第9章 表面活性剂的复配
表面活性剂复配在三次采油中的应用进展
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第9章 表面活性剂的复配
– 在表面或界面上形成混合单分子吸附层 – 在溶液内部形成混合胶束
• 无论是混合单分子吸附层还是混合胶束，两种表面活性剂 分子间均存在相互作用，其相互作用的形式和大小用分子 间相互作用参数β表示
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3
9.1.1 分子间相互作用参数β的确定和含义
• 混合单分子吸附层：βσ
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13
• 产生最大加和增效作用时，表面活性剂1的摩尔分数α*：
1 0,2 c 0,cmm c K cK 1(2( MM )1 )( X (X 1 *1 )*2 )21
*
C1M C2M
X1* 1X1*
exp[ M(12X1*)]
1C1M C2M
X1* 1X1*
exp[ M(12x1*)]
• 在阳离子表面活性剂溶液中加入非离子表面活性剂，可以 使临界胶束浓度显著降低
图9-7 十六烷基三甲基溴化铵与壬基酚聚氧乙烯醚 复配体系临界胶束浓度与活性剂浓度的关系
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9.3.6 非离子-非离子表面活性剂复配体系
• 多数聚氧乙烯型非离子表面活性剂的产品本身便是混合物， 其性质与单一物质有较大差异
• 例如，单一的十二烷基硫酸钠在降低水的表面张力、起泡、 乳化及洗涤等性能方面远不如含有少量十二醇等物质的品 种。
• 在洗涤剂配方中，也常常加入少量的十二酰醇胺或氧化二 甲基十二烷基胺，用以改善产品的起泡性能和洗涤性能。
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9.1 表面活性剂分子间的相互作用参数
• 表面活性剂的最基本性质
– 在表面或界面形成定向吸附 – 在溶液内部形成胶束
2. 疏水基团的影响
随表面活性剂疏水基碳链长度的增加，βσ和βM变得更负，即绝 对值增加，且为负值
表面活性剂的复配
五、阳离子-非离子表面活性剂复配体系
在阳离子表面活性剂溶液中加入非离子表面 活性剂，可以使临界胶束浓度显著降低。 是阳离子表面活性剂的离子基团与非离子 表面活性剂的极性聚氧乙烯基相互作用的 结果。
六、非离子-非离子表面活性剂复配体系
多数聚氧乙烯非离子表面活性剂本身便是混合物， 其性质与单一物质有较大差别，通常疏水基相同、 环氧乙烷加成数相近的两种非离子表面活性剂混 合时，近乎理想溶液，容易形成混合胶束，其混 合物的亲水性相当于这两种物质的平均值，当两 种表面活性剂的环氧乙烷加成数和亲水性相差较 大时，混合物的亲水性高于二者的平均值，油溶 性的品种有可能增溶于水溶性表面活性剂的胶束 中。
ห้องสมุดไป่ตู้
由此可以看出，引入分子间相互作用参数 后，可以定性地了解两种表面活性剂分子 间的作用情况，是相互吸引还是相互排斥， 作用力的强弱如何。并可通过相关公式计 算并判断出两种表面活性剂混合后是否产 生复配效应，并可进一步求出产生最大加 和效应时复配体系的组成，即两种表面活 性剂的复配比例，这为表面活性剂复配的 应用提供了理论指导。
二、形成混合胶束
当复配体系水溶液形成混合胶束的临界胶束 浓度低于其中任何一种单一表面活性剂的 临界胶束浓度时，即称为产生正加和增效 作用；如果混合物的临界胶束浓度比任何 一种单一组分的高，则称产生负加和增效 作用。
三、综合考虑
将降低表面张力和形成混合胶束综合起来看， 正加和增效是指两种表面活性剂的复配体 系在混合胶束的临界胶束浓度时的表面张 力低于其中任何一种表面活性剂在其临界 胶束浓度时的表面张力，相反则产生负加 和增效作用。
二、影响分子间相互作用参数的因素
大部分混合体系的β值为负值，即两种表面活 性剂分子间是相互吸引的作用。这种吸引 力主要来源于分子间的静电引力，与表面 活性剂分子结构密切相关，并受温度及电 解质等外界因素的影响。
表面活性剂复配技术研究
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表面活性剂复配对1
表面活性剂复配对1/3焦煤润湿性能的影响研究摘要：以1/3焦煤为研究对象，选取5种表面活性剂，通过接触角、表面张力和沉降实验，研究表面活性剂及其复配溶液对煤尘润湿性能的影响；通过红外光谱实验，分析复配溶液对煤表面官能团的影响。
