胶体和表面活性剂

关于胶体和表面活性剂第一节胶体

在工农业生产和日常生活中遇到的物质往往并非纯净物，而是一种或几种物质分散在另一种物质里形成的混合物。这种混合物叫做分散系。其中分散成微粒的物质叫做分散质；微粒分布在其中的物质叫做分散剂。第2页,共80页,2024年2月25日，星期天

对溶液来说，溶质是分散质，溶剂是分散剂，溶液是一种分散系。还有一种分散系与溶液在性质上有很大的差异，如水滴分散在空气中形成云雾，某些金属氧化物分散在玻璃态物质里形成有色玻璃等，人们称这些体系为胶体体系。第3页,共80页,2024年2月25日，星期天一、胶体胶体也是一种分散系，在这种分散系里，分散质微粒直径的大小介于溶质分子或离子的直径(一般大于10-9米)和悬浊液或乳浊液微粒的直径(一般小于10-7米)之间。一般地说，分散质微粒的直径大小在10-9

～10-7

米之间的分散系叫做胶体。第4页,共80页,2024年2月25日，星期天

人们常根据胶体粒子大小介于10-9

～10-7米之间这一特点，把混有离子或分子杂质的胶体溶液放进用半透膜制成的容器内，并把这个容器放在溶剂中，让分子或离子等较小的微粒透过半透膜，使离子或分子从胶体溶液里分离出来，以净化胶体。这样的操作叫渗析。应用渗析的方法可精炼某些胶体。第5页,共80页,2024年2月25日，星期天第6页,共80页,2024年2月25日，星期天

胶体的种类很多，按照分散剂的不同，可分为液溶胶、气溶胶和固溶胶。分散剂是液体的叫做液溶胶(也叫溶胶)，例如，实验室里制备的Fe(OH)3和AgI胶体都是液溶胶。分散剂的形态是气体的，叫做气溶胶，例如，雾、云、烟等都是气溶胶；分散剂是固体形态的，叫做固溶胶，例如烟水晶、有色玻璃等都是固溶胶。第7页,共80页,2024年2月25日，星期天

日常生活里经常接触和应用的胶体，有食品中的牛奶、豆浆、粥，用品中的塑料、橡胶制品，建筑材料中的水泥等。化妆品90％以上均为胶体分散系。第8页,共80页,2024年2月25日，星期天

雪花膏是一种以油脂、蜡分散于水中的分散系。冷霜是将水分散于油脂、蜡中的分散系。牙膏是以固体细粉为主悬浮于胶性凝胶中的一种复杂分散系。水溶性香水是采取增溶方法将芳香油分散于水中的透明液体。

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香粉蜜是利用保护胶体的作用使细粉悬浮在水溶液中的分散系。香波和剃须膏实质上是肥皂或各种洗涤剂溶解于水的胶体溶液或胶性凝胶。唇膏、胭脂膏和指甲油是将颜料分散于液体或半固体蜡类的分散系。香粉可以说是含有大量空气的固体细粉。第10页,共80页,2024年2月25日，星期天二、胶体的性质

1．丁达尔现象如果让光束透过胶体，从侧面可看到胶体内形成一条明亮的光带。这是由于胶体微粒对光线的散射而形成的，这种现象叫做丁达尔现象。当光束照到一般溶液时，由于溶液中粒子的直径小于10-9米，光在粒子上的散射太弱，就不容易看到光束通过溶液的途径，但可以用这种方法鉴别胶体与溶液。第11页,共80页,2024年2月25日，星期天第12页,共80页,2024年2月25日，星期天

2．布朗运动

1827年，英国植物学家布朗把花粉悬浮在水里，用显微镜观察，发现花粉的小颗粒做不停的、无秩序的运动，这种现象叫做布朗运动。

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用超显微镜观察溶胶，可见胶体微粒也在进行布朗运动。因为水分子(或分散剂分子)从各方面撞击胶体微粒，而每一瞬间胶体微粒在不同方向受的力不同，所以胶体微粒运动的方向每一瞬间都在改变，因而形成不停的无秩序的运动。第14页,共80页,2024年2月25日，星期天第15页,共80页,2024年2月25日，星期天

