阳离子型表面活性剂

• 式中，Wi、HLBi——分别为混合表面活性剂中i 组分的质量和百分比浓度。
表面活性剂概述
表面活性剂的HLB与应用的对应关系 表面活性剂在水中的性 质 不分散 分散不好 不稳定乳状分散体 稳定乳状分散体 半透明至透明的分散体 透明溶液 HLB 用 途
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
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）
O C OH
H2 H2 H2 H2 H2 H2 C C C C C C C C C C C C C H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2 硬脂酸
H2 C C H2
H2 C C H2
按离子类型
阳离子型 1.离子型 阴离子型 两性型
CMC
表面活 性剂水溶 液其浓度 只有稍高 于 其 CMC 值时，才 能充分显 示其作用。
球形胶束
随着亲水基不同 和浓度不同，形 成的胶束可呈现 棒状、层状或球 状等多种形状。
棒状胶束
层状胶束
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
1 消毒杀菌 2 腈纶匀染剂 3 抗静电剂 4 矿物浮选剂 5 相转移催化剂 6 织物柔软剂 7 分散剂
W/O型乳化剂
润湿剂 洗涤剂 O/W型乳化剂
增溶剂
甘油三酯的结构示意图
磷脂的内盐部分具有亲水性，脂肪酸长链烃基部分 具有疏水性，因此磷脂是天然的表面活性剂，它在 生物体内能使油脂乳化，有助于油脂的运输、消化
和吸收。
表面活性剂一词来自英文Surfactant。
它实际上是短语Surface（表面） Active（活性） Agent（添加剂）的缩合词。 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。
• 所以对于非离子型表面活性剂，其HLB=0～20；
• 对于离子型表面活性剂，规定油酸钠＝ 18 ，油酸
钾＝20,十二烷基硫酸钠=40。
•
所以对于阴、阳离子型表面活性剂，其
HLB=0～40；
• 对于一些非离子型表面活性剂，Griffin给出了一些经验公
式：
S 对于多元醇脂肪酸酯，其公式为： HLB 20 (1 ) A 式中： S—酯的皂化值； A—脂肪酸的酸值。
气-液界面
气-固界面
液-液界面
液-固界面
固-固界面
气相
↙ ↘ ↓ ↑ ↖ ↗ ←→ ↙ ↘ ↓
↙ ↘ ↓
液相
（ a）
（ b）
亲水基团
疏水基团
表面活性剂分子
• 石蜡分子上没有亲水基，因此石蜡的HLB=0；
• 油酸分子上只有一种弱的亲水基—羧基，其HLB=1
• 聚乙二醇分子上完全是亲水基，因此其HLB=20；
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。
食品加工
印染
金属加工 电镀 采矿 采油
增溶作用 乳化作用 润湿作用 起泡与消泡 洗涤作用 分散作用 应用
肥皂、洗涤剂
功能
化妆品 食品加工 石油、建筑 纺织工业 金属加工
润湿作用
润湿是固体表面与液体接触时，原来的固相-气相界面消失，
形成新的固相-液相界面的现象。
接触角的示意图：
Young方程（杨氏方程）:
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， 在织物上形成连续的防水膜；穿着不适； •透气：将织物表面变为疏水性，空气和水蒸 气的透气性不产生阻碍，又称“拒水整理”。
增加润湿作用：
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，加入表面活性剂，提
气泡的作用
矿物泡沫浮选
首先将粗矿磨碎，倾入浮选池中。在池水中加入捕
集剂和起泡剂等表面活性剂。 搅拌并从池底鼓气，带有有效矿粉的气泡聚集表面， 收集并灭泡浓缩，从而达到了富集的目的。 不含矿石的泥砂、岩石留在池底，定时清除。
2 金属的防锈、缓蚀 3 织物的防水、防油处理
降低润湿作用： 原理是用表面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,使用的是硅偶联剂,使血液在管内不残留。
胶束的形成
胶束 两亲分子溶解在水中达一定浓度时，其非极
性部分会互相吸引，从而使得分子自发形成有 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。
临界胶束浓度 CMC
Critical 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。
HLB值 7 (亲水基基团数 ) (亲油基的基团数 )
• 混合表面活性剂的HLB值
• 当多种表面活性剂混合时，其 HLB 值具有 加合性，即有：
HLB值 mix
n WA HLBA WB HLBB ...... Wi HLBi xi HLBi WA WB ...... Wi i 1
l-g
M
g
s-g
A

l
N s-l
s
s g s l cos lg
接触角θ越小，润湿和渗透作用越好；
θ>90不润湿
θ <90润湿 θ=0铺展
这种借助表面活性剂来润湿物体的作用叫 润湿作用
在固体表面发生定向吸附
这种能使液体湿润或能加速固体表面湿润的表 面活性剂叫做湿润剂
模块一 表面活性剂
指甲油
香水
表面张力与表面活性
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。
（a）是极稀溶液，界面上没聚集很多的表面 活性剂，空气和水直接接触，水的表面张力 下降不多，接近于纯水的状态。