结果发现当表面活性剂的浓度达到CMC 后，继续增加表面活性剂的浓度，表面活性剂的表面张力、接触角和煤尘的沉降速度呈现不同的变化规律，分析认为表面活性剂分子吸附状态发生变化是导致这种现象发生的原因；0.4wt%APG0810+0.4wt%JFC-E 的等质量复配溶液，对1/3焦煤有着显著的协同润湿效应。
煤尘沉降速度达到了45.45mg/s 。
煤样经0.4wt%APG0810+0.4wt%JFC-E 的复配溶液浸泡处理后，含氧官能团和亲水官能团的比例升高，分别达到了50.24%和83.65%。
由此推断，复配后表面活性剂分子在煤尘上有更高的吸附密度。
关键词：1/3焦煤；煤尘；表面活性剂；复配溶液；润湿中图分类号：X964文献标识码：A文章编号：2095-0438（2024）03-0145-06（1.安徽理工大学安全科学与工程学院；2.安徽理工大学煤炭安全精准开采国家地方联合工程研究中心安徽淮南232001)在煤炭开采过程中，会产生大量的煤尘，其中综采工作面和掘进工作面煤尘浓度可达3000mg/m 3[1]。
远远超过国家标准，严重危害煤矿企业的安全生产与煤矿工人的身体健康[2]。
由于煤表面有大量的芳香族、脂肪族等疏水性官能团，而且纯水的表面张力高达72mN/m ，导致纯水难以在煤的表面铺展，对煤尘的润湿效果有限[3-5]。
国内外学者研究发现，在水中添加表面活性剂能大幅降低水的表面张力，提高对煤尘的润湿效果[6-8]。
朱森等[9]合成了一种Gemini 阴离子表面活性剂,研究发现Gemini 阴离子表面活性剂在降低水的表面张力方面具有极高的效率。
张政等[3]研究发现，十二烷基硫酸钠（SDS ）溶液对烟煤有良好的润湿效果。
表面活性剂的复配原理
表面活性剂的复配原理表面活性剂的复配原理是指将不同种类的表面活性剂按一定的比例和方式组合使用，以达到更好的表面张力调节、乳化稳定以及分散悬浮等效果。
表面活性剂由亲水基和疏水基组成，亲水基具有亲水性，疏水基具有疏水性。
在液体中，亲水基会向水相靠近，而疏水基会向空气相靠近。
当表面活性剂溶解在液体中时，由于其分子有两个相对独立的界面，即表面活性剂分子的水溶液界面和水/空气界面。
在这两个界面上，亲水基和疏水基具有不同的定位，形成了所谓的吸附层，这种吸附行为也决定了表面活性剂的表面活性。
通过复配不同种类的表面活性剂可以调节表面张力和稳定乳液、分散悬浮体系。
具体原理如下：1. 鸟嘌呤类表面活性剂与短链烷基硫酸盐类表面活性剂的复配：鸟嘌呤类表面活性剂具有良好的乳化性能，但其乳化稳定性较差。
而短链烷基硫酸盐类表面活性剂具有良好的乳化稳定性。
因此，将两者复配使用可以提高乳化体系的稳定性，同时实现良好的乳化效果。
2. 非离子型表面活性剂与阳离子型表面活性剂的复配：非离子型表面活性剂在水性体系中具有较好的乳化性能，但其稳定性相对较差。
而阳离子型表面活性剂则具有良好的稳定性。
将两者复配使用可以同时实现较好的乳化效果和乳化稳定性。
3. 阴离子型表面活性剂与非离子型表面活性剂的复配：阴离子型表面活性剂在水性体系中具有较好的分散悬浮性能，但其分散稳定性较差。
而非离子型表面活性剂具有较好的分散稳定性。
将两者复配使用可以提高分散悬浮体系的稳定性，同时实现良好的分散效果。
通过合理复配不同种类的表面活性剂，可以充分利用各种表面活性剂的特性，实现更好的表面张力调节、乳化稳定以及分散悬浮等效果。
表面活性剂及其复配体系
表面活性剂及其复配体系摘要：本文主要介绍了表面活性的种类、特性以及复配方法。
并着重介绍了复配体系的复配方法、性能以及应用用于学习交流。
关键词：阴离子表面活性剂阳离子表面活性剂复配体系一、表面活性剂结构特征及分类表面活性剂是指既具有亲水性又具有亲油性，在溶液的表面能定向排列，并能使表面张力显著下降的物质。
它是一大类有机化合物，他们的性质极具特色，应用极为灵活、广泛，有很大的实用价值和理论意义。
为了达到稳定，表面活性剂溶于水时，可以采取两种方式：1.在液面形成单分子膜将亲水基留在水中而将疏水基伸向空气，以减小排斥。
而疏水基与水分子间的斥力相当于使表面的水分子受到一个向外的推力，抵消表面水分子原来受到的向内的拉力，亦即使水的表面张力降低。
2.形成“胶束”胶束可为球形，也可是层状结构，都尽可能地将疏水基藏于胶束内部而将亲水基外露。
这类表面活性剂具有增溶作用。
如溶液中有不溶于水的油类（不溶于水的有机液体的泛称），则可进入球形胶束中心和层状胶束的夹层内而溶解。
按表面活性剂溶于水时的电性特征，表面活性剂可分为：①阴离子表面活性剂②阳离子表面活性剂③非离子表面活性剂④两性离子表面活性剂二、表面活性剂复配系统概述不同表面活性各自有其特点。