3．电泳现象在一个U形管里盛有红褐色Fe(OH)3胶体，从U形管的两个管口各插入一个电极。通直流电后，发现阴极附近的颜色逐渐变深，阳极附近的颜色逐渐变浅。这表明Fe(OH)3，胶体带正电荷，在电场的影响下向阴极移动。第16页,共80页,2024年2月25日，星期天NaCl溶液Fe(OH)3溶胶NaCl溶液Fe(OH)3溶胶第17页,共80页,2024年2月25日，星期天

电泳现象证明了胶体的微粒是带有电荷的。由于胶体的微粒有很大的表面积，所以具有较强的吸附能力。不同的胶体微粒吸附不同电荷的离子。有些胶体的微粒吸附阳离子；有些胶体吸附阴离子。第18页,共80页,2024年2月25日，星期天

一般说来，金属氢氧化物、金属氧化物的胶体微粒吸附阳离子，胶体微粒带正电荷；非金属氧化物、金属的硫化物的胶体微粒吸附阴离子，胶体微粒带负电荷。因为胶体的微粒是带电的粒子，所以，在电场的作用下，发生了定向运动，产生了电泳现象。第19页,共80页,2024年2月25日，星期天4．胶体的凝聚影响胶体凝聚的因素很多，如电解质的作用，温度的变化，带相反电荷胶体的作用。在这些因素中，最重要的是电解质的作用。

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(1)电解质的凝聚作用。由于同一种胶体微粒带有相同的电荷，胶体的微粒相互排斥，在一般情况下，胶体的微粒不容易聚集，因而胶体是比较稳定的分散系，可以保存较长的时间。但是，如果往某些胶体里加入少量的电解质，由于电解质电离生成的阳离子或阴离子中和了胶体微粒所带电荷，使胶体的微粒聚集成较大的颗粒，形成沉淀，从分散系里析出，这个过程叫做凝聚。第21页,共80页,2024年2月25日，星期天

(2)胶体的相互凝聚作用。将两种电性相反的胶体以适当的量相互混合时，由于电性相互中和，即能发生凝聚作用，这种凝聚称为胶体的相互凝聚。实际上要达到完全凝聚，必须使其中一种胶体微粒的电荷总量要正好中和另一种胶体的异电荷总量，否则可能不发生凝聚或凝聚不完全。第22页,共80页,2024年2月25日，星期天

(3)温度的作用。给胶体加热，也可使胶体发生凝聚作用。温度升高，分子的布朗运动加剧，胶体之间碰撞次数也增加，加速它的自动聚沉作用，使胶体的稳定性降低，发生凝聚。第23页,共80页,2024年2月25日，星期天

点豆腐就是设法使蛋白质发生凝聚而与水分离。盐卤是结晶氯化［MgCl2·6H2O］的水溶液，属电解质溶液，可以中和胶体微粒表面吸附的离子的电荷，使蛋白质分子凝聚起来得到豆腐。

第24页,共80页,2024年2月25日，星期天第二节高分子化合物一、高分子化合物的结构特征高分子化合物又称高聚物，它的分子很大，分子量高达1万以上甚至几百万。根据来源，高聚物可分为天然高分子化合物与合成高分子化合物。天然高分子化合物如淀粉、蛋白质、纤维素、明胶、海藻酸等。合成高分子化合物如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯等。水溶性高分子化合物是制造化妆品和日用化学产品的添加剂，起到增稠、助乳化、成膜、粘结等作用。第25页,共80页,2024年2月25日，星期天

高分子化合物分子的大小一般在10-9

～10-7米之间，在胶体粒子大小的范围之内，所以高分子化合物溶液与胶体体系有相同之处，同样具有胶体的性质，如：高分子溶液也存在丁达尔现象，加入一定量的电解质也能产生凝聚现象。高分子化合物是由大量的一种或多种单体聚合而成的。第26页,共80页,2024年2月25日，星期天

