《精细化工概论》第三章表面活性剂

冰淇淋是我们最喜欢的食物；有了化装品我们的生活也变得如此愉快。假设没有外表活性剂，这两样东西都不会有。这真是太可悲了。但是，假设真的没有了外表活性剂，也不会有人为没有冰淇淋和洗涤剂而哭泣。由于没有外表活性剂，人也没有了。——英国著名界面化学家Ckint第三章外表活性剂日常生活中,外表活性剂随处可见.传统的肥皂,现代的各种洗衣粉,香波能使水的外表张力明显降低的溶质称为外表活性物质§3－1概述一、外表活性剂的定义及其构造特点和分类1、定义：外表活性剂是指在溶剂中参与很少量即能显著降低溶剂外表张力、改动体系界面形状的物质。2、外表活性剂的构造特点①双亲性亲水基团疏水基团外表活性剂分子②溶解性③外表吸附④界面定向

⑤构成胶束胶束的构成：两亲分子溶解在水中达一定浓度时，其非极性部分会相互吸引，从而使得分子自发构成有序的聚集体，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。⑥多功能性润湿作用乳化作用分散作用起泡与消泡增溶作用洗涤作用肥皂、洗涤剂化装品食品加工纺织工业金属加工石油、建筑功能运用3、外表活性剂分类外表活性剂分子非极性烃链〔疏水〕极性基团〔亲水〕H2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2COHCH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CO硬脂酸阴离子外表活性剂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外表活性剂按离子类型阳离子外表活性剂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|CH3两性外表活性剂R-N+HCH2-CH2COO-H氨基酸型CH3|R-N+-CH2COO-H 甜菜碱型|CH3非离子外表活性剂R-O-(CH2CH2O)nH 脂肪醇聚氧乙烯醚R-(C6H4)-O(C2H4O)nH 烷基酚聚氧乙烯醚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 多元醇型特殊外表活性剂含氟外表活性剂含硅外表活性剂高分子外表活性剂生物外表活性剂二、外表活性剂的活性原理及活性作用1、外表活性剂的活性原理(1)具有双亲性构造(2)外表张力定义：通常，把垂直作用于液体外表上任一单位长度、并与液面相切的收缩表、并与液面相切的收缩外表力称为外表张力。外表张力的单位用N/m表示

液体内部分子受力分析内部分子所受力的全力为零，而外表分子的受合力不为零，结果只需向液体内部的力，而没有向气体方向的力，因此，呵斥液体的外表向内部收缩。〔a〕是极稀溶液，界面上没聚集很多的外表活性剂，空气和水直接接触，水的外表张力下降不多，接近于纯水的形状。b〕浓度相对升高，很快地聚集到水外表上，即外表吸附量大为添加、空气和水的接触相对减少，水外表张力下降〔c〕外表活性剂浓度逐渐升高，外表活性剂毫无间隙地密集于液面上，构成了单分子吸附膜。空气与水处于完全隔离形状，外表吸附达饱和。在溶液内部，添加外表活性剂,先是三三两两以疏水基相互靠拢，构成球形胶束的最初方式。水外表张力急剧下降。胶束构造表示图在CMC附近，外表活性剂溶液的许多性质都会出现转机，如外表张力、电导率、去污才干等.可以利用测定外表张力，电导率等方法到达测定临界胶束浓度目的;外表活性剂水溶液其浓度只需稍高于其CMC值时，才干充分显示其作用。CMC(3)界面电荷(4)胶束和增溶增溶作用：外表活性剂在水溶液中到达临界胶束浓度后，一些水不溶性或微溶性物质在胶束溶液中的溶解度可显著添加并构成透明胶体溶液，这种作用即增溶作用。参与两个概念(1)、临界溶解温度：离子型外表活性剂在水溶液中的溶解度，随温度的上升逐渐添加，当到达某一特定的温度下，溶解度急剧陡升。该温度称为离子型外表活性剂的临界溶解温度。(2)、浊点：非离子型外表活性剂在水中的溶解度随温度的上升而降低，升至某一温度，溶液出现混浊，经放置或离心分别，可得富胶团和贫胶团两个液相，这个温度称为外表活性剂的浊点。

润湿作用乳化作用分散作用起泡与消泡增溶作用洗涤作用肥皂、洗涤剂化装品食品加工纺织工业金属加工石油、建筑功能运用2、外表活性剂的活性作用(1)润湿作用润湿是固体外表的一种流体被另一种流体所取代的过程接触角的表示图：这种借助外表活性剂来润湿物体的作用叫润湿作用在固体外表发生定向吸附这种能使液体潮湿或能加速固体外表潮湿的外表活性剂叫做潮湿剂。润湿方面的运用：1矿物的泡沫浮选2金属的防锈、缓蚀3织物的防水、防油处置降低润湿作用：

