表面活性剂的基本理论知识8页word

表面活性剂的基本理论知识

1．表面张力

把液体表面任意单位长度的收缩力称为表面张力，单位为N•m-1。

2．表面活性和表面活性剂

将能降低溶剂表面张力的性质称为表面活性，而具有表面活性的物质称为表面活性物质。

把能在水溶液中分子发生缔合且形成胶束等缔合体，并具有较高的表面活性，同时还具有润湿﹑乳化﹑起泡﹑洗涤等作用的表面活性物质称为表面活性剂。

3．表面活性剂的分子结构特点

表面活性剂是一种具有特殊结构和性质的有机化合物，它们能明显地改变两相间的界面张力或液体（一般为水）的表面张力，具有润湿﹑起泡﹑乳化﹑洗涤等性能。

就结构而言，表面活性剂都有一个共同的特点，即其分子中含有两种不同性质的基团，一端是长链非极性基团，能溶于油而不溶于水，亦即所谓的疏水基团或憎水基，这种憎水基一般都是长链的碳氢化合物，有时也为有机氟﹑有机硅﹑有机磷﹑有机锡链等。另一端则是水溶性的基团，即亲水基团或亲水基。亲水基团必须有足够的亲水性，以保证整个表面活性剂能溶于水，并有必要的溶解度。由于表面活性剂含有亲水基和疏水基，因而它们至少能溶于液相中的某一相。表面活性剂的这种既亲水又亲油的性质称为两亲性。

4．表面活性剂的类型

表面活性剂是一种既有疏水基团又有亲水基团的两亲性分子。表面活性剂的疏水基团一般是由长链的碳氢构成，如直链烷基C8～C20，支链烷基C8～C20，烷基苯基（烷基碳原子数为8～16）等。疏水基团的差别主要是在碳氢链的结构变化上，差别较小，而亲水基团的种类则较多，所以表面活性剂的性质除与疏水基团的大小﹑形状有关外，主要还与亲水基团有关。亲水基团的结构变化较疏水基团大，因而表面活性剂的分类一般以亲水基团的结构为依据。这种分类是以亲水基团是否是离子型为主，将其分为阴离子型﹑阳离子型﹑非离子型﹑两性离子型和其他特殊类型的表面活性剂。

5．表面活性剂水溶液的特性

①表面活性剂在界面上的吸附

表面活性剂分子中具有亲油基和亲水基，为两亲分子。水是强极性液体，当表面活性剂溶于水中时，根据极性相似相引﹑极性相异相斥原理，其亲水基与水相引而溶于水，其亲油基与水相斥而离开水，结果表面活性剂分子（或离子）吸附在两相界面上，使两相间的界面张力降低。表面活性剂分子（或离子）在界面上吸附越多，界面张力降低越大。

②吸附膜的一些性质

●吸附膜的表面压力：表面活性剂在气液界面吸附形成吸附膜，如在界面上放置一无摩擦可移动浮片，以

浮片沿溶液面推动吸附质膜，膜对浮片产生一压力，此压力称为表面压力。

●表面黏度：与表面压力一样，表面黏度是由不溶性分子膜表现出的一种性质。以细金属丝悬吊一白金环，

令其平面接触水槽的水表面，旋转白金环，白金环受水的黏度阻碍，振幅逐渐衰减，据此可测定表面黏度，方法是：先在纯水表面进行实验，测出振幅衰减，然后测定形成表面膜后的衰减，从两者的差值求出表面膜的黏度。

表面黏度与表面膜的牢固度密切有关

由于吸附膜有表面压力和黏度，它必定具有弹性。吸附膜的表面压力越大，黏度越高，其弹性模量就越大。表面吸附膜的弹性模量在稳泡过程中有重要意义。

③胶束的形成

表面活性剂的稀溶液服从理想溶液所遵循的规律。表面活性剂在溶液表面的吸附量随溶液浓度增高而增多，当浓度达到或超过某值后，吸附量不再增加，这些过多的表面活性剂分子在溶液内是杂乱无章

的，抑或以某种有规律的方式存在。实践和理论均表明，它们在溶液内形成缔合体，这种缔合体称为胶束。

●临界胶束浓度：表面活性剂在溶液中形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度。

●胶束的结构（略）

●影响胶束浓度的因素（略）

④常见表面活性剂的cmc值。（注意观看书本）

6．亲水亲油平衡值

HLB是hydrophile lipophile balance的缩写，表示了表面活性剂的亲水基团和亲油基团具有的亲水亲油平衡值，即表面活性剂HLB值。HLB值大，表示分子的亲水性强，亲油性弱；反之亲油性强，亲水性弱。

①HLB值的规定

HLB值是个相对值，故在制定HLB值时，作为标准，规定无亲水性能的石蜡的HLB值为0，而水溶性较强的十二烷基硫酸钠的HLB值为40。因此表面活性剂的HLB值一般在1～40范围以内。通常来说，HLB值小于10的乳化剂为亲油性的，而大于10的乳化剂则是亲水性的。因此，由亲油性到亲水性的转折点约为10。

根据表面活性剂的HLB值，可大致了解其可能的用途，如表1-3所示。

8～18。

② HLB值的确定（略）。

7．乳化作用和增溶作用

两种互不溶的液体，一种以微粒（液滴或液晶）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组分—乳化剂以降低体系的界面能。乳化剂属于表面活性剂，其主要功能是起乳作用。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做分散介质（或外相﹑连续相）。

①乳化剂和乳状液

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。水和油形成的乳状液，根据其分散情形可分为两种：油分散在水中形成水包油型乳状液，以O/W（油/水）表示：水分散油中形成油包水型乳状液，以W/O（水/油）表示。此外还可能形成复杂的水包油包水W/O/W型和油包水包油O/W/O型的多元乳状液。

乳化剂是通过降低界面张力和形成单分子界面膜使乳状液稳定的。

在乳化作用中对乳化剂的要求：a：乳化剂必须能吸附或富集在两相的界面上，使界面张力降低；b：乳化剂必须赋予粒子以电荷，使粒子间产生静电排斥，或在粒子周围形成一层稳定的﹑黏度特别高的保护膜。所以，用作乳化剂的物质必须具有两亲基团才能起乳化作用，表面活性剂能满足这种要求。

②乳化液的制备方法和影响乳状液稳定性的因素

制备乳状液的方法有两种：一种是采用机械法使液体以微小的粒子分散于另一种液体中，工业上多采用这种方法制备乳状液；另一种是将液体以分子状态溶于另一液体中，然后使其适当地聚集而形成乳状液。

乳状液的稳定性是指反抗粒子聚集而导致相分离的能力。乳状液在热力学上是不稳定的体系，有较大的自由能。因此所谓乳状液的稳定性实际上是指体系达到平衡状态所需要的时间，即体系中一种液体发生分离所需要的时间。

当界面膜中有脂肪醇﹑脂肪酸和脂肪胺等极性有机物分子时，膜强度显著增高。这是因为，在界面