聚合而成的大分子是由基本链节通过共价键连接起来的，例如蛋白质分子是由十几种氮基酸小分子连接起来，结构式很复杂；聚乙烯分子就是由几千个，甚至上万个乙烯单体打开双键连接而成。高分子化合物的每个分子的大小是不一样的，即聚合度以的值不是一定的。因此高分子化合物的分子量一般是平均分子量，另外高分子化合物的分子结构上也有差异。第27页,共80页,2024年2月25日，星期天二、高分子化合物溶液的溶解特征低分子化合物在不同溶剂中只有溶解或不溶解两种情况，而高分子化合物在不同溶剂中，可能山现不溶解、溶胀、溶解三种情况，其中溶胀是高分子化合物特有的现象。例如：橡胶在水中不溶解；动物胶在冷水中吸水，体积逐渐胀大，这就是溶胀；而蛋白质可溶于水，淀粉可溶于热水。第28页,共80页,2024年2月25日，星期天

高分子化合物在溶液里是以单个分子存在的，而胶体颗粒则是许多分子的集合体。对胶体溶液，加入少量的电解质就会发生凝聚。而高分子溶液则较为稳定，不易凝聚，只有加入大量电解质才能凝聚析出。当在高分子化合物溶液第29页,共80页,2024年2月25日，星期天

中加入电解质达到某一浓度时，高分子物质便从溶液中沉淀析出，这种现象称为盐析。盐析产生的沉淀再用溶剂稀释后，仍可形成高分子化合物溶液，也就是说盐析作用是可逆的，而胶体凝聚析出后即难于再形成溶液。第30页,共80页,2024年2月25日，星期天三、高分子化合物溶液的粘度高分子化合物溶液的粘度比低分子溶液的粘度大得多，而且随着高分子化合物的浓度增大时，粘度发生急剧的增加。高分子溶液的粘度不仅与溶液的浓度有关，还与分子量、形状等有关。如常用的胶水就是高分子溶液。大多数高分子化合物具有链状结构，它的主链上带有支链，分子间如同树枝一样，极易互相纠缠联结，从而使一部分液体降低或失去流动性，增加了溶液的粘度。第31页,共80页,2024年2月25日，星期天

粘度的测定和研究在理论上和工业应用上都很重要。例如，高分子化合物它所具有的增粘增稠作用，被广泛应用于化妆品中，对于乳状液等化妆品来说，它的粘度是一个重要的质量指标，提高粘度可增加体系的稳定性。第32页,共80页,2024年2月25日，星期天

溶胶或高分子化合物溶液，在适当条件下，粘度逐渐变大，最后失去流动性，使整个体系变成半固体状态，这个过程叫做胶凝作用。如果溶液的浓度足够大，在放置过程中就会白动地“冻”起来，像鱼汤放在冰箱里变成鱼冻一样。第33页,共80页,2024年2月25日，星期天

人们常把这类“冻”称为冻胶，或称为凝胶。凝胶不同于通常的沉淀，沉淀是分散相粒子从分散介质中沉降出来的，很明显地分为固一液两相。而凝胶中却带有大量或全部的溶剂，当升高温度或用力震荡时即可恢复溶液的流动性。第34页,共80页,2024年2月25日，星期天

从高分子化合物溶液的难聚沉，溶液的可逆性及粘度大等特点来看，高分子溶液与胶体溶液在性质上是有很多差别的。第35页,共80页,2024年2月25日，星期天

表面活性剂

一、表面活性剂的概念在许多工业部门中，表面活性剂都是不可缺少的化学试剂，其优点是用量少而用途多。特别是第二次世界大战之后，随着石油化学的发展，新兴的合成表面活性剂的工业，进一步促进了表面活性剂在各方面的应用。如今，表面活性剂在洗涤、石油、纺织、农药、医药、食品等各个领域中都得到了广泛的应用。第36页,共80页,2024年2月25日，星期天

