236表面活性剂化学固-固界面2023/10/237表面活性剂化学2.1.1

表面张力和表面自由能2023/10/238表面活性剂化学（a）（b）392023/10/2表面活性剂化学如果在活动边框上挂一重物，使重物质量W2与边框质量W1所产生的重力F（F=（W1+W2）g）与总的表面张力大小相等方向相反，则金属丝不再滑动。这时l是滑动边的长度，因膜有两个面，所以边界总长度为2l，

就是作用于单位边界上的表面张力。402023/10/2表面活性剂化学由于表面层分子的受力情况与本体中不同，因此

如果要把分子从内部移到界面，或可逆的增加表面积，就必须克服系统内部分子之间的作用力，对系统做功。温度、压力和组成恒定时，可逆使表面积增加dA所需要对系统作的功，称为表面功。用公式表示为：把作用于单位边界线上的这种力称为表面张力，用表示，单位是N/m。也是增加单位表面积时所必须对系统做的功，单位J/m2412023/10/2表面活性剂化学表面张力的测定1.滴重法W=2πRγfγ=W/2πRf422023/10/2表面活性剂化学滴落的高速摄影示意图432023/10/2表面活性剂化学那为什么有个系数呢？2.毛细管上升法r

毛细管半径Δρ界面两相的密度差g

重力加速度h

高度差2023/10/244表面活性剂化学环法吊片法最大汽泡压力法滴外形法2023/10/245表面活性剂化学浓度122.1.2

表面活性和表面活性剂具有第三类曲线的物质才叫表面活性剂。特劳贝规则32023/10/246表面活性剂化学2.1.3

表面活性剂的结构特点2023/10/247表面活性剂化学482023/10/2表面活性剂化学2.2

表面活性剂胶束2.2.1胶束的形成492023/10/2表面活性剂化学胶束结构示意图502023/10/2表面活性剂化学2023/10/2

表面活性剂化学

512.2.2临界胶束浓度

CMCCritical

Micell

Concentration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。表面活性剂化学522023/10/2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，

而体相中的胶束不断

增多、增大。2.2.2.1

临界胶束浓度的测定方法1.表面张力法界面张力仪532023/10/2表面活性剂化学2.电导法增溶作用法染料法542023/10/2表面活性剂化学5.光散射法552023/10/2表面活性剂化学2.2.2.2

影响临界胶束浓度的因素表面活性剂的碳氢链长碳氢链分支极性基团的位置碳氢链中其它取代基的影响疏水链的性质亲水基团的种类离子型

Krafft

point温度非离子型浊点cloudpoint562023/10/2表面活性剂化学2.2.3

胶束的形状和大小球

状2023/10/257表面活性剂化学2023/10/258表面活性剂化学2023/10/259表面活性剂化学2.2.4

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2023/10/260表面活性剂化学2.3

表面活性剂结构与性能的关系2023/10/261表面活性剂化学2.3.1

表面活性剂的亲水性HLB亲水亲油平衡值(

Hydrophile-

Lipophile

Balance)表面活性剂分子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。GriffinHLB值=亲水基质量622023/10/2表面活性剂化学亲水基质量+憎水基质量×100/52.3.1.1

HLB的确定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)/5离子型HLB=∑(亲水基团HLB)+∑(亲油基团HLB)+7632023/10/2表面活性剂化学混合型HLB混合=∑(HLBi

×qi)

亲油

|

亲水

642023/10/2表面活性剂化学HLB值

0

1

3

6

7

8

10

12

13

15| |消泡| —| |

润湿剂石蜡

W/O乳化剂18

20|—增溶剂——|

|聚乙二醇|——

渗透作用|去污|———||—————O/W

乳化剂————|2.3.1.2

HLB与表面活性剂应用关系2.3.2

亲油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2.3.3