第八章 结构与性能的关系

第八章 结构与性能的关系
作业
• 1、氟碳SAA有什么特点？
• 2、乳化硅油的主要应用领域和特点
• 3、高分子SAA有什么特点？
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第八章 结构与性能的关系
Chapter 8 The relation between the structure and properties
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第八章 结构与性能的关系
图7-1
新型表面活性剂和普通表面活性剂的分类示意图
a普通型；b AOT型； c Bola型；d Gemini；
e多聚； f 过渡Bola型；g过渡多聚型
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溶液的表面吸附现象
Surface inactive substance
溶液表面层的组成与本体溶液组成不同的现象。
溶质 溶剂
非表面活性物质在表面的浓度低于在本体的浓度。
C＜CB 负吸附
Surface active substance
的润湿性强；亲水
基在末端的，则比 在中间的去污力好。
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§8.2.2 亲油基(lipophilic group)异构
同类SAA，分子大小相同，支化结构的SAA具有较好的 SO3Na 1 SO 润湿、渗透性能。 SO3Na SO3Na SO3Na SO3Na SO3Na 3Na
非离子
25.0 十八烷基聚环氧乙烷（2） c-SAA ， 季 铵 盐 2.9 十八烷基聚环氧乙烷（10） 毒性指口服或注射后的 大 1.9 十八烷基聚环氧乙烷（20型 ）对生物有较 结果。其中半致死量： 毒性； 毒 20.0 脂肪酸失水山梨醇聚环氧乙烷（ 20n-SAA ） 季 铵 盐壬基酚聚环氧乙烷（ 型 c-SAA 为 0.05- 9～10 性 小，有的甚 至 1.5 ）
cwk.baidu.comc
pC20 CMC
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§8.2 分子异构对性能的影响
§8.2.1 亲水基(hydrophilic groups)位臵 1
一般亲水基在分子 （亲油基链的中间） 中间者，比在末端
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如著名的润湿、渗透剂： 琥珀酸二异辛酯磺酸钠 (Dioctyl Sodium Sulfosuccinate)。它具有优 良的润湿、渗透性能。而 分子量相近的单酯以及十 八烯醇硫酸酯钠盐润湿、 渗透性能差；而去污力好。
§8.4.3 生物降解性(biodegradability)
SAA被微生物分解成 H2O和 CO2 的过程，即称为 SAA的生物降 解。 Add Your Title
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n-SAA 的 R 的 降 解 规 律 与 a-SAA 相 同 ， 对于a-SAA碳氢链 聚氧乙烯链越长越 疏水基，直链比支 不易降解，其聚合 链易生物降解。含 度 10 以上降解速度 芳香基的SAA降解 随链长增加明显减 困难。臭氧处理废 缓。此规律在OP类 水，有利于支链 的降解中同样存在。 SAA的降解。降解 图8-7 非离子表面活性剂的生物降解 最迅速的是 AS。 1-C13-AE9( 直链) 2-C13-AE9(支链) 3-C13-AE9(支链)
既 使 在 i-SAA 中 引 入 PEG 链，形成掺合型 (hybrid)SAA，或增大 分子中 PEG 长度，刺 激性降低，温和性增 大。分子中引入甘油 或其它多元醇与引入 PEG链结果相同。
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表面活性物质的表面浓度大于本体浓度。
C＞CB 正吸附
C：表面相浓度 C Chemistry and chemical engineering institute B：本体相浓度
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表面自由能(surface free energy)
是使液体增加单位面积时所需 液膜处于平衡状态，若增加一无限小的力于滑 做的可逆功 ， 即 表 面 自 由 能 ， 丝上使其向右移动dx的距离，形成面积为2Ldx 其单位为mJ.m-2。实质是相同数 的液膜，此过程环境对体系做的功为：
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§8.4 其它性质
§8.4.1 化学稳定性 (chemical stability)
a-SAA 在碱性溶液 中比在酸性 溶液中稳定。 在强酸中， 羧酸皂易析 出羧酸；硫 酸酯盐易水 解。磺酸盐 在酸碱中均 稳定。 c-SAA 胺盐类在碱 中不稳定， 容易析出游 离胺，但较 耐酸；而季 铵盐在酸和 碱中均较稳 定。
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§8.4.2 生物活性 (biological activity)及温和性
-1 表1-13 表面活性剂对黑鼠的经口服急性毒性 LD LD 类型 表面活性剂 50 50/g.kg
阴离子
SAA的生物活性主要包括毒性及杀菌性两方面
直链烷基苯磺酸钠（C12～C14） 1.3～2.5 1.3 十二烷基硫酸钠 1.8 十二基聚环氧乙烷（3）硫酸盐 毒性 规律 3.0 烷基磺酸盐 4.0 胰加漂T 1.9 渗透剂T
无机盐稳定性 无机盐使i-SAA从溶液中析出；n-SAA及am-SAA不易析出。多价金属盐易
与a-SAA有机负离子形成不溶或溶度减小钙皂。
磺酸盐SAA和AEO类较为稳定。因其碳硫键及醚键不易破坏。全氟碳链稳 氧化剂稳定性定性最高。碳氟SAA可作为铬电镀槽的铬酸溶液中的防铬雾剂。
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陈朝晖
化学与化学工程学院
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§8.1 表面张力(surface tension)的降低