冰激凌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，如果真的没有表面活剂，也不会有人为没有冰激凌和洗涤剂而哭泣。因为没有表面活性剂，人也没有了。第37页,共80页,2024年2月25日，星期天

表面活性剂是能够显著降低水的表面张力的一类物质。表面活性剂分子会强烈地吸附在水面上，表面活性剂正因此而得名。表面活性剂一词来自英文surfactant。它实际上是短语surfaceactiveagent的缩合词。它还有个名字叫做tenside。第38页,共80页,2024年2月25日，星期天二、表面活性剂的结构特点从结构看，所有表面活性剂分子都是由两部分组成：一部分是极性的易溶于水的亲水基，另一部分是非极性的不溶于水易溶丁油的亲油基(一般是碳氢链)。表面活性剂分子是一种两亲分子，既有亲油性又有亲水性。第39页,共80页,2024年2月25日，星期天第40页,共80页,2024年2月25日，星期天

表面活性剂的这种结构特点使它溶于水后，亲水基受到水分子的吸引，而亲油基受到水分子的排斥，力图把分子拉至溶液的表面，因此溶液中的表面活性剂分子有从溶液内部移到表面，造成表面层溶质的浓度比溶液内部的浓度大。表面活性剂在溶液的表面定向排列，形成表面活性剂的吸附层，这就是表面吸附现象。第41页,共80页,2024年2月25日，星期天第42页,共80页,2024年2月25日，星期天

正是由于分子的这种定向吸附，使得表面活性剂具有改变表面润湿性能、乳化、破乳、起泡、消泡、分散、清洁等多方面的作用。第43页,共80页,2024年2月25日，星期天

三、表面活性剂的分类表面活性剂可以分离子型和非离子型两大类。当表面活性剂溶于水时，凡能电离生成离子的，叫做离子型表面活性剂；凡在水中不电离的就叫做非离子型表面活性剂。第44页,共80页,2024年2月25日，星期天

离子型表面活性剂在水中电离时，与亲油基相连的亲水基带负电荷的，称为阴离子型表面活性剂，如脂肪醇硫酸酯钠；与亲油基相连的亲水基带正电荷的，称为阳离子型表面活性剂，如烷基三甲基氯化铵。第45页,共80页,2024年2月25日，星期天

在同一分子中既存在着阴离子的活性基团，又存在着阳离子的活性基团，在碱性溶液中生成阴离子盐，而在酸性溶液中则生成阳离子盐，这种表面活性剂被际为两性表面活性剂，如甜菜碱型两性表面活性剂。第46页,共80页,2024年2月25日，星期天

阴离子表面活性剂离子表面活性剂阳离子表面活性剂两性表面活性剂表面活性剂非离子表面活性剂

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化妆品中表面活性剂应用最多的为阴离子型和非离子型两类，阳离子型一般不能和阴离子表面活性剂复配，但可以和非离子及两性表面活性剂复配，在香波及护发素中有广泛的应用。第48页,共80页,2024年2月25日，星期天四、表面活性剂的作用表面活性剂一般在水溶液中使用，水中溶有表面活性剂时，由于它有能吸附于界面上使溶液的表面张力下降，表面亲水性变化，溶液性质突变等现象，使表面活性剂具有相应的润湿、渗透、乳化、分散、发泡、消泡、洗涤等作用。第49页,共80页,2024年2月25日，星期天

（一）润湿作用和渗透作用润湿是最常见的现象，如把衣服或纸放入水中，衣服或纸慢慢湿了，这就是润湿。在清洁的玻璃板上滴一滴水，水立刻铺展开来，这也是润湿。第50页,共80页,2024年2月25日，星期天第51页,共80页,2024年2月25日，星期天

喷洒农药消灭虫害时，在农药中常加有少量表面活性剂，以改进药液对植物表面的润湿程度，使药液在植物叶子表面上铺展，待水分蒸发后，在叶子表面上留下均匀的一薄层药剂。假如润湿性不好，叶面上的药液聚成液滴状就很容易滚下，或者是水分蒸发后，在叶面上留下断续续的药剂斑点，影响了杀虫效果。第52页,共80页,2024年2月25日，星期天

