胶体与表面化学

关于胶体与表面化学第一节表面活性剂概述东北石油大学石油工程学院第2页,共31页,2024年2月25日，星期天表面活性剂概述一、表面活性剂定义二、

表面活性剂的结构特点第3页,共31页,2024年2月25日，星期天一、表面活性剂的定义

如图油酸钠在浓度很低时，可将水的表面张力自72mN·m-1降到约25mN·m-1。而一般的无机盐(如NaCl)水溶液，在浓度较稀时，对水的表面张力几乎不起作用，甚至使表面张力稍为升高，第4页,共31页,2024年2月25日，星期天一、表面活性剂的定义

（1）：肥皂，洗衣粉，油酸钠（2）：乙醇，丁醇，己醇（低分子量的极性有机物）（3）：无机盐类NaCl、KNO3、HCl、NaCl。第5页,共31页,2024年2月25日，星期天二、表面活性剂的结构特点1

、分子结构特点2、

分子结构双亲性的特性两亲结构使活性剂分子在溶于水后，亲水基受到水分子的吸引，亲油基受到水分子排斥，而不稳定，只有浮于液面，亲油基伸向气相才能稳定，平衡。两亲结构亲油基第6页,共31页,2024年2月25日，星期天二、表面活性剂的结构特点亲油基亲油基亲油基亲油基亲油基亲油基亲油基3、表面活性剂双亲结构的表示形式第7页,共31页,2024年2月25日，星期天二、表面活性剂的结构特点4、构成表面活性剂的亲油基团和亲水基团第8页,共31页,2024年2月25日，星期天第二节表面活性剂的分类东北石油大学石油工程学院第9页,共31页,2024年2月25日，星期天表面活性剂的分类一、表面活性剂的分类二、

各类表面活性剂的结构特点及应用第10页,共31页,2024年2月25日，星期天一、表面活性剂的分类A按离子型分类

第11页,共31页,2024年2月25日，星期天一、表面活性剂的分类B按溶解性分类水溶性表面活性剂油溶性表面活性剂C按分子量分类

高分子表活性剂中分子表活性剂低分子表活性剂分子量大于10000分子量1000～10000分子量100～1000D按用途分类

表面活性剂按用途可分为渗透剂，润湿剂、乳化剂、增溶剂、分散剂、絮凝剂、起泡剂、消泡剂、杀菌剂、抗静电剂、缓蚀剂、柔软剂、防水剂、织物整理剂、匀染剂等类。此外，还有有机金属表面活性剂、含硅表面活性剂，含氟表面活性剂和反应性特殊表面活性剂。第12页,共31页,2024年2月25日，星期天二、

各类表面活性剂的结构特点及应用（一）阴离子表面活性剂概述定义

阴离子表面活性剂指在水溶液中电离时，生成的表面活性离子带负电荷的表面活性剂。按亲水基分类

阴离子表面活性剂RCOONaR-OSO3NaR-SO3Na

R-OPO3Na2羧酸盐型硫酸酯盐型磺酸盐型磷酸酯盐型第13页,共31页,2024年2月25日，星期天阴离子表面活性剂特性

①溶解度随温度变化有明显的转折点。即存在Krafft温度点；②一般情况下，阴离子表面活性剂与阳离子表面活性剂的配伍性较差，但在一定条件下复配可以大大提高表面活性；③阴离子表面活性剂的抗硬水能力较差，抗硬水性能强弱顺序为：

-SO3Na>-OSO3Na>-OPO3Na2>-COONa；④在疏水链与阴离子基团中间引入—（EO）—，可以大大提高抗温性能；⑤在阴离子基团与疏水链之间引入—（PO）—，可以提高其疏水性；⑥酸中稳定性不同：-COONa在酸中不稳定，析出自由酸。-OSO3Na在酸中可发生水解而分解。其他两种阴离子表面活性剂在酸中较为稳定。第14页,共31页,2024年2月25日，星期天1.羧酸盐类（R-COOM）1.1最大缺点