原理是用外表活性物质的极性部分选择性吸附，非极性部分向外呈憎水性。

一次性抽血器中盛血的玻璃管(定量的),内壁要疏水水化,运用的是硅偶联剂,使血液在管内不残留。防水整理剂纤维的防水整理：不透气：用橡胶和合成树脂涂在纤维织物上，在织物上构成延续的防水膜；穿着不适；透气：将织物外表变为疏水性，空气和水蒸气的透气性不产生妨碍，又称“拒水整理〞。4农药中的运用:添加润湿作用：

农药喷洒：由于大多农药水溶性差，对植物的茎叶润湿不好，滚落浪费且不能展开，杀虫效果差，参与外表活性剂，提高润湿程度，即可大大提高药效。(2)乳化与破乳作用乳化景象油水乳化剂乳化液油水一种或多种液体以微滴状分散到另一种不相混溶的液体中所构成的多相分散体系，称为乳状液。这种构成乳状液的过程称为乳化。分散相(内相、不延续相)分散介质(外相、延续相)水相/油相液珠大小/μm乳液外观>10.1~10.05~0.1<0.05乳白色乳状液蓝白色乳状液灰色半透明液透明液乳状液的类型及构成1乳状液的类型1水包油O/W2油包水W/O3套圈型根本型O/W内相外相水包油W/O内相外相油包水复合型W/O/W内水相油相外水相水包油包水O/W/O内油相水相外油相油包水包油根据构造分类剧烈振荡油水水包油型(O/W)油包水型(W/O)天然乳化液人工乳化液牛奶油包水〔W/O〕型奶油水包油〔O/W〕型乳多重型〔W/O/W〕型冰淇淋椰奶乳化剂的破乳乳化和破乳的运用农药消费、金属加工、沥青乳化食品、化装品原油开采2.4乳化剂的破乳有两相界面存在是热力学不稳定体系在江河湖海经常会出现大面积的原油或其他有机溶液的走漏事故，往往由于面积过大，走漏量也很大，无法搜集。大量的这类不溶于水的物质假设不处置，一方面会呵斥相当严重的环境污染，另一方面能够呵斥大面积火灾发生。石油处置剂就是将这些因非常事故而流出的油类物质严密地进展化学处置的药剂，包括集油剂、沉降剂、凝固剂、乳化分散剂等，其主要成分乳化分散剂即为外表活性剂。(3)增溶作用Solubilization外表活性剂在水溶液中到达临界胶束浓度后，一些水不溶性或微溶性物质在胶束溶液中的溶解度可显著添加并构成透明胶体溶液，这种作用即增溶作用。s/溶解度C/%cmc增溶作用的运用乳液聚合开采石油胶片消费洗涤剂增溶作用的方式1非极性分子在胶束内的增溶在胶束内部，被增容的物质完全处于非极性环境中。2在外表活性剂分子间的增溶

分子构造与外表活性剂类似的极性有机化合物栅栏之间甚至拉入内部。3在胶束外表的吸附增溶既不溶于水也不溶于油的小分子极性有机化合物在胶束外表增容4聚氧乙烯基间的增溶以聚氧乙烯基为亲水基的非离子外表活性剂包裹在胶束外层的长链中