渗透作用实际上是润湿作用的一个应用。如棉絮未经脱脂就浸入水中时，水不容易很快浸透，若加入表面活性剂后，水与棉表面的接触角降低，水就在棉表面上铺展，即渗透入棉絮内部。第53页,共80页,2024年2月25日，星期天（二）乳化作用和破乳作用两种互不相溶的液体，将一种液体以微粒状分散于另一种液体中所形成的体系称为乳状液或乳液。乳状液广泛应用于生产和日常生活中，化妆品中的膏、霜、露、液等绝大多数为乳液。乳状液是不稳定体系，为了获得稳定的乳状液所加入的表面活性剂称为乳化剂。第54页,共80页,2024年2月25日，星期天

1、乳状液的类型常见的乳状液一相为水或水溶液，另一相是与水不相溶的油相。油相呈细小的油滴分散在水里称为水包油型乳液，用O／W表示。例如牛奶就是奶油分散在水中形成的O／W乳化体。第55页,共80页,2024年2月25日，星期天

在这种乳液中，水是连续相(外相)，油是不连续相(内相)，O／W型乳液可用水稀释。水呈很细小的水滴分散在油里，叫做油包水型乳液，用W／O表示。如新开采出的含水原油就是细小水珠分散在石油中形成的W／O型乳化体。这种乳液和O／W型乳液相反，油为连续相(外相)，水是不连续相(内相)，它只能用油稀释，而不能用水稀释。第56页,共80页,2024年2月25日，星期天

2．乳状液的稳定性乳状液是不稳定体系。乳化剂之所以能使乳状液稳定，主要是由于它能在分散质液滴的周围形成具有一定机械强度的坚韧的保护膜，将各个液滴隔开。当它们互相碰撞时，保护膜能够阻止液滴的聚结，从而使乳状体变得稳定。另外加入表面活性剂后可使油水界面张力下降也是乳状体稳定的因素之一。第57页,共80页,2024年2月25日，星期天

化妆品等乳液，应该具有一定的稳定性，至少要稳定2～3年。所谓乳状液的稳定性就是指反抗分散相粒子聚合在一起导致两液相分离的能力。为了提高这个能力，即提高乳状液的稳定性，加入适当的表面活性剂是最好的方法。第58页,共80页,2024年2月25日，星期天

乳状液属于热力学不稳定体系，常会发生分层现象。日常生活中最常见的乳状液分层现象是牛奶的分层。若乳化剂选用不当或加热温度不适等就会引起较快的乳液分层，但分层现象并不是乳状液真正破坏，而是分成了两个乳状液，如再加以振荡，又可恢复乳化而呈乳状液。但在乳状液型的化妆品中，在保质期内不能分层，否则就会影响产品的质量。第59页,共80页,2024年2月25日，星期天

破乳是指乳状液的完全破坏，即油和水分离，其过程基本是液滴的聚结粗化过程。它可分为两步：第一步是絮凝过程，液滴聚集成团，但是各液滴仍在，没有完全失去它原来各自独立的属性，它往往是可逆的；第二步是聚结化过程，此时聚集体结合后形成更大的液滴，这一过程是不可逆的，并且，很快就导致乳状液完全破坏。第60页,共80页,2024年2月25日，星期天3．乳化液的类型乳化剂是乳状液赖以稳定的关键。乳化剂的种类繁多，常用的乳化剂大致可分为三类：

(1)天然乳化剂。这类乳化剂的使用历史最早，但通常成分复杂。多数天然乳化剂的表面活性剂不大，但可以形成牢固的吸附膜或是增加外相粘度，以阻止乳状液分层，第61页,共80页,2024年2月25日，星期天