b）浓度相对升高，很快地聚集到水表面上， 即表面吸附量大为增加、空气和水的接触相 对减少，水表面张力下降
（c）表面活性剂浓度逐渐升高，表面活性剂毫无间隙 地密集于液面上，形成了单分子吸附膜。空气与水处 于完全隔离状态，表面吸附达饱和。在溶液内部，增 加表面活性剂,先是三三两两以疏水基互相靠拢，形成 球形胶束的最初形式。水表面张力急剧下降。
高润湿程度，即可大大提高药效。
乳化与破乳作用
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 分散相 (内相、不连续相) 形成的多相分散体系，称为乳 分散介质 (外相、连续相) 状液。这种形成乳状液的过程 水相 / 油相 称为乳化。
液珠大小/μm >1 0.1~1
0.05~0.1 <0.05 乳液外观 乳白色乳状液 蓝白色乳状液 灰色半透明液 透明液
表面活性的表征
• 通常用加入表面活性剂后溶液表面张 力的降低及其形成胶团的能力（胶团 化能力）来表征。 • 溶液表面张力降低包含：溶液表面张 力降低的效率和溶液表面张力降低的 能力两方面； • 胶团化能力用临界胶束浓度表示。
表面活性剂的基本功能
一、在表面（界面）吸附成膜（一般是单分 子膜）； 二、在溶液内部自聚，形成多种类型的分子 有序组合体。 从这两种基本功能出发，衍生出表面活性 剂的其它多种应用功能。
(2)烷基酚聚氧乙烯醚 R-(C6H4)-O(C2H4O)nH 俗称 OP系列，化学性质稳定，抗氧化性能强 (3) 聚氧乙烯烷基酰胺 R-CONH(C2H4O)nH 常用作起泡剂、增粘剂 (4) 多元醇型 主要是失水山梨醇的脂肪酸酯及其聚氧乙烯
加成物Span类 及 Tween类表面活性剂即属此类；具有低 毒的特点，广泛用于医药工业、食品工业以及生化实验
表面活性剂
2.非离子型
RCOONa
羧酸盐
阴离子表面活性剂
R-OSO3Na 硫酸酯盐 R-SO3Na 磺酸盐 R-OPO3Na2 磷酸酯盐
阳离子表面活性剂
R-NH2· HCl CH3 | R-N-HCl | H CH3 | R-N-HCl | CH3 CH3 | R-N+-CH3Cl| CH3
伯胺盐 仲胺盐
胶束结构示意图
临界胶束浓度 (critical micelle concentration)
临界胶束浓度简称CMC
表面活性剂在溶 液中开始形成胶束的 最低浓度称为临界胶 束浓度。 在CMC附近，表面活性剂溶液的许多性质 都会出现转折，如表面张力、电导率、去污 能力等.
可以利用测 定表面张力， 电导率等方 法达到测定 临界胶束浓 度目的;
叔胺盐
季胺盐
伯胺盐 R-NH3＋ 季铵盐
例如
CH3 | C16H33-N+-CH3Br－ | CH3
十六烷基溴化铵(俗称1631) 吡啶盐 例如 C12H25(NC5H5)+
R-N+HCH2-CH2COO-H
氨基酸型
两性表面活性剂
CH3 | R-N+-CH2COO-H | CH3
甜菜碱型
(1) 氨基酸型 R-NH2CH2-CH2COO－
水包油（O/W）型
多重型（W/O/法：
水包油型乳状液能与水混溶；油包水型乳状液 能与油混溶。
电导法： 利用水和油的电导率相差很大的原理。 水包油型乳状液电导率大，可使电路中串联的 氖灯发光。
洗涤性能良好，常作为特殊洗涤剂 (2)甜菜碱型
CH3
R-N+-CH2COOCH3
去污力强，对纤维有保护作用
----由于其特殊结构，具有许多优异性能， 如良好的去污、起泡和乳化性能，耐硬水性 好，对酸碱和多种金属离子都比较稳定，具 有抗静电、杀菌、防腐蚀等使用性能，特别 是其极低毒性和无刺激性以及良好的生物降 解性能，使其在日用化学品应用中前景广阔。 同时在纺织、印染、化纤、除锈方面都有相 当用途。
乳化现象
水
油
水
油
乳 化 剂
乳 化 液
乳化剂的作用 表面活性剂 在分散相表面 形成保护膜
降低界面张力
乳状液的类型及形成
1 乳状液的类型和鉴别
1 水包油 O / W 2 油包水 W / O 3 套圈型
油
强烈振荡
水包油型(O/W)
水
油包水型(W/O)
天然乳化液
牛奶
人工乳化液
椰奶 奶油
乳
油包水（W/O）型
• 对于聚氧乙烯非离子型表面活性剂，其公式为：
HLB E 5
式中： E—活性剂分子中氧化乙烯的质量百分数。
• 这些计算都不准确，现在用了一些试验的方法，如乳化法 等。 • 在表面活性剂有关书籍或手册中可以查到某活性剂的HLB。
• 把表面活性剂的结构分解为一些基团，每 个基团对HLB值均有各自的贡献，通过实验 测得各基团对 HLB 值的贡献，称做“基团 数”，其中亲水基的为正值，亲油基的为 负值，然后，将各亲水、亲油基的HLB基团 数代入下式中，即可计算出离子型表面活 性剂的HLB值。
润湿方面的应用 1 矿物的泡沫浮选
2 金属的防锈、缓蚀 3 织物的防水、防油处理
4 农药中的应用
5 涂料的生产
矿物泡沫浮选
浮游选矿的原理图
选择合适的捕集剂，使 它的亲水基团只吸在矿砂 的表面，憎水基朝向水。 当矿砂表面有5%被 捕集剂覆盖时，就使表 面产生憎水性，它会附 在气泡上一起升到液面， 便于收集。
非离子型表面活性剂稳定性高，不易受强 电解质无机盐类存在的影响，也不易受酸碱的 影响；与其它类型表面活性剂的相容性好；在 水及有机溶剂中皆有良好的溶解性能，具有良 好的乳化、润湿、渗透性、以及起泡、洗涤、 稳泡、抗静电等作用，且无毒； 广泛用作纺织业、化妆品、食品、药物等 的乳化剂、消泡剂、增稠剂，以及医疗方面 的杀菌剂以及洗涤、润湿剂等。
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
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
(1) 脂肪醇聚氧乙烯醚 R-O-(CH2CH2O)nH 俗称平平加系列，具良好湿润性能