增溶作用的运用〔实例〕在乳液聚合中的运用乳液聚合是使原料分散于水中构成乳状液，在引发剂作用下进展聚合。原料单体在外表活性剂水溶液中乳化，处于3种形状：在乳状液滴中，溶于水中，增溶于胶束中。运用水溶性引发剂时，在水相中引发反响，聚合反响在胶束中进展，分散于水相中的乳状液滴仅作为提供反响原料的储库。在石油消费中的运用借助增溶作用可提高石油的采收率，其有效方法是将粘附在岩层砂石上的油“驱赶〞出来，即所谓“驱油〞。利用外表活性剂在溶液中构成胶束的性质，将外表活性剂、助剂〔醇类起促进胶束构成作用〕和油混合在一同，经搅动，构成均匀的“胶束溶液〞。该溶液能溶解原油，很好的润湿岩层，遇水不分层，当流过石岩层时能有效地洗下粘附在砂石上的原油，从而到达提高石油的采收的目的。(4)发泡和消泡作用翻开啤洒、香槟瓶即有大量泡沫出现等，液体泡沫。人们通常所说的泡沫多指面包、蛋糕等弹性大的物质以及泡沫塑料、饼干等为固体泡沫。液体泡沫也是本节要讨论的主要内容。“泡〞就是由液体薄膜包围着气体。泡沫的构成及其稳定性“泡沫〞是气体分散于液体中的分散体系。ABC外表活性剂的起泡和稳定作用在肥皂水里参与一小匙的砂糖或少许的茶叶，放在阴暗处过夜后，就会发现这种肥皂水吹出来的泡泡颜色不但艳丽，而且比较不容易破裂。肥皂，热水消泡剂能降低溶液和悬浮液外表张力、防止泡沫构成或使原有泡沫减少或消逝的外表活性剂称为消泡剂.抑泡剂是指可以阻止泡沫的产生的物质。在制糖、制药、微生物工程、发酵酿造工业以及减压蒸馏、溶液浓缩和机械洗涤过程中泡沫太多，要参与适当的外表活性剂降低薄膜强度，消除气泡，防止事故。外表活性剂的消泡作用起泡和消泡的运用1起泡作用在灭火中的运用熄灭的条件：助燃物可燃物如何灭火呢？火源由于泡沫中所含水分的冷却效果，以及在火苗外表上覆盖的泡沫层，胶束膜或凝胶层，使火苗和氧隔绝，而起到灭火作用。作为抗静电整理剂，预防静电火花点火源(5)洗涤作用(6)分散的作用：钻井泥浆；涂料；油墨；墨水；消字液；矫正液；感光资料；纳米资料三、外表活性剂的亲水、亲油平衡值1、定义:外表活性剂的亲水亲油平衡值(HydrophileLipopMeBalance，HLB)是表示外表活性剂的亲水性、亲油性好坏的目的。2、HLB数值3、运用HLB值应留意以下各点。1〕．不同HLB值的外表活性剂具有不同的运用范围2〕．不同的被分散或被乳化物质具有不同的HLB值(1)根据HLB值选择分散剂或乳化剂要将这些在水中不溶的物质分散到水性分散体系中时，须令选择的外表活性剂的HLB值与被分散或被乳化的物质的HLB值相匹配。举例：在合成聚醋酸乙烯酯乳液涂料时，思索到聚醋酸乙烯酯的最适宜HLB值为14.5~17.5，乳化剂所选的外表活性剂为：十二烷基苯磺酸钠，HLB值11.7所用份数1；十二烷基硫酸钠，HLB值40所用份数0.3；TX-10,HLB值12.8所用份数1；问几种外表活性剂复配能否可作合成聚醋酸乙烯酯乳液涂料的乳化剂？(2)乳化剂用外表活性剂的其他选择原那么4、外表活性剂的工业运用§3-2各类外表活性剂产品一、阴离子外表活性剂亲水性基团是阴离子的外表活性剂叫阴离子型外表活性剂。它们在整个外表活性剂消费中占有较大的比重，世界外表活性剂总产量约一半属于这一类。磺酸盐型阴离子外表活性剂1十二烷基苯磺酸钠简称LAS，是一种黄色油状液体，经纯化后可构成六角形或斜方型薄片状结晶。LAS溶于水后呈中性，对水的硬度较敏感，对酸碱水解的稳定性好，不易氧化。外表活性作用表现为起泡才干强、去污才干高，易与各种助剂复配，兼容性好，且本钱较低，合成工艺成熟，因此运用领域广泛。合成方法：消费过程可分为三步分：烷基苯的制备，烷基苯的磺化和烷基苯磺酸的中和。烷基苯的制备：4种方法。烷基苯的磺化：①三氧化硫磺化法反响原理：对设备加工精度及材质均有较高要求，设备庞杂，造价均在几百万元以上，普通中小型企业和乡镇企业难以实现。②发烟硫酸磺化法以发烟硫酸作为磺化剂与烷基苯反响如下：与三氧化硫磺化相比，发烟硫酸磺化反响速率较易控制，反响放热量也较小，但由于反响过程同时生成大量废酸，故消费本钱偏高。烷基苯磺酸的中和：2、羧酸盐型阴离子外表活性剂(R－COONa)肥皂－－脂肪酸盐(钠盐为多)，是一种最古老的外表活性剂，如今仍大量运用于日常生活和消费中。肥皂比较容易制造，油脂与碱作用即生成脂肪酸钠与甘油。

