演示文稿2 精细化工产品导论 表面活性剂

⑷ 界面定性 表面活性剂在界面上会定向排列成分
子层。 ⑸ 生成胶束 当表面活性剂溶质在溶剂中的浓度达 到一定时,会产生聚集而生成胶束,这种浓度的极限
值称为临界胶束浓度(critical micelle concentration,
简称cmc)。
⑹ 多功能性 表面活性剂的溶液通常具有多种复合
的功能。如清洗、发泡、润湿、乳化、增溶、分
O C12H25O(CH2CH2O)3 P ONa C12H25O(CH2CH2O)3 ONa C12H25O(CH2CH2O)3 O
P ONa
单烷基醚磷酸酯钠盐
双烷基醚磷酸酯钠盐
阴离子表面活性剂的生物降解性
表面活性剂的降解是指表面活性剂在环境因素作用
下结构发生变化，从对环境有害的表面活性剂分子
逐步转化成对环境无害的小分子如（CO2、NH3、
则可用下式计算：
HLB=E/5 E 代表表面活性剂中环氧乙烷的质量百分数 阴、阳离子型表面活性剂的HLB值在1～40之间， 而非离子型表面活性剂的HLB值在1～20之间。
表面活性剂的基本作用 润湿
固体表面与液体接触时，其表面能往往会减小。
暴露在空气中的固体表面积总是吸附气体的，当
它与液体接触时，气体如被排斥而离开表面，则
具有一个长链烷基的季铵盐在水中的溶解度与长链
烷基的碳链长度有关。碳链长度增加，水溶性降低。
C17H35COONa + H2O
C17H35COOH +Na2CO3
C17H35COONa + NaCO3
磺酸盐型阴离子表面活性剂
十二烷基苯磺酸钠
十二烷基苯磺酸钠，简称LAS。其分子由亲油性
烷基基团、离子性的亲水磺酸基团及作为连接手
段的亲油性苯环基团三部分构成。理想的LAS结
构应该是C10～C14的直链烷基，苯环在烷基的第
固体与液体直接接触，这种现象称为润湿。 γSG-γSL=γLGcosθ
图2-6液滴的接触角
图2-7 表面活性剂分 子在高能表面的吸附
θ=90定为润湿与否的标准 θ›90叫做不润湿
θ‹90叫做润湿
θ越小润湿性越好 平衡接触角小于零或不存在则叫做铺展
乳化和破乳
乳化
两种互不混溶的液体，一种以微粒(液滴或液晶)形 式分散于另一种中形成的体系称为乳状液，形成乳
状液时由于两液体的界面积增大，所以这种体系在
热力学上是不稳定的，为使乳状液稳定需要加入第 三种组分—乳化剂，以降低体系的界面能。 乳状液中以液滴存在的那一相称为分散相(或内相、
不连续相)，连成一片的另一相叫分散介质（或外
相、连续相）。
常见的乳状液，一相是水或水溶液，另一相是与 水不相混溶的有机物，如油脂、蜡等。水和油形
表面活性剂在性质上的差异，除与烃基的大小 和形状有关外，主要与亲水基团类型有关。 以亲水基团的结构为依据来分类，按亲水基团 是否带电可将表面活性剂分为 1 离子型 阳离子表面活性剂 阴离子表面活性剂 两性表面活性剂 2 非离子型 3 特殊种类型的表面活性剂如高分子表面活性 剂、特种表面活性剂和生物表面活性剂
某些物质如乙醇等同样可以降低溶剂的表面
张力，但对体系表面状态的影响并不明显， 不属于表面活性剂的范畴。
表面活性剂的特点
⑴ 双亲媒性 从化学结构来看, 表面活性剂分子 中应同时具有亲油性(或憎水性)的碳氢键和亲水 性的官能团。
⑵ 溶解度 表面活性剂至少应溶于液相中的某一
相。 ⑶ 界面吸附 在达到平衡时, 表面活性剂溶质在 界面上的浓度要大于溶质在溶液整体中的浓度。
脂肪胺盐型表面活性剂
用盐酸或其他酸中和烷基伯胺、仲胺和叔胺得
到的产物为脂肪胺盐。
例如不溶于水的白色蜡状十二胺加热60～70℃ 变为液体后，在良好的搅拌条件下加入醋酸中 和，即可得到十二胺醋酸盐。它能溶于水，并
且具有良好的表面活性。
C12H25NH2 + CH3COOH 60~70℃
C12H25NH3 CH3COO
乙醇胺盐
制取