通常，改变表面活性剂应用性能的途径有两种：一种是根据结构与性能的关系设计合成新型表面活性剂，另一种是通过多种表面活性剂的复配得到具有优异性能的产品。
开发表面活性剂新品种往往难度很大，而且进行毒性安全性试验也很困难。
相比较而言，通过复配的方法改进体系的特性就比较迅速、经济、有效。
近年来，对表面活性剂复配协同增效的研究正在引起越来越多的重视，不同结构的表面活性剂组成的复配体系不仅可以形成多种多样的体相缔合结构，而且在界面上可以发生协同吸附，比单一表面活性剂体系降低界面张力的力更强，利用表面活性剂复配提高界面活性已经成为强化采油等应用领域有效的技术措施之一。
表面活性剂复配后，一方面由于分子间相互作用，性基团之间的静电排斥作用减小，排列更为紧密；另一方面，二者的碳氢链由于疏水效应也会相互吸引。
表面活性剂的复配
节ｐ ， 值 也就是界面膜 的 自然曲率 ， 使之与油滴 的 自
然 曲率 更 匹配 而 提高 乳液 的稳定 性 。
图 １ 界 面 上 的 表 面 活 性 剂 示 意 图
Ｆ ｇ ｒ Ｔｈ ｃ ｅ ｔ ｉ ｇ ａ ｏ ｕ ｆ ｃ ａ ｔ ｎ ｔ ｅｉ ｔｒａ ｅ ｉｕ ｅ １ ｅ ｓ ｈ ｍａ ｉ ｄ ａ ｒ ｍ ｆｓ ｒａ ｔ ｎ ｎ ｅ ｆ ｃ ｃ ｏ ｈ
式 中 ， 为 表 面 活性 剂 尾 的体 积 ， 为 尾 的伸 展 长 ｖ ，
度 ， 为 表 面活 性剂 头 在界 面上 的投 影 面积 。 ａ
油 在 水 中乳 液 的Ｐ ＜１ 界 面 膜 为 弯 向油 滴 的 曲 ，
表 面活 性剂 分 子 在油 ／ 界 面上 ， 水 以亲 油端 （ ） 尾 溶 人 油 相 ，以亲 水 端 （ ） 在 界 面 的水 相 一 侧 ， 头 贴 如 图 １ 示 ， 自发 地 、有 序 地 堆 砌 成 一 个 有 自然 曲 所 并 率 的界 面 膜 ， 一 曲率 与 表 面 活 性 剂 分 子 的 几 何 形 这
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【 收稿 日期 ］ ０ ２ ０ — ０ ２ １— １ ２
堆 砌 参 数 （ 与 表 面 活性 剂 分 子 的几 何 形 状 关 Ｐ）
系设 定 如下 ：
ｖｌ ／
Ｄ —— 口
平 衡 值 （ Ｂ） ， ２ 表 面 活 性 剂 复 配 比使 用 单 ＨＬ 下 以 种
一
的 表 面 活 性 剂 有 更 好 的 乳 化 稳 定 性 。这 是 因 为 ，
表面活性剂及其复配体系
表面活性剂的特性
表面活性
表面活性剂能够显著降低溶液的表面张力，使其 低于纯溶剂的表面张力。
分散性
表面活性剂能够将固体颗粒分散于液体中，形成 稳定的悬浮液。
ABCD
润湿性
表面活性剂能够增加固体表面与液体之间的接触 面积，使液体更好地润湿固体表面。
乳化性
表面活性剂能够将一种液体分散于另一种不混溶 的液体中，形成稳定的乳状液。
复配体系的相容性
相容性原理
表面活性剂复配体系中的各组分 之间应具有良好的相容性，以保 证复配体系的稳定性和性能的发 挥。相容性的好坏主要取决于各 组分之间的相互作用和分子间的 排列。
相容性影响因素
相容性改善方法
影响复配体系相容性的因素主要 包括各组分的极性、溶解度参数、 分子量、官能团等。这些因素可 以通过影响分子间的相互作用和 排列，从而影响相容性的好坏。
要点二
热稳定性
表面活性剂复配体系应具有一定的热 稳定性，以便在实际应用中能够承受 一定的温度变化。热稳定性差的复配 体系在高温下容易发生分解、氧化等 反应，导致性能下降。
要点三
储存稳定性
表面活性剂复配体系应具有良好的储 存稳定性，以确保在长时间储存过程 中保持性能的稳定。储存过程中，复 配体系可能会受到光照、氧气、湿度 等因素的影响，因此需要采取适当的 措施来提高其稳定性。
为了提高复配体系的相容性，可 以采用混合溶剂、加入增溶剂或 乳化剂等方法来改善各组分之间 的相互作用和分子排列。同时， 选择合适的表面活性剂种类和浓 度也是提高相容性的关键因素表面活性剂能够降低水的表面张力，使污渍更容易被 去除。
防锈
一些表面活性剂可以形成保护膜，防止金属腐蚀和生 锈。
环境友好型表面活性剂的开发
表面活性剂的基本性质和应用 习题
去污剂 油/水乳化剂
润湿剂与 铺展剂 水/油乳化剂
大部分消泡剂
亲水亲油平衡值
非离子表面活性系的HLB值具有加和性
• 例如简单的二组分非离子表面活性剂体系的HLB 值可计算如下： HLBa×Wa+HLBb× ：上式不能用于混合离子型表面活性剂HLB值的计算
常用表面活性剂的HLB值可查表得到
亲水亲油平衡值
（二）HLB值的理论计算法 HLB基团数（group numble） 表面活性剂的HLB值看成是分子中各种结构基团贡献 的总和：