羧酸盐所存在的主要缺陷是，它是一种弱酸强碱盐，易水解为游离酸，降低其水溶性。合成：①皂化、②盐析、③碱析、④整理、⑤调和二、阳离子外表活性剂阳离子外表活性剂正好与阴离子外表活性剂构造相反。如图其亲水基一端是阳离子，故称阳离子外表活性剂，疏水基与阴离子类似主要为不同碳原子数的碳氢链。1928年，阳离子外表活性剂开场运用，当时用作杀菌剂。这类外表活性剂的产量增长较快，种类开展迅速，运用范围口益广泛:杀菌剂、腈纶匀染剂、纤维柔软剂、抗静电剂、浮选剂目前阳离子外表活性剂的产量还比较小，但其增长速度要比阴离子和非离子大得多。留意：阳离子外表活性剂通常不与阴离子外表活性剂混合运用，两者易生成不溶于水的高分子盐R-NH2·HCl 伯胺盐CH3|R-N-HCl 仲胺盐|HCH3|R-N+-CH3Cl- 季铵盐|CH3CH3|R-N-HCl 叔胺盐|CH3主要为含氮的有机衍生物其它含氮等的有机衍生物阳离子外表活性剂的分类R-NH2·HCl 伯胺盐CH3|R-N-HCl 仲胺盐|HCH3|R-N-HCl 叔胺盐|CH3胺盐型该类产物是弱酸的盐，在酸性条件下具有外表活性，在碱性条件下，胺游离出来而失去外表活性，因面使它的运用遭到限制。无杀菌才干纤维柔软剂匀染剂浮选剂季铵盐型R1|R2-N+-CH3X- 季铵盐|R3季铵盐与胺盐不同，它在碱性和酸性介质中都能溶解，且离解为带正电荷的外表活性离子。季铵盐洗涤才干差但杀菌才干强，在阳离子外表活性剂中的位置最为重要，产量也最大。含苯环的季铵盐氯化苄80-90oC3h十二烷基二甲基苄基氯化铵1227/洁尔灭/TAN高级烷基叔胺与低级卤代烷1洁尔灭阳离子活性剂1227易溶于水，稳定性良好，能耐热、耐光、耐压、无挥发性1227是一种非氧化性杀菌剂，具有广谱、高效的杀菌灭藻才干，并具有一定的分散、浸透作用和一定的缓蚀作用，因此广泛运用于石油、化工、电力、纺织等行业的循环冷却水系统中用以控制循环冷却水系统菌藻繁殖。三、两性外表活性剂广义地说：所谓两性外表活性剂，是指同时具有两种离子性质的外表活性剂。通常所说的两性外表活性剂，是指由阴离子和阳离子所组成的外表活性剂。换言之，单就两性外表活性剂构造来讲，在亲水基一端既有阳离子(+)也有阴离子(-)。〔一〕、咪唑啉型两性离子外表活性剂〔二〕、甜菜碱型两性离子外表活性剂〔三〕、氨基酸型两性离子外表活性剂四、非离子外表活性剂非离子型外表活性剂在水溶液中不电离其亲水基主要是由具有一定数量的含氧基团〔醚基或羟基〕与水构成氢键实现溶解的一类外表活性剂分类：聚乙二醇型多元醇型1脂肪醇聚氧乙烯基醚AEOC12H25OHC12H25(OCH2CH2)n-HNaOH催化150~180oC易溶于水，在硬水、酸或碱中不起变化而稳定，是一种优良分散剂。有很强的分散才干。对各种纤维无结合才干，所以运用后亦易洗去。有润湿力，并能发生泡沫。缺陷：起泡力差和只能制成液体或半固体状。用途：2烷基酚聚氧乙烯基醚烷基酚聚氧乙烯基醚的制备OP-101、壬烯与苯酚反响，生成壬基酚2、壬基酚与环氧乙烷反响特点：n=1~6油溶性；n＞8水溶性，浊点＞50oCn=8~9润湿性、去污力、乳化性能皆佳n＞10润湿性、去污力下降，浊点升高用途：〔一〕、碳氟外表活性剂含氟外表活性剂是指碳氢链中氢原子被氟取代了的外表活性剂。氢原子可以部分被氟原子取代，也可全部被氟原子取代，后者称为全氟外表活性剂。这类外表活性剂性能特殊，具有憎水、憎油的双重特性，降低外表张力的才干极为显著，其运用越来越引人注目1碳氟外表活性剂的性质〔1〕化学稳定性和热稳定性能好耐高温、耐强酸、强碱、耐强氧化剂〔2〕溶解性氟外表活性剂具有高熔点、高Krafft点和在溶剂中溶解度低的特点。同时具有既疏水又疏油的性质。五、其他外表活性剂碳氟外表活性剂有极高的外表活性，其水溶液的外表张力可低至20nN/m以下(有的甚至可低到12nN/m)，这是其它类型外表活性剂所远不及的。〔3〕外表活性碳氟外表活性剂在6个碳原子的时候就有很好的外表活性。8~12个碳原子最正确。〔4〕CMC2碳氟外表活性剂的分类离子型阳离子型阴离子型两性型非离子型3碳氟外表活性剂的运用高效稳定复配与选择运用：1〕高效灭火剂a高效灭火剂;b在油面上迅速铺展成膜;c缩短灭火时间;d提高灭火性能;e抗复燃型好2〕电镀：抑铬酸雾剂，平安消费〔二〕、含硅外表活性剂Si-O键要比C-C键稳定，不易断裂。因此含硅外表活性剂具有较高的耐热稳定性离