胶体化学第6章 表面活性剂

℃
100 两相
80
60
40
单相 层状相 中相 六面体相 结晶 H 2O 20 40 60 80 100
20
0
温 度 对 C 12E 6 相 图 的 影 响
C 12E 6
PIT(Phase inversion temprature):是利用乳化力表征SA活性 的方法，适用于含聚氧乙烯基的SA。油水系统中，在PIT时 ，油水界面张力最低，可用电导仪监测。
¬ §° à µ Ë ¬® ¬ ¬ Ä º Ç ® Í Å §« Ä Å §« Ä Å §« Ä Å §« Ä Å Ô õ ¸ Ë §« Ä Å §« Ä Å Ô õ ¸ Ë Ô õ ¸ Ë ¨ « Å Ä « ¾ Ä Å Ç ® Í Å Ô õ ¸ Ë Ô õ ¸ Ë Ô õ ¸ Ë Ô õ ¸ Ë « ú Ä ± Ô õ ¸ Ë Ô õ ¸ Ë Ô õ ¸ Ë Ô õ ¸ Ë Ô õ ¸ Ë Ç ® Í Å Ç ® Í Å « ñ Ä » « ú Ä ± ù  ù  ù  ù Â Ì ù  ù Â Ì Ì ú ± ° Ç ù Â Ì Ì Ì Ì ° Ç Ì Ì Ì Ì Ì À ¾ Ñ ¶ ° Ç ° Ç æ º æ º æ º æ º ¦ É æ º æ º ¦ É ¦ É ° Ç ñ µ Ì ¦ É ¦ É ¦ É ¦ É ñ µ ¦ É ¦ É ¦ É ¦ É ¦ É ¶ ù Ç ® ¤ ¯ Â Í Å õ ¶ ­ © ® ¤ ¯ Í Ð Å õ ¶ ¤ Ç ® ¤ ¯ ° Í Å õ ¶ ¤ ­ © ® ¤ ¯ ° Í Ð Å õ ¼ ë ® ¤ Î ³ Å õ -2 ¶ ¤ Ñ ® ¤ ¯ ° ¬° Å õ ¶ ¤ ¼ ë ® ¤ ¯ ° Î ³ Å õ Ç ® ¤ Í Å õ -4 « ú ¶ Ë Ä ± ¯ ½ -4 ñ ú ¬ñ  ¬ § µ ± ¶ µ ¼ µ ê · Á ® À ªµ Å ¾ ¶ « ¯ © à ñ Í Ë Â µ «½ -9 » ñ Í Ë Ê µ «½ -10 §« ù æ ¶ ¤ ­ © Ä Å Â º ¯ ° Í Ð §« ù æ ¶ ¤ Ç ® Ä Å Â º ¯ ° Í Å ù ¬ñ  ¬ §  ¶ µ ¼ µ ê « ú « Ä ± ©-15 §« ù æ ¶ Ñ ® Ä Å Â º ¯ ¬° Å ­ © ® ¤ Í Ð Å õ -30 §« ù æ ¶ ¼ ë ® Ä Å Â º ¯ Î ³ Å » ñ Í Ë Ê µ «½ -30
②含硅表面活性剂——以硅氧烷为憎水基
CH (CH
3 ) 3 SiO 3 n
CH (C 2 H 4 ) n R (CH
3 ) 3 SiO
3 n
CH Si CH
3
(SiO) CH
3
(SiO) CH
3
(CH
3
2 ) 3 (OC 2 H 4 ) n OR
③孪连表面活性剂
NaO H 3C (H 2 C)
9 3S