HLB=∑(亲水基团HLB数）－ ∑（亲油基团 HLB值）＋7
注：表面活性剂的一些常见基团及其HLB基团数查表 可得
三、表面活性剂的增溶作用
（一）胶束增溶
二 亲水亲油平衡值
（一）HLB值的概念
亲水亲油平衡值 ( hydrophile - lipophile balance , HLB ) 表面活性剂分子中亲水和亲油基团 对油或水的综合亲和力
亲水亲油平衡值
根据经验：
• 表面活性剂的HLB范围值限定在0~40 • 非离子表面活性剂的HLB值范围为0～20 • 完全由疏水碳氢基团组成的石蜡分子的HLB值为 0 • 完全由亲水性的氧乙烯基组成的聚氧乙烯的HLB 值为20 • 亲水性表面活性剂有较高的HLB值，亲油性表面 活性剂有较低的HLB值
在一定浓度范围的表面活性剂溶液中，胶束成球
形结构。 随着溶液中表面活性剂浓度增加（20%以上），胶 束转变成具有更高分子缔合数的棒状胶束，甚至六 角束状结构 表面活性剂浓度更大时，成为板状或层状结构 变化趋势：紊乱分布 液态 规整排列 液晶态
胶束的形态
（三） 临界胶束浓度测定
当表面活性剂的溶液浓度达到临界胶束浓度 时，除溶液的表面张力外，溶液的多种物理 性质，如摩尔电导、粘度、渗透压、密度、 光散射等发生急剧变化 或者说，溶液物理性质发生急剧变化时的浓 度即该表面活性剂的CMC，利用此特性，可 测定CMC值
阴阳离子表面活性剂的复配
阴-阳离子表面活性剂复配研究与应用目前,表面活性剂复配体系的研究与应用已形成热点,如表面活性剂与无机物、高聚物或表面活性剂之间复配等,其目的是提高含表面活性剂配方的性能,优化使用并提高经济效益。
长期以来,在表面活性剂复配应用过程中把阳离子型表面活性剂与阴离子型表面活性剂的复配视为禁忌,一般认为两者在水溶液中相互作用会产生沉淀或絮状络合物,从而产生负效应甚至使表面活性剂失去表面活性。
研究发现,在一定条件下阴-阳离子表面活性剂复配体系具有很高的表面活性,显示出极大的增效作用,这样的复配体系已成功地用于实际。
由于阴-阳离子表面活性剂复配在一起相互之间必然产生强烈的电性作用,因而使表面活性大大提高。
有人认为阳离子型表面活性剂与阴离子型表面活性剂混合之后形成了“新的络合物”,并会表现出优异的表面活性和各方面的增效效应。
1阴-阳离子表面活性剂复配的增效效应1.1降低表面张力的效能复配溶液所能达到的最低表面张力,即在ｃｍｃ时的表面张力γｃｍｃ比单一组分的最低表面张力低。
阳离子表面活性剂Ｃ8Ｈ17Ｎ(ＣＨ3)3Ｂｒ(以下用Ｃ8Ｎ表示)与阴离子表面活性剂Ｃ8Ｈ17ＳＯ4Ｎａ(以下用Ｃ8Ｓ表示)等摩尔复配体系的γｃｍｃ比两纯组分各自的γｃｍｃ低得多,尤其在正庚烷/水溶液界面的界面张力的降低表现更为突出,等摩尔复配体系的界面张力可以低至0.2ｍＮ/ｍ,而两种纯表面活性剂溶液相应的界面张力则高得多(分别为14ｍＮ/ｍ和11ｍＮ/ｍ)。
事实上,在单组分的碳氢链表面活性剂中尚未见报道能达到如此低的表面张力和界面张力。
1.2降低表面张力的效率达到指定的表面张力γ时,复配体系所需表面活性剂总浓度比单一表面活性剂溶液所需浓度低。
十二醇聚氧乙烯醚硫酸铵(ＡＥＳＡ)与阳离子表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵(ＤＴＡＢ)以9/1(ｍｏｌ)复配,当达到相同的表面张力38ｍＮ/ｍ时,体系的总浓度为5×10-6ｍｏｌ/Ｌ,远比单一组分ＡＥＳＡ(4×10-4ｍｏｌ/Ｌ及ＤＴＡＢ(1×10-2ｍｏｌ/Ｌ)的浓度低得多。
表面活性剂的复配
表面活性剂化学
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同类同系表面活性剂之间的复配
对同类表面活性剂来说，只要在表面活性剂中，加入少 量表面活性剂，即可得到表面活性较高的混合体系。
混合物的表面活性是符合线性规则.
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阴离子-阴离子表面活性剂的复配 两种阴离子表面 活性剂复配时，性能
表面活性剂的浊点。
盐溶：cmc↑，浊点↑
盐析：cmc↓，浊点↓
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极性有机物与表面活性剂的复配
极性有机物作用的基本原理：使通过混合吸附和形成混合胶 束改变吸附层和胶束层的性质，以及由于与水的强烈相互作 用而影响疏水效应。 --高级脂肪醇可提高表面活性剂的表面活性
--多羟基类物质也可提高表面活性剂的表面活性,使cmc降低.