羧酸盐阴离子表面活性剂的高价金属盐不溶于水，且在酸性条件下容易析出羧酸而不稳定，失去表面活性，因此，其抗硬水能力较差。1.2羧酸盐阴离子表面活性剂的性能改善措施

增加羧基的数量引入其它亲水基团（雷米帮A）

羧酸盐阴离子表面活性剂属于肥皂系列，最初用于洗涤用品，通过改性后，可以用于钙皂分散剂、乳化剂和净洗剂等。1.3应用

第15页,共31页,2024年2月25日，星期天2.硫酸酯盐类（R-OSO3M）硫酸酯盐C12H25OSO3Na红油和蒙诺波尔蓖麻油硫酸化产物梯波尔a-烯烃硫酸化产物

脂肪醇酸酯在酸、碱条件下才耐热，特别在酸性介质中，硫酸酯将水解为硫酸而加速水解。①水解性第16页,共31页,2024年2月25日，星期天2.硫酸酯盐类（R-OSO3M）②溶解度规律A.一价阳离子的烷基硫酸酯盐的溶解度如下递减顺序：

有机胺离子>NH4+>Na+>K+；B.二价阳离子的硫酸酯盐溶解度递减顺序：

Mn2+>Cu2+>Co2+>Mg2+>Ca2+>Pb2+>Sr2+>Ba2+③应用良好乳化，起泡剂，用于牙膏。对眼和皮肤有刺激作用。

洗发香波，化妆品，去污。第17页,共31页,2024年2月25日，星期天3.磺酸盐类（R-SO3M）磺酸盐烷基苯磺酸钠渗透剂OT拉开粉胰加漂T油酰氯和N-甲基牛胆酸磺化琥珀酸双酯烷基萘磺酸钠特点

稳定较好，不发生水解，能够在酸性介质中使用，热稳定性较好。第18页,共31页,2024年2月25日，星期天3.磺酸盐类（R-SO3M）A.制备：烷基苯B.特点：成本低，性能好，用途广，耐酸、碱，硬水中不沉淀。C.典型产品（十二烷基苯磺酸钠）ABS磺化剂水解

石油磺酸盐的主要成分是复杂的烷基苯磺酸或烷基萘磺酸盐，其余则为脂肪烃及环烃的磺化物及氧化物。其平均分子量大约在400与580之间(石油磺酸钠)。石油磺酸盐常作为乳化剂应用于切削油及农药(可溶性)中，在矿物浮选中作为起泡剂，在燃料油中作为分散剂；高分子量的，则常用作防锈油中的防蚀剂。近年来，大量的石油磺酸盐被应用用于“三次采油”中,钻井泥浆添加剂，原油破乳剂等。第19页,共31页,2024年2月25日，星期天4.磷酸酯盐类R-OPO3Na2

磷酸酯盐高级醇磷酸酯二钠盐高级醇磷酸双酯钠盐ROPO3M(RO)2PO2M单酯双酯

抗电解质及抗硬水性较强，净洗能力好，为低泡性表面活性剂。与烷基硫酸酯及烷基磺酸盐相比，它具有较高的表面活性，对棉的净洗性更为优越。可用作净洗、润湿、乳化、抗静电和抗腐蚀剂。第20页,共31页,2024年2月25日，星期天阴离子表面活性剂在油田中的作用酸化起泡作用堵水压裂液第21页,共31页,2024年2月25日，星期天（二）阳离子表面活性剂1.定义

在水溶液中离解时生成的表面活性离子带正电荷的表面活性剂，其亲水基主要是N、P、S、I等原子。其中N原子是最常用的表面活性剂。2.种类

表面活性剂中，绝大部分是含氮的化合物，也就是有机胺的衍生物。简单有机胺的盐酸盐或醋酸盐(RNH2·HCl或RNH2·HAc)可在酸性介质中用作乳化、分散、润湿剂，也常用作浮选剂及作为颜料粉未表面的憎水剂。有机胺盐表面活性剂的缺点，是当溶液的pH值较高时(pH>7)，自由胺容易析出，从而失去表面活性。第22页,共31页,2024年2月25日，星期天（二）阳离子表面活性剂阳离子表面活性剂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第23页,共31页,2024年2月25日，星期天（二）阳离子表面活性剂3.特性及作用①优异的杀菌性能：杀菌能力取决于对细胞的渗透性和对蛋白质的沉淀能力；②良好的吸附性能：由于一般固体表面带的是负电荷，带正电的表面活性离子容易强烈地吸附其上。此特性有如下用途：