ö ® » ¢ ® É » ¢ ù ´ ¬ » Î Ï ¶ ¡ · ´ ¶ ¡ ¾ · µ ¶ ö ¹ » ¢ í æ Í ¤» ¢ ù Ô » ¢ Ð ¢ » ¢ ø Î Á ¶ ¡ ª½ ¶ ³ ¶ ¡ ¾ ¸ ¶ ¡ «Ã ¶ ¡ É ì · ¤° Î Ð ³ Ì Ö » ¿ ¶ Ï É ¢ ¹ É ¢ Ç ¨ ¢ Ç ® ¤° Ð ¢ » ¢ ¤¬ Î ðø » ¢ ¤® » Ë » ¡ Ç » ¡ Í ¾ ¡ Í À ³ Ì «Ã ¶ ¡ ë ° Ê ° Ï ¶ ¡ ë · ¶ É Ã ð© ¢ ë ´ ¤° ´ ® Ä Ð ¡ É · ³ Ì ¡ ¢ ¤° Í Å ³ Ì ¬ Ç ¤° Ä Í ³ Ì Ï Ã ¤° Æ ¯ ³ Ì ¦ ° ¿ Ì «ª µ £ ° ¬ » ¢ Ð ¢ »  µ ¶ ¡ «Ã ¶ ® É · ´ õ ù Ê ¾ ¢ ë ¡ · Ð ¢ «Ã » ¶ » ¶ ô Ä » ¶ ¢ ¡ ¢ ¡ è º ¢ ¡ Ð ¢ «Ã Ð ¢ «Ã Í ó ¬î ® É · ´ » ¶ » ¶ É ´ » ¶ ¢ º ­ ç » ¡ «¸ ° ¶ ¢ ö ® » ¢ ° ¬ » ¢ ° » ¡ Î Ï ¶ ¡  µ ¶ ¡ À  ¶ » ¶ ¢ ö Õ » ¡ Î Å ¶
R C N
多元醇型：Span型
R C O CH
2
CH CH
OH
2
H OCH
2 CH 2
b
O
CH CH O
CH CH
2
O
CH 2 CH 2 O
c
H
Tweem型
RCOO H OCH
CH
2 CH 2
2
CH
a
O
⑷两性表面活性剂——水解时既有阴离子，也有阳离子。
CH
3
氨基酸型：如二聚氧乙烯基烷基甲基氯化铵
C 18 H 37
O HC
O CH
Leabharlann Baidu
SO 3 Na CH
2
HC (CH CH
H 2C
2)7 3
O
H 2C
O
CH
2
CH (CH CH
2)7 3
(CH
2)9
CH
3
S tru c tu re o f g e m in is s u rfa c ta n t
5.3 表面活性剂性能的表征
1、 分子结构对表面活性（G)、CMC、γmin的影响 a.低级醇、胺、醚G中、γmin大； b.高级醇、胺、醚G大、γmin小； c.水溶性高分子，聚电解质G小、γmin大，可形成界面膜； d.能降低表面活性的物质，均能降低γ。
é Ç í æ ¿ ¥ /mN.m-1 ¬° ª½ Ï » é Ç ç æ ¿ ¥ /mN.m-1 ¬° · ½ Ï » í æ ó · Õ /J.mol-1 ª½ È ² ¾
C8 F17 COONa,C13 H27 COONaÐ » «Ä ² È 0.1%° Å Â Ì Í µ ¶ Ç ° · ½ Ï » Ä ¹ Ð ù 𧠾 « Õ ´ è «´ ° ¾ ç æ ¿ ¥
O C 9 F 19 C NH CH
2
CH CH
2
3
CH
2
N
+
CH
3
3
I
-
CF O F 3C
4
CH O C 8 F 17 C NH CH
2
3
CF C C
3
3
C CF
3
SO 3 Na
CH
2
CH
2
CH
2
CH
2
C ONH
CF
特点：a.C－F键能大，稳定性高；b.γ小，即憎水又憎油，摩 擦系数小；c.折射率小；d.绝缘性能高
+
[RNH3]+CH3COOH；季铵盐型；吡啶盐型； 多乙烯多铵盐型RNH[CH2CH2NH]nH· mHCl(m≤n+1)。 十六烷基三甲基氯化铵（CTAC）
⑶非离子表面活性剂——在水中不解离。主要有， 聚乙二醇或聚氧乙烯型：平平加（Peregal）型
OP型
R O CH 2 CH 2 O
n
P型
CH 3 CH 2 CHO
½ ¸ Í Ç
´ å  ¨» ¢ º Ô ² Ò » ù » ¢ ® ® » ¢ ë · Æ È ± ