表面活性剂和液晶

极性头
8－18C 长链烷基等非极性基团
亲油基（疏水基）：与油具有亲和性，如长链烃 -CH2-CH2-CH2-CH2 -
亲水基：容易溶于水或易被水所润湿的原子团，如 羧基、磺酸基、硫酸酯基、醚键、氨基、羧基
CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2－COONa
肥皂中的表面活性剂：脂肪酸钠盐
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。
球形胶束
棒状胶束
层状胶束
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
面的吸附能力愈强。
C20 有效值
2. 表面活性剂有效值
能够把水的表面张力 降低到的最小值。显然，
杂质的原因
能把水的表面张力降得愈低，该表面活性剂愈有效。
常用表面活性剂性能参数
3. 临界胶束浓度 ( CMC ) (Critical Micelle Concentration)
在表面张力对浓度绘制的
曲线 上会出现转折。继续增
为避免形成冰山结构，表面活性剂的亲油 剂在水中会向逃逸水的方向移动——疏水 相互作用。
亲油基——逃逸水——疏水基
（4）表面活性——表面活性剂疏水作用的 直接结果: (a) 表（界）面吸附； (b) 胶束 作用。
此两个基本特性则引发了一系列作用：
吸附——润湿、乳化、分散、泡沫等；
胶束——增溶。
表面活性剂的性质
1、润湿和渗透性质 洗涤剂溶液很容易润湿织物纤维，并浸入纤维
的微孔中。
2、乳化性质 洗涤剂的亲油基溶入油滴，亲水基留在水中，
能降低油水两相的表面张力，搅拌后能帮助油乳 化。
3、分散性质 洗涤剂分子能钻进固体粒子的缝隙，减弱固体粒
子的内聚力，使粒子破裂成微小质点而分散在水中。 4、发泡性质
表面活性剂的种类：
1、阴离子型：亲水基团为带有负电的原子团。 2、阳离子型：亲水基团为带有正电荷的原子团。 3、两性离子型：带有两个亲水基团，在水中带有正负
两种电荷，在酸性溶液中呈阳离子表面活性，在碱 性溶液中呈阴离子表面活性，在中性溶液中呈非离 子表面活性。 4、非离子型： 在水中不会离解成离子，也不带电荷。 5、混合型：两个亲水基团，一个带电，一个不带电。
HLB值 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
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石蜡 W/O乳化剂 润湿剂
洗涤剂 增溶剂 |
|————| 聚乙二醇
O/W乳化剂
表面活性剂的重要作用
表面活性剂的用途极广，主要有五个方面：
1.润湿作用 2.起泡作用 3.乳化作用 4.增溶作用 5.洗涤作用
O(C2H4O)yH
(4)多元醇OH 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
常用表面活性剂性能参数
1. C20 ：降低溶液表面张力
20mN·m-1 时所需的表面活 性剂浓度, 该值愈小表明表面活性剂在20界mN/m
1.4 洗衣粉
洗衣粉的成分
普通洗衣粉的pH值9.5～10之间， 碱性较强。
它的主要成分是烷基苯磺酸钠25％，甲苯磺酸 钠2.5％，月桂酸单乙醇酸胺3％，三聚磷酸钠30 ％，无水硅酸钠10％，CMC2％，荧光增白剂0.2 ％，硫酸钠27.3％
三聚磷酸钠的主要作用：
将硬水中的钙、镁离子鳌合起来，使硬水变成软 水。 对微细的无机粒子或油脂微滴具有分散、乳化、 胶溶作用，防止污垢再沉积到衣物上，提高洗衣粉 的去污能力。 维持水溶液为弱碱性（pH值为9.7），有助于增 强洗衣粉的洗涤效能。 使洗衣粉不易吸潮结块。
可以利用测定 表面张力，电 导率等方法达 到测定临界胶 束浓度的目的
常用表面活性剂性能参数－亲水亲油 平衡值(hydrophile-lipophile balance)
在表面活性剂的应用中，需根据不同目的选择具备适当 亲水亲油性的表面活性剂
Griffin提出了用一个相对的值即HLB值来衡量表面活性物 质的亲水性。 对非离子型的表面活性剂，HLB的计算公式为：
HLB值=
亲水基质量 亲水基质量+憎水基质量
×20
石蜡无亲水基，所以HLB=0 聚乙二醇，全部是亲水基，HLB=20。 其余非离子型表面活性剂的HLB值介于0～20之间。
HLB值
根据需要，可根据HLB值选择合适的表面活性剂。例 如：HLB值在2～6之间，可作油包水型的乳化剂；8～10之 间作润湿剂；12～18之间作为水包油型乳化剂。
表面活性剂 及其应用
1、基本概念
（1）表面与界面(Surface and Interface)—物质相 与相之间的“接界面”或“接触面”。
(a)物质(Substances)—同种或异种物质之间；
(b)相(Phases)—物质的化学、物理性质相同 的集合体。物质有G,L,S三种聚集态，两两组 合扣去G-G无接界面外，自然界中存在五种界 面：G-L, G-S, L-L, L-S, S-S。
加活性剂浓度，表面张力不再
降低，
CMC
表面活性剂溶液中开始形成胶束的最低浓度称为 临界胶束浓度。
临界胶束浓度 (critical micelle concentration)
表面活性剂浓度变大
C < CMC
分子在溶液表面 定向排列，表面 张力迅速降低
C ＝ CMC
溶液表面定向排 列已经饱和，表 面张力达到最小 值。开始形成小 胶束
磷污染
含磷污水被排放到河流湖泊中以后；使水中磷含量升 高，水质出现富营养化造成的。 富营养化是指水体富集养分，是含磷和氮的化合物过 多地排入水体后引起的二次污染现象。 主要表现为：藻类蔓延，水生植物大量生长，藻类成 簇状，并严重影响水质。
使气液两相间表面张力降低而产生大量泡沫。 5、增溶性质
活性剂把油溶解在胶束的亲油基内，使油性物质 的溶解度增大。
去污原理：
1、织物纤维和污垢被洗涤剂润湿、渗透，织物和污粒上 定向吸附着活性物的单分子层。 2、经过机械搅拌或搓洗，污粒脱离到水中，产生乳化、 分散、悬浮等现象。 3、还有一部分污垢（油脂、钙皂、色料）被增溶到活性 物的胶束中，被水洗去。
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
(3) 卵磷脂类 属天然表面活性剂，常用作食品添加剂
4.非离子表面活性剂
亲水基多为聚氧乙烯基构成，由所含氧乙烯基数目控制其亲水性。 稳定性高，与其他类型表面活性剂相容性好，可混合使用
(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
(2)烷基酚聚氧乙烯醚 RT-w(Ce6eHn 4)-O(CO2H4O)nH O
Sp俗an称 OP系列，化学性质稳定，抗氧化性能强O C R
O
(3)聚氧乙烯烷基酰胺 O
O
CR
H(OC2H4)x O
O(C2H4O)zH
R-CONH(C2H4O)nH
OH
OH
常用作起泡剂、增粘剂
1.3 皂类洗涤剂
(一) 肥皂的成分与制造 主要成分：高级脂肪酸的钠盐或钾盐
C3H5(OOCR)3+3NaOH→3RCOONa+C3H5(OH)3
油脂
烧碱
肥皂
甘油
油脂：硬化油、牛油、骨油、猪油、棕榈油、 椰子油、菜籽油、棉籽油、豆油。
辅助原料：松香、水玻璃、着色剂、荧光增白 剂、抗氧剂、杀菌剂。
（二）肥皂的优缺点 优点： 1、原料来源广泛，制作工艺简单。 2、价格便宜、去污效果较好，对环境污染小。 缺点： 1、对水质要求较苛刻。硬水、海水、酸性水不宜使用。 2、碱性较强，不适合洗涤丝、毛织物和某些化学纤维 纺织品。 3、不适合洗衣机使用。
(b) Iceberg structure
加入表面活性剂于水中，破坏了水原有的氢 键结构，但在表面活性剂的亲油基附近形成另 种类似于叠罗汉那样规整的冰结构——Iceberg structure——有序度高、熵小不稳定，从而驱 使体系向破坏该结构方向变化，逃逸水。
（3）疏水相互作用(Hydrophobic interaction)
常用表面活性剂
1.阴离子表面活性剂 (1) 羧酸盐 RCOO－
例如： 肥皂中的表面活性成分硬脂酸钠等 (2) 磺酸盐 R-SO3－
例如： 洗衣粉中的十二烷基苯磺酸钠(ABS)等 (3) 硫酸酯盐 R-OSO3－
(4) 磷酸酯盐 R-OPO32－
常用表面活性剂
2.阳离子表面活性剂 具有易吸附于一般固体表面及杀菌性两个特点
C > CMC
溶液中的分子的憎水 基相互吸引，分子自 发聚集，形成球状、 层状胶束，将憎水基 埋在胶束内部
胶束(micelle)
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。
(1)伯胺盐 R-NH3＋
(2)季胺盐 CH3
|
季胺盐水溶液具有强杀菌 性，常用作消毒、杀菌剂
例如
C16H33-N+-CH3Br－ |
CH3
十六烷基溴化铵(俗称1631)
(3) 吡啶盐 例如 C12H25(NC5H5)+
常用表面活性剂
3.两性表面活性剂
(1) 氨基酸型 R-NH2CH2-CH2COO－
HLB值范围：
HLB 0 ～ 40 ， 其 中 非 离 子表面活性剂HLB 0～ 20 ， 即 石 蜡 为 0 ， 聚 氧 乙烯为20。
（2）冰山结构
(a) 氢键
神奇液体——水（例如：s l) 主要原因是 氢键。一个水分子可形成四个氢键形成六元 环结构，在液态时也会形成冰结构，为假晶 结构
（2）表面与界面张力 (a) 本体相分子 (b) 表面相分子
(c) 表面张力(Tension of surface)-shrinkБайду номын сангаасforce in surface). 液体表面的自动收缩现象；
自然状态的水滴、气泡、西瓜等等
表面活性剂的一般结构
表面活性剂从结构上看均为两亲分子，即同时具有亲 水的极性基团和憎水的非极性基团。
3、表面活性剂的结构特征
• （1）双亲结构
• 非极性的亲油基 极性的亲水基—— • 通过连接基或直接连接而成的不对称化合物—
—例如肥皂，硬脂酸钠学名十八烷基酸钠：
（二）亲水亲油平衡值
定义： HLB(hydrophilelipophile balance)系 表面活性剂中亲水和亲 油基团对油或水的综合 亲合力，是用来表示表 面活性剂的亲水亲油性 强弱的数值。