表面活性剂化学
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洗涤剂组分间的协同效应
洗涤剂基本都是通过多种表面活性剂和助剂复配的产品，
并且通过复配技术达到最高性能和降低成本的目的。
电解质和表面活性剂的复配对离子型表面活性剂（特别阴离
子）影响大，两性表面活性剂次之，非离子型表面活性剂较小。
A 电解质和离子型表面活性剂的复配 电解质的加入使离子型表面活性剂的cmc
减小，表面活性剂增大。尤其对阴离子显著。
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离子型表面活性剂吸附 层及胶束的扩散双电层结构示意
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B 电解质和非离子表面活性剂的复配
电解质主要通过对疏水基的“盐溶”或“盐析” 作用使临界胶束浓度变化；
复配表面活性剂的增效作用
一、复配表面活性剂的增效作用当表面活性剂溶液中含有同系物或添加另一种表面活性剂或其他有机物，无机电介质后，溶液的物理化学或表面特性将发生明显的变化，并将改变其应用性能。
通常对表面活性剂是由不同的亲水基团与憎水基团组合而成，常采用亲水—亲油平衡值（HLB）来表示表面活性剂分子中这两种不同极性基团的相互平衡程度，对非离子表面活性剂还采用浊点来表示亲水性大小，HLB值愈大，浊点愈高，表面活性剂的亲水性愈好。
另外，常把临界胶束浓度（CMC）作为表面活性剂形成胶束的最低浓度；同时以临界胶束浓度的倒数（1/CMC）表示降低表面张力的效率，临界胶束浓度愈低，则效率愈高。
此外，还将表面活性剂在临界胶束浓度时的表面张力δcmc可作为表征表面活性剂表面特性的量度。
1、非—非离子表面活性剂复配后的表面特性不同结构非离子表面活性剂复配后的表面特性：非—非离子表面活性剂复配后，浊点，CMC和δcmc 均介于两组分之间。
由此可见，非—非离子表面活性剂复配后形成的胶团可视为理想胶团，所形成的混合液可作为同系物混合物，它们是一类具有相同结构的极性基或非极性基组成，仅仅在链长有一些差别，故而它们的物理化学性质或表面特性处于各表面活性剂之间，但不是简单平均值。
而且还表明非—非离子表面活性剂混合体系中，CMC值较低的表面活性较高的组分（如AEO—9，MSE）容易在混合液中形成胶团；反之，CMC值较高的表面活性较低的表面活性剂（如AEP—13等）则不易形成胶团。
反胶团是指表面活性剂溶解在有机溶剂中，当其浓度超过CMC （临界胶束浓度）后，形成亲水极性头朝内，疏水链朝外的液体颗粒结构。
反胶团内核可增溶水分子，形成水核，颗粒直径小于100 nm时，称为反胶团，颗粒直径介于100~2 000 nm时，称为W/O 型微乳液。
反胶团或微乳液体系一般由表面活性剂，助表面活性剂，有机溶剂和H 2 O 四部分组成。
它是一个热力学稳定体系，其水核相当于一个“微型反应器”，这个“微型反应器”具有很大的界面，在其中可以增溶各种不同的化合物，是非常好的化学反应介质。
第9章 表面活性剂的复配
一般情况下，当两种表面活性剂 产生复配效应时，其混合体系的临界 胶束浓度并不等于二者临界胶束浓度 的平均值，而是小于其中任何一种表 面活性剂单独使用的临界胶束浓度。 造成这种情况的原因就是表面活性剂 分子间的相互作用。
复配使用的两种表面活性剂，会在表面上 形成混合单分子吸附层，在溶液内部形成 混合胶束。无论是混合单分子吸附层还是 混合胶束，两种表面活性剂分子间均存在 相互作用。其相互作用的形式和大小可用
3.产品中夹带副产物。有些反应得不到单一 的表面活性剂，如聚氧乙烯的聚合反应得 到一系列聚合度不同的产品。
4.人为地进行混合。利用各种表面活性剂之 间的配伍性或相溶性，通过几种表面活性 剂的混合，可是商品配方或制剂的效果更 好，达到改善表面活性剂性能的目的，此 即表面活性剂的复配。
协同效应：表面活性剂复配的目的是达到 加和增效作用，即协同效应。即把不同 类型的表面活性剂人为地进行混合，得 到的混合物性能比原来单一组分的性能 更加优良，也就是通常所说的“1+1〉2” 的效果。
基于同样的原因，两性表面活性剂本 身碱性较低，获得质子的能力差，则 与阴离子型表面活性剂的相互作用也 较低。
4.添加无机电解质的影响
无机电解质的天加，会使离子型表面活性 剂与聚氧乙烯型非离子表面活性剂混合 体系中分子间相互作用力降低，这说明 此两类表面活性剂分子间存在着静电力 的作用。
5.温度的影响
12-混合体系
表面活性剂分子间的相互作用参数 β值和两种表面活性剂混合的自由能有关， β值为负值表示两种分子相互吸引；β值 为正值时，表示两种分子相互排斥；β值 接近0时，表明两种分子间几乎没有相互 作用，近乎于理想混合。
许多学者通过大量实验和计算发现β 值一般在-2（弱排斥）到-40（强吸引） 之间。
表面活性剂的复配名词解释
表面活性剂的复配名词解释表面活性剂是一种化学物质，通常被广泛应用于日常生活和工业领域。
它能够改变液体或固体表面的性质，使其具有较好的润湿性能和界面活性。
表面活性剂的复配是指将两种或更多种表面活性剂混合使用，以提高其性能和应用范围。
下面将对表面活性剂常用的复配名词进行解释。
1. 合成复配合成复配是指通过合成方法将不同种类的表面活性剂分子有机地连接在一起形成复配分子。
这种复配能够综合各个成分的优点，以产生更好的表面活性效果。
例如，将疏水性表面活性剂与亲水性表面活性剂通过酯化、醚化等方法连接在一起，可以在较低的浓度下提供更好的起泡性和去污能力。
2. 物理复配物理复配是指将两种或多种表面活性剂以机械混合的方式共同应用。
这种复配通常在液体洗涤剂和清洁剂中常见。
物理复配能够通过不同种类表面活性剂之间的相互作用，实现更好的清洁效果和稳定性。
例如，将非离子表面活性剂与阳离子表面活性剂物理复配，可以提高洗涤剂对油污和蛋白质的去除能力，并增强泡沫稳定性。
3. 亲合复配亲合复配是指将两种或多种互相配合的表面活性剂共同应用。
这种复配能够通过表面活性剂之间的疏水相互作用和亲水相互作用，实现更好的稳定性和表面活性效果。
例如，将疏水性阴离子表面活性剂与疏水性非离子表面活性剂亲合复配，可以提高洗涤剂对油污的去除能力，并增加表面张力。
4. 微乳液复配微乳液复配是指将两种或多种表面活性剂与水相结合，形成微乳液体系。
微乳液复配具有优异的稳定性和清洁性能。
这种复配通常应用于皮肤护理产品和清洁剂。
例如，将阴离子表面活性剂与非离子表面活性剂复配形成的微乳液，能够提供丝滑的质感和有效去除油脂。
微乳液复配既具有水溶性的特点，又具有油溶性成分的特点，能够更好地提高功效成分的吸收和释放。
在表面活性剂的复配中，需要考虑各种表面活性剂之间的相容性、稳定性和协同效应。
根据应用需求和使用环境，选择适当的复配方式和成分比例，可以最大程度地发挥表面活性剂的性能和应用效果。
表面活性剂复配原理
图5-3 亚砜混合溶液的表面张力（25℃）【4】 1-C10H21SOCH；2-X1＝0.156；3-X1＝0.075；4-C8H17SOCH3
根据胶团理论，还可以推算出混合胶团的成分。
x x cR (cR cs )K0
im
i ci ( ci cs )K0
(5-4)
当溶液中没有外加盐时，式5-4变为
5.1同系物混合体系
同系物混合物的物理化学性质，常介于各个纯化合物之间。 碳原子数越多，越易于在溶液的表面吸附，表面活性愈高。 碳原子数愈多，越易于在溶液中形成胶团，临界胶团浓度越低，表面活性亦愈高。
图5-1 C10H21SO4Na－C12H25SO4Na混合体系的表面张力（30℃） 1-1:0；2-3:1；3-1:1；4-1:3；5-0:1
式中，C12为二组分混合物的cmc； C1为组分l的cmc； C2为组分2的cmc； X1为组分1的摩尔分数； X2为组分2的摩尔分数； K。为与胶团反离子结合度有关的常数。
图5-2 C10H21SO4Na－C12H25SO4Na混合体系的cmc（30℃）【3】 O-实验值；…理论计算值
对于非离子表面活性剂的二元混合物 上式中的K0＝0，则
4-2×10-5；5-2.5×10-4；6-1.0×10-3
当离子表面活性剂中加入非离子表面活性剂时，除使cmc下降外，表面张力也下降，表面活性增高。
图5-26 C12E5溶液的表面张力（25℃） C12H25SO4Na浓度1-0；2-1×10-3；3-2.5×10-3；
4-6.3×10-3；5-2.5×10-2M
表面活性剂溶液
气泡寿命/s
液滴寿命/s
C8H17SO4Na溶液 C8H17(CH3)3Br溶液 两者1：1复合物溶液
表面活性剂
9.3表面活性剂复配体系
＊与中性无机盐的配伍 ＊有机添加剂 ＊水溶性高分子
＊表面活性剂混合体系
＊阴离子－阴离子
＊阴离子－阳离子
＊阴离子－两性离子
＊阴离子－非离子
＊阳离子－非离子
＊非离子－非离子
16
表面活性剂同系物复配规律
＊同系物混合物的物理化学性质介于各个化合
物之间；且表面活性也符合线性规则. ＊同系混合物cmc可根据单一表面活性的cmc 通过公式计算 ＊二组分表面活性剂体系，其中有较高表面活 性的组分在混合胶团中的比例较大，而且在胶 团中的摩尔分数比溶液中的摩尔分数大。 ＊两种阴离子表面活性剂复配时,性能往往以其 中一种为主。
11
表面活性剂与极性有机物混合体系 短链脂肪醇的影响 CMC：浓度小时可使CMC降低；浓度高时 则CMC随浓度变大而增加。
-溶剂性质改变使表面活性剂的溶解度变大； -醇浓度增加而使溶液的介电常数变小，胶团 离子头之间的排斥作用增加。
12
表面活性剂与极性有机物混合体系
水溶性及极性较强的极性有机物的影响
31
描述表面活性剂溶解性的方法
1.溶解度: 在水中溶解度↑,亲水性强↑; 2.CMC:亲水性强↑,CMC↑; 点:离子型Tk低,亲水性强↑; 4.Tp:非离子型Tp↑,亲水性强↑(浊点以上不溶
于水);
5.HLB:亲水基的强度与亲油基的强度之比值， (亲水基值/亲油基值);HLB值↑,亲水性强↑;
力不及分同子类间型的表疏水面作活用性，相剂互的作影用响大大增强，常使溶液产
生分混子浊，间甚的至作沉淀用力主要是疏水基之间的作用 4. 典不力型发的生与亲相静水互电非作作离用子，用聚而合中物等与疏聚水氧的乙聚烯合类物非则离可子以表发面生活相性互剂作
表面活性剂及其复配体系