A.作为矿物浮选剂。阳离子表面活性剂吸附在矿物颗粒表面，使其表面变为憎水，容易附着在憎水的气泡上而浮选出来；

B.作为乳化剂。主要作为沥青状乳状液制备时的乳化剂。由于碎石表面强烈吸附阳离子表面活性剂而变为亲油表面，不仅增加了碎石与沥青之间的粘结性，也增强了路面的抗水性能；

C.植物柔软剂。阳离子表面活性剂在固体表面吸附后，疏水的非极性烷基指向空气，改变了固体表面的摩擦系数。第24页,共31页,2024年2月25日，星期天（二）阳离子表面活性剂D.抗静电剂。由于阳离子表面活性剂在固体表面形成一层连续的吸附膜，活性的极性基团产生离子导电和吸湿导电，而起抗静电作用；

E.增强剂。主要用于造纸，离子型的阳离子表面活性剂可作为纸张增强剂吸附在带负电荷的纸张表面。

F.其它作用。缓蚀剂、防腐剂等典型的阳离子表面活性剂

十六烷基三甲基溴化铵十二烷基二甲基苄基（氯）溴化铵第25页,共31页,2024年2月25日，星期天（三）两性离子表面活性剂1.定义：同一分子中同时存在阴、阳、非离子或存在其中两种离子性质的表面活性剂。2.类型2.1甜菜碱型两性离子表面活性剂

①定义：阳离子由季铵盐构成的两性表面活性剂。RN+(CH3)2CH2-COO--SO3--OSO3--OPO3-②特性A.pH值影响小；B.在pH>7不具有阴离子性；C.磺基甜菜碱具有较强的钙皂分散能力，尤其分子结构中有-CONH键更好第26页,共31页,2024年2月25日，星期天2.2氨基酸型两性离子表面活性剂

①定义：阳离子由氨基酸构成的两性表面活性剂。③特性A.pH值的变化氨基酸两性离子表面活性剂变为阴/阳离子型B.在等电点时，阴阳离子同时存在于同一分子内，此时溶解度最小，润湿能力最小，泡沫最低。RNH(CH2)n-COOH-SO3H②类型A.阴离子与阳离子的组合B.阴离子与非离子的组合C.阳离子与非离子的组合第27页,共31页,2024年2月25日，星期天（四）非离子表面活性剂1.定义

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(一般为醚基和羟基)构成的表面活性剂。亲水基主要有：、醚键（—O—）、羟基（-OH）

酰胺基（-CONH2）2.特性①稳定性高，不受酸、碱、盐的影响，耐硬水性强；②与其它表面活性剂的配伍性好；③在一般固体上不易发生强烈吸附；④溶解度大小与温度有关，存在浊点效应，随温度升高大多数非离子表面活性剂不溶于水；⑤具有高表面活性，其水溶液的表面张力、cmc较低，增溶作用强；⑥泡沫性能较差；⑦毒性小，对皮肤刺激性小。第28页,共31页,2024年2月25日，星期天（五）特殊类型表面活性剂

主要是指在表面活性剂的碳氢链中氢原子全部或部分被氟原子取代了的表面活性剂。①氟表面活性剂定义②特点

A.疏水作用要比碳氢链强;B.相同碳原子数、相同极性的两类不同的表面活性剂中，氟表面活性剂的表面活性比一般表面活性剂大得多，其水溶液的表面张力可降至20mN/m以下。C.碳氟链不但疏水，而且疏油，表现在全氢表面活性剂在固体表面上的单分子层不能被烷烃液体所润湿，能降低碳氢化合物液体的表面张力;第29页,共31页,2024年2