⑴卤代烷在苯甲醇等适当溶剂中与单乙醇胺或二乙 醇胺反应：
R
X + NH2CH2OH
R NHCHOH
⑵脂肪胺与氯乙醇反应：
R NH2 + ClCH2CH2OH
R NHCH2CH2OH + R N(CH2CH2OH)2
⑶脂肪醇与环氧化物反应：
R NH2 + NH2 + H2C O R nH2C O CH2 R N (CH2CH2O)xH (CH2CH2O)yH CH2 R NHCH2CH2OH
硫酸酯盐
月桂醇聚环氧乙烷酸钠 月桂醇聚环氧乙烷酸钠，又名十二醇聚环氧乙烷 醚硫酸钠或脂肪醇聚环氧乙烷醚硫酸钠，简称AES， 其化学简式为：
C12H25O(CH2CH2O) 3OSO3Na
AES的制备方法与十二烷基硫酸钠的基本相同，
目前常用的方法有三种：
⑴三氧化硫⑵氯磺酸法⑶氨基磺化法
磷酸酯型阴离子表面活性剂 十二烷基聚环氧乙烷醚磷酸酯钠盐又名月桂醇聚环氧乙 烷醚磷酸钠，简称AEPS。AEPS在常温下为微黄色粘稠液 体，具有优异的电解质相容性和对热、碱的稳定性。 AEPS通常为单烷基醚磷酸酯钠盐和双烷基醚磷酸酯钠盐 的混合物，其分子结构式为：
H2O等），从而引起化学和物理性质的改变。完整 的降解一般分为三步：
⑴初级降解，表面活性剂的母体结构消失，特性发
生变化
⑵次级降解，降解得到的产物不再导致环境污染。
⑶最终降解，底物（表面活性剂）完全转化为CO2、 NH3、H2O等无机物。
阳离子表面活性剂
由亲水基和疏水基所组成的。亲水基主要为碱性氨原子， 也有磷、硫、碘等原子。 表2-3 阳离子表面活性剂的分类
消泡作用
消泡作用分为破泡和抑泡两种作用。
破泡剂:具有破泡能力的物质称为破泡剂。
具有破泡能力的液体，其表面张力都较低，且易
吸附铺展于泡沫的液膜上。当破泡剂铺展吸附于
泡沫液膜上后，能使液膜的局部表面张力降低， 同时带走液膜下邻近液体，导致液膜变薄而破裂。 破泡剂在液膜上铺展得越快，液膜变得越薄，破 泡能力越强。
举例 蒸汽机冷凝水的O/W型乳状液的破坏以除去油为破 乳；原油的W/O型乳状液的破坏以除去水为破乳。
增溶作用
离子型表面活性剂的克拉夫特点
（Krafft Point） 离子型表面活性剂在水中的溶解度在低温时只 随温度的升高缓慢地增加。温度升至某一值后， 溶解度即迅速增大，此点即所谓的Krafft点。这 一点的浓度其实就是该温度下的cmc。
上述产物烷基乙醇胺再与各种酸反应得到阳
离子表面活性剂乙醇胺盐。例如：
R
N(CH2CH2OH)2 + HCl
R N(CH2CH2OH)2 Cl
季铵盐型表面活性剂
季铵盐与伯胺、仲胺、叔胺的盐不同。胺盐遇碱会
生成不溶于水的胺，而季铵盐与碱作用，能生成一
个溶于水的季铵碱和季铵盐的混合物：
R1 R N R2 R3 X + NaOH R R1 N R2 R3 OH + NaX
⑵ 在界面上形成相当结实的吸附膜。根据分子结
构的要求，希望界面上的吸附分子间有较大的侧向
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
引力，这也和表面活性剂分子的亲水、亲油部分的
大小、比例有关。
HLB＝7+∑(亲水的基团数)一∑(亲油的基团数)
一般表面活性剂，其亲油基为碳氢链，故∑(亲油的 基团数)可写为0.475m (m为亲油基的碳原子数)。 只有一(C2H4O)n—为亲水基的非离子表面活性剂，
CH2 COOC17H35 CH COOC17H35 CH2 COOC H 17 35 +3NaOH H2O 加热 CH2OH CHOH CH2OH + 3C17H35COONa
⑵硬脂酸直接中和法 以硬脂酸为原料，用氢氧化钠或碳酸钠直接中
和即可制得硬脂酸钠。其反应原理如下：
C17H35COOH +NaOH
气-液,气-固,液-液,液-固,固-固5种不同界面
表面:当组成界面的两相中有一相为气相时，常被称 为表面.