表面活性剂是指分子中带有性质不同的亲水基和疏水基的 两亲性化合物，两类结构与性能截然相反的分子基团各处于同 一分子的两端并以化学键相连接，形成了一种不对称的、极性 的结构，因而赋予了该类特殊分子既亲水、又亲油，但又不是 整体亲水或亲油的特性。从而决定其具有乳化、分散、增容、 润湿、起泡等重要的功能。
2、表面活性剂复配系统概述
将几种表面活性剂配合或者将表面活性剂和其他添加剂 配合应用称复配。
表面活性剂复配后，一方面由于分子间相互作用，极性基团 之间的静电排斥作用减小，排列更为紧密；另一方面，二者的碳 氢链由于疏水效应也会相互吸引。因此，在溶液内部的表面活性 剂分子更容易聚集形成胶团；在表面吸附层中，表面活性剂分子 排列更为紧密，吸附量更大。实践发现，复配后的表面活性剂体 系具有原有表面活性剂组分所不具有的特性：协同效应和增效作 用。
其中相区1和4是双水相区，其他是单向区或非均相区
water
0.00117
5 3
6 7 0.00117
1 0.00234 AS
2
4 0.00234
equimolar
CTAB
AS/CTAB/H2O体系的拟三元相图
浓度及配比对CA复配体系粘度的影响
阴阳离子表面活性剂的复配体系的粘度与其单组 份相比具有很大的粘度，而且当两种表面活性剂的配 比合适时，将会出现粘度的极大值。即适当浓度下不 等比例(其中一种只占总量少部分)配合依然会产生很 高的表面活性与增效作用。一种表面活性剂组分过量 很多的复配物较等摩尔的复配物的溶解度大得多, 溶 液因此不易出现混浊, 这样就可采用价格较低的阴离 子表面活性剂为主, 配以少量的阳离子表面活性剂得 到表面活性极高的复合表面活性剂。
表面活性剂复配技术
第 18 页
表面活性剂的复配原理
7.1.5 正、负离子表面活性剂复配
1. 全面增效作用
第 20 页
表面活性剂的复配原理
7.1.5 正、负离子表面活性剂复配 2.提高混合物溶解性的方法 (5)极性基的选择 烷基磺酸盐代替烷基硫酸盐单组分体系前者比后者水溶性
的电荷密度从而减弱离子头基间的强静电相互作用和增加 体系的表面活性。
第 21 页
表面活性剂的复配原理
7.1.5 正、负离子表面活性剂复配 2.提高混合物溶解性的方法 (6)加入两性表面活性剂 两性表面活性剂其表面活性不如阴、阳离子型表面活性剂
强。将其加入正、负离子表面活性剂复配体系，结果表明 有利于改善复配体系的溶解性能。 (7)加入非离子表面活性剂 加入溶解度较大的非离子表面活性剂，正、负离子表面活 性剂在水中溶解度明显增加。
第6页
表面活性剂的复配原理
7.1.2表面活性与无机电解质混合体系
1.无机电解质对离子型表面活性剂的影响 机制 无机盐对离子型表面活性剂表面活性的影响主要是由于反
离子压缩了表面活性剂离子头的离子氛厚度，减少了表面 活性剂离子头之间的排斥作用，从而使表面活性剂更容易 吸附于表面并形成胶团，溶液的表面张力与cmc降低。
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表面活性剂的复配原理
7.1.7表面活性剂和高聚物复配及表面活性剂-高聚物相互
作用 2.表面活性剂-高聚物复配体系的应用 (1). 增黏 ①对阳离子表面活性剂与非离子聚合物复配体系 由于其相互作用较弱，黏度增加不太常见。但若聚合物的
疏水性增加，则相互作用增强，导致体系的流变性质改变。 如乙基羟乙基纤维素的疏水性随温度升高而增加，因此其
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• 混合胶束：βM
(1X 1 M (X )2 2 M ln )[2(l1 n (C )C 1 M 21 M 2 /X /(1 1 M C 1 X M 1 )M )C 2 M ]1
尔百分数α*
*lnC ( 10
/C20) 2
• 产生最大加和增效作用时，表面活性剂浓度的总和，C12,min C1,2min C10ex pl2 nC 1 (0/C2 02
• βσ的负值越大，分子间相互吸引力越大，C12,min值越小； βσ正值越大，即分子间排斥力越大，则C12,min越大。
表9-1 部分表面活性剂分子间相互作用参数
复配物
C8H17SO4-Na+－C8H17N+(CH3)3BrC12H25SO4-Na+－C12H25N+(CH3)3BrC10H21SO4-Na+－C12H25N+H2(CH2)2COOC10H21SO3-Na+－C12H25 (OC2H4)7OH C15H31COO-Na+－C12H25SO3-Na+ C10H21N+(CH3)3Br-－C8H17(OC2H4)4OH
M ln(C1M2/X1MC1M)
(1X1M)2
- X1M为混合胶束中表面活性剂1所占的摩尔百分数，则表面活性剂2 在混合胶束中所占的摩尔百分数为（1－X1M）
- C1M、C2M和C12M分别是两种单一表面活性剂和在特定组成比例下 （有确定的α值）混合表面活性剂的临界胶束浓度
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• β值和两种表面活性剂混合的自由能相关
2. 疏水基团的影响
随表面活性剂疏水基碳链长度的增加，βσ和βM变得更负，即绝 对值增加，且为负值
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3. 介质pH值的影响
– 溶液pH值低于两性表面活性剂的等电点时，活性剂分子以正离子 形式存在，通过正电荷与阴离子表面活性剂发生相互作用
– 当介质的碱性或pH值增加，两性表面活性剂逐渐转变为电中性的 分子，甚至于负离子，与阴离子表面活性剂的相互作用力降低
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9.2 产生加和增效作用的判据
9.2.1 降低表面张力
• 加和增效作用：使溶液的表面张力降低到一定程度时，所 需的两种表面活性剂的浓度之和低于单独使用复配体系中 的任何一种表面活性剂所需的浓度
• 负的加和增效作用：使溶液的表面张力降低到一定程度时， 所需的两种表面活性剂的浓度之和高于单独使用复配体系 中的任何一种表面活性剂所需的浓度
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• 产生加和增效作用的条件
（1）正加和增效作用：条件一：βσ为负值，即βσ＜0；
条件二：|βσ|＞| ln(C10/C20) | （2）负加和增效作用：条件一：βσ为正值，即βσ＞0；
条件二：|βσ|＞| ln(C10/C20) |
• 产生最大加和增效作用时，表面活性剂1占活性剂总量的摩
• 混合表面活性剂的性质
– 在表面或界面上形成混合单分子吸附层 – 在溶液内部形成混合胶束
• 无论是混合单分子吸附层还是混合胶束，两种表面活性剂 分子间均存在相互作用，其相互作用的形式和大小用分子 间相互作用参数β表示
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9.1.1 分子间相互作用参数β的确定和含义
• 混合单分子吸附层：βσ
表9-2 十二烷基磺酸钠与十二烷基苯基甜菜碱复配体系分子间相互作用参数（25℃）
pH值
βσ
βM
5.0
-6.9
-5.4
5.8
-5.7
-5.0
6.7
-4.9
-4.4
4. 无机电解质的影响
无机电解质的添加，会使离子型表面活性剂与聚氧乙烯型非离子表 面活性剂混合体系中分子间相互作用力降低
5. 温度的影响
在10～40℃范围内，温度升高，分子间相互作用力低 。
(1X1)X 2l12ln(1 n C (1)C 2 /1X2 /1C 1 (1 0 )X1)C2 0 1
ln(C12/ X1C10)
(1X1)2 - α：混合表面活性剂溶液中表面活性剂1所占的摩尔百分数，则表
面活性剂2的摩尔百分数为（1－α） - X1是混合单分子吸附层（膜）中表面活性剂1所占的摩尔百分数，
温度（℃） 25 25 30 25 60 23
βσ -14.2 -27.8 -13.4 -1.5 -0.01
—
βM -10.2 -25.5 -10.6 -2.4 +0.2 -1.8
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9.1.2 影响分子间相互作用参数的因素
1. 离子类型的影响
阴离子－阳离子 ＞ 阴离子－两性型 ＞ 离子型－聚氧乙烯非离子型 ＞ 甜菜碱两性型－阳离子 ＞ 甜菜碱两性型－聚氧乙烯非离子型 ＞ 聚氧乙烯非离子型－聚氧乙烯非离子型
第9章 表面活性剂的复配
9.1 表面活性剂分子间的相互作用参数 9.2 产生加和增效作用的判据 9.3 表面活性剂的复配体系
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• 目的：加和增效（Synergism），也可以叫做协同效应 • 即把不同类型的表面活性剂人为地混合后，得到的混合物
的性能比原来单一组分的性能更加优良，也就是通常所说 的“1＋1＞2”的效果。
– β为负值表示两种分子相互吸引； – β值为正值，表示两种分子相互排斥 – β值的绝对值越大，表示分子的相互作用力越强 – 而β值接近0时，表明两种分子间几乎没有相互作用，近乎于理想
混合
• β值一般在+2（弱排斥）到- 40（强吸引）之间
复配活性剂类型
阴离子－阳离子
阴离子－两性型 阴离子－非离子 阴离子－阴离子 阳离子－非离子
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9.2.2 形成混合胶束
• 当复配体系水溶液形成混合胶束的临界胶束浓度C12M，低 于其中任何一种单一表面活性剂的临界胶束浓度（C1M和 C2M）时，即称为产生正加和增效作用；如果混合物的临界 胶束浓度比任何一种单一组分的高，则称产生负加和增效 作用
• 例如，单一的十二烷基硫酸钠在降低水的表面张力、起泡、 乳化及洗涤等性能方面远不如含有少量十二醇等物质的品 种。
• 在洗涤剂配方中，也常常加入少量的十二酰醇胺或氧化二 甲基十二烷基胺，用以改善产品的起泡性能和洗涤性能。
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9.1 表面活性剂分子间的相互作用参数
• 表面活性剂的最基本性质
– 在表面或界面形成定向吸附 – 在溶液内部形成胶束