因此常用作辅助乳化剂，与其他乳化剂配合使用。属于O／W型的天然乳化剂有磷脂类(如卵磷脂)、植物胶(如阿拉伯胶)、动物胶(如明胶)、纤维胶、木质胶、海藻胶等。属于W／O型的天然乳化剂有羊毛脂、固醇类(如胆固醇)等。第62页,共80页,2024年2月25日，星期天

(2)合成乳化剂。这是现在用得最多的一类乳化剂，它又可分为阴离子型、阳离子型和非离子型三大类。其中，阴离子型应用最普遍。非离子型近年发展很快，因其具有不怕硬水、也不受介质pH的限制等优点。阳离子型表面活性剂作为乳化剂用得不多，但它可以兼作高效消毒剂。第63页,共80页,2024年2月25日，星期天

(3)固体粉末、粘土(主要是蒙脱石)、二氧化硅、金属氢氧化物等粉末是O／W型乳化剂；石墨、炭黑等是W／O型乳化剂。一般情形下，用固体粉末稳定的乳状液的液珠较粗，但可以相当稳定。第64页,共80页,2024年2月25日，星期天

4．乳状液的制备

(1)转相乳化法。转相乳化法可采用体积转相法和温度转相法。①体积转相法将乳化剂先溶于油中，在剧烈搅拌下慢慢加入水，开始水以细小的液滴分散在油中，形成W／O型乳化液，随着水的继续加入，乳状液变稠，最后转相变成o／w型乳状液。第65页,共80页,2024年2月25日，星期天②温度转相法在转相温度以上先制成w／o型乳状液，在使温度降低到转相温度以下转相为o／w型乳状液。(2)轮流加液法。将水和油轮流加入乳化剂中，每次少量加入，形成o／w型或w／o型乳状液，这是食品工业中常用的方法。第66页,共80页,2024年2月25日，星期天(3)自然加入法。将乳化剂加入油中，制成乳油溶液，在使用时把乳油直接倒入水中并进行搅拌，就形成o／w型乳状液。该法制得的乳状液颗粒较大。

(4)瞬间成皂法。将脂肪酸加入油相，碱加入水相，两相混合，在界面上即可瞬间生成。第67页,共80页,2024年2月25日，星期天(5)界面复合物生成法。在油相中溶入一种乳化剂，在水相中溶入另一种乳化剂，当油和水相混并剧烈搅拌时，两种乳化剂在界面上形成稳定的复合物。第68页,共80页,2024年2月25日，星期天

(三)起泡和消泡作用泡沫是人们日常生活中常见的，如肥皂泡、啤酒倒出来的大量泡沫等。气体分散在液体中的状态称为气泡。许多气泡相互集合在一起，彼此之间以液体薄膜或固体薄膜隔开，这种状态称为泡沫。气体只有一个界面，而泡沫则具有两个界面。在化妆品中，如摩丝、剃须膏，第69页,共80页,2024年2月25日，星期天

在使用中生产大量的泡沫，在使用合成洗涤剂时也会产生大量泡沫。在有些时候，泡沫也会给生活和生产带来不利。所以有时需要强化起泡，有时需要减弱起泡和消泡，所以必须了解起泡力和泡沫的稳定性。第70页,共80页,2024年2月25日，星期天

1．泡沫的形成泡沫是以气体为分散相的分散体系，分散介质可以是固相或液相。前者称为固体泡沫，后者是我们要讨论的最常见的泡沫。通常泡沫里被分散的气泡在肉眼可见大小，因此它是粗分散体系。由于分散相(气体)与分散介质(液体)的密度相差很大，因此，泡沫中的气泡总是第71页,共80页,2024年2月25日，星期天

快就上升到液面，形成被一薄层液膜隔开的气泡聚集体。通常所说的泡沫，即指这种比较稳定的、被液膜隔开的气泡聚集体。由于密堆积的气体极易变形，组成泡沫的气泡常是多面体的形状。仔细观察洗衣服时形成的肥皂泡，就可以看到泡沫的蜂窝状结构。第72页,共80页,2024年2月25日，星期天

很纯液体不能形成稳定的泡沫