降低水的 表面张力 降低水的表面张力至一定值 所能 时 所 需 SAA 的达 浓到 度，称为 的 最 大 程 SAA降低表面张力的效率。 度，称为 SAA 降 低 表 降低水表面张力 面张力 pC20 是 SAA 20mN/m 时 SAA 浓度 的能力。 的对数值。 pC20值越大，表示降低表面张力的效 率越高。
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SAA温和性
SAA类型
分子量大小
疏水基链长 及离子基团
PEG基 团引入
刺激性：cSAA最强，nSAA一般都很 低。多数aSAA和amSAA居于上述 两类之间。
小分子SAA容 易渗透，对皮 肤刺激性大； 大分子SAA比 较温和。
疏水基链越长， 分支化程度越 小， SAA对人 体越温和。离 子基团的极性 愈小，对皮肤、 毛发愈温和。
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+ SAA 分子较小 N一般 N+ BrBr-
SAA 分子量对性质 的影响显著。同类 SAA ，随疏水基中 碳原子数增加，溶 解度、CMC等减少。
的润湿性、渗透性 较好；分子较大的 洗涤、分散性好。 在洗涤方面，不同 种类的 SAA 也大致 是分子量较大的洗 涤力好。
陈朝晖
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§9.1 SAA在水溶液表面上的吸附
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表面张力 (surface tension)是液体 的重要性质， 也是SAA溶液 非常重要的性 质。
表面张力数据 是研究溶液表 面层性质、结 构、组成的基 础。
SAA在水溶液 表面疏水基朝 向空气，亲水 基朝向水溶液 内部，并形成 单分子层吸附 。
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毛及其它合成纤维的抗静 电剂中 SAA 占绝大多数。 i-SAA 具 有 良 好 的 抗 静 电 效果， n-SAA 较差。季铵 盐类 c-SAA 的抗静电效果 比较突出。
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第九章 表面活性剂在界面上的吸附
Chapter 9 Interfacial adsorption of SAA
季 铵 盐 c-SAA 具 有 强杀菌性，但一般 降解细菌对之有较 大的耐受性，故仍 能降解，降解规律 与其他 SAA 相似。 am-SAA 生 物 降 解 性较好。
官景渠, 李济生. 表面活性剂在环境中的生物降解 [J]. 环境科学 , 1993, 15(2):81-85. Chemistry and chemical engineering institute 郭睿, 胡应燕, 梁文庆. 月桂酸酯季铵盐阳离子表面活性剂的生物降解研究[J]. 2010, 27(3):225-228
n-SAA 能耐受较高 浓度的酸碱。 一般能稳定 地存在于酸、 碱溶液中。
am-SAA TEXT SAA 含 醚 链 SAA 含酯基 在等电点时 在 强 酸 及 强 最 为 稳 定 。 容易生成沉 碱 溶 液 中 都 在 强 酸 溶 液 淀。但分子 易 发 生 水 解 ， 中有可能分 中有季铵离 最不稳定。 解。 子者，则不 会出现沉淀。
阳离子
0.5g/kg; a-SAA 为 2十六烷基三甲基溴化氨 80.5g/kg; n-SAA 50g/kg 十六烷基溴化吡啶 以上。毒性较大的 OP/NP/TX 在 5g/kg 左 右 。
可称无毒， 但污 0.1 染 水 域 ； a-SAA 0.2 介于两者之间。 am-SAA较低。
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2
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洗衣粉中，主SAA为烷基苯磺酸钠(alkylbenzene sulfonate)。 将正十二烷基与四聚丙烯基相比，后者润湿渗透性能较大， 去污力小。 琥珀酸二辛酯磺酸钠，辛基中有、无分支相比，虽然有相同 的HLB值，但在性质上它们却表现出明显的差别：前者有较 好的润湿、渗透力，cmc比后者大。很明显，有分支者不易 形成胶团，去污性能较差。
4 支链结构对SAA性质的影响与亲水基位臵的影响相似。
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§8.3 分子量(mecular weight)的影响
H C H2 C H C H2 C
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§8.4.4 纤维柔软、平滑及抗静电作用 1
纤维的柔软平滑剂是 具有减小纤维表面摩 擦系数能力的物质， 大 部 分 是 SAA 或 表 面 活 性 物 质 。 此 类 SAA 疏水基为直链脂肪烃 基，支链或芳基结构 的烃不易定向紧密排 列，不适合作柔软、 平滑剂。
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降低动摩擦系数效果：矿 物油好，高级醇和PEO醚 类 n-SAA 次 之 ， 多 元 醇 SAA 较差， c-SAA 最差； 降低静摩擦系数：则相反。 因此，纺织品的柔软、平 滑剂主要是 c-SAA ；纺纱、 抽丝时用矿物油、动植物 油、高级醇。
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§7.3 高分子SAA (Polymer SAA)
• 天然或合成分子量在数千以上的水溶性聚合物为高分子 SAA，多用作乳化和 分散剂，如蛋白质，纤维素、淀粉衍生物，聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酸(PAA)、 聚丙烯酰胺( PAM )、聚乙二醇(PEG)等水溶性聚合物 。
高分子SAA性能特点 分子量增 吸附稳定 大，表面 性高，分 活性降低。 散 和 乳 化 稳定性好， 也常作絮 凝剂。 一般不形成 经典胶束， 溶液具有胶 体性质，有 些具有无限 稀释单分子 胶束。 毒性小。
在分子量对性质的影响上， 高分子SAA更突出。聚皂 的分子很大，其水溶液的 粘度很大，对乳液和悬浮 液有良好的分散和防沉降 作用，可作保护胶体。由 于自身在水中易形成胶团， 很难被吸附于溶液表面、 不易降低表面张力；由于 分子太大，扩散慢，其润 湿、渗透性不好。
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