表面活性剂的各种功能主要表现在改变液体的表面、 液-液界面和液-固界面的性质，而其中液体的表(界) 面性是最重要的。
表面活性剂的定义
硬脂酸钠、烷基苯磺酸钠等物质，加到溶剂
中会大大降低溶剂的表面张力，能够使体系 的表面状态发生明显的变化，这些物质都称 之为表面活性剂（Surfactant）
三或第四个碳原子上连接，亲水基为苯环对位单 磺酸基团，化学简式为C12H25C6H4SO3 Na。
琥珀酸磺酸盐 琥珀酸磺酸盐又名丁二酸酯磺酸盐，有三个特点： ⑴分子结构的合成可变性强，能与顺丁烯二酸酐作 用的化合物有脂肪醇、脂肪醇聚环氧乙烷醚、烷醇 酰胺、乙氧基代烷醇酰胺、单甘油酯、聚甘油脂、 酰胺、聚乙二醇、有机硅醇及氟烷醇等十类上百个 品种； ⑵它们的表面活性好，其水溶液表面张力可达到 27～35mN· -1。单酯类产品性能温和，对皮肤刺激 m 性低；双酯类产品渗透力强，工业应用广泛。 ⑶合成工艺较为简单、原料来源广、生产成本低、 无三废污染。
起泡作用
当表面张力低，膜的强度高时，不论是稳定泡沫 还是不稳定泡沫，起泡力都较好。 溶液的粘度对泡沫稳定在两方面起作用：
1 增加泡沫液膜的强度
2 表面粘度大，膜液体不易流动排出，延缓了液 膜破裂，而增强了泡沫的稳定性。
图2-10 液膜局部变薄引起的表面张力变化 γ2〉γ1。（1）处表面分子向（2）处迁移， 使（2）处的表面分子密度增加，表面张力 γ2又降至γ1，吸附于泡沫液膜上的表面活 性剂分子对液膜起着表面“修复”的作用， 使泡沫不易破坏，而具有良好的稳定性。
为C17H35COONa。 硬脂酸钠在水中溶解后，溶液呈碱性，pH 值一般大于8.5 应用 1制造皂类洗涤剂 2化妆品中作乳化剂
硬脂酸钠的制备方法主要有以下两种。
⑴油脂水解皂化法
该法以含硬脂酸钠较多的牛、羊油等为原料，通 过氢氧化钠水解皂化，制备硬脂酸钠与其他脂肪 酸钠的混合物，直接使用或经精制分离制得纯品。 其反应原理如下：
散等。
表面活性剂的结构及性质
图2-1各种表面活性剂溶于水后的结构示意图
图2-2 表面活性剂分子吸附在溶液表面上的不同状态
C12H25O(C2H4O)nH γ-lgc
图2-4 十二烷基磺酸钠水溶液 的一些物理化学性质
图2-5 液滴在固体表面
γSG-γSL cosθ = γLG
表面活性剂的分类
图2-9 表面活性剂在洗涤过程中的溶解效应
起泡和消泡作用
泡沫:由液体薄膜或固体薄膜隔离开的气泡聚集体
分为液体泡沫和固体泡沫
只有溶液才能明显起泡，纯液体则不能，即使压入气泡， 也不能形成泡沫。 泡沫，有时有利于生产，有时作用正相反， 例如在选矿、皂工业及泡沫灭火中，起泡作用有利； 而在烧锅炉、溶液浓缩和减压蒸馏中起泡作用有害。
消泡剂 既要能迅速破泡，又要能在相当长的时间内防止 泡沫生成。开始加入消泡剂时，在液膜上的铺展 速度大于胶束增溶的速度，所以表现出良好的消 泡效果，经过一段时间后，随着消泡剂被增溶， 消泡作用减弱。
浮选
图2-11
浮选过程示意图
阴离子表面活性剂
羧酸盐型阴离子表面活性剂
硬脂酸钠
别名硬蜡酸钠，又称十八酸钠，化学简式
表面活性剂的亲水-亲油平衡（HLB）值
表面活性剂的亲水-亲油平衡 (Hydrophilic Lipophilic- Balance，简写为HLB) 值是为选择乳化剂 提出的一个经验指标。
表面活性剂作为一种乳化剂必须满足：
⑴ 在所应用的体系中具有良好的表面活性，产生低的 界面张力。此种表面活性剂有趋集于界面的倾向，而 不易留存于界面两边的体相中。要求表面活性剂的亲 水、亲油部分有恰当的(平衡)比例。在任一体相中有过 大的溶解性，则不利于产生低界面张力(即不易吸附)。
成的乳状液，根据其分散情形可分为两种：
⑴ 油分散在水中形成水包油型（O/W）乳状液; ⑵ 水分散在油中形成油包水型（W/O）乳状液。 还可能形成复杂的水包油包水型（W/O/W）乳状液 和油包水包油型（O/W/O）乳状液 工业上遇到的乳状液体系还有含固体、凝胶等复
杂的乳状液。
破乳
破乳就是消除乳状液的稳定化条件，使乳状液发 生破坏 破乳常用方法有机械法、物理法和化学法。 化学法破乳主要是改变乳状液的类型或界面性质， 使它变得不稳定而发生破乳等。
2 表面活性剂
Surfactant
2.1 概述
2.2 表面活性剂的基本作用 2.3 阴离子表面活性剂 2.4 阳离子表面活性剂 2.5 两性表面活性剂
2.6 非离子表面活性剂
2.7 洗涤剂
2.8 表面活性剂的应用与展望
表面活性及表面活性剂 界面与表面
界面:指物质相与相的分界面。 状态:气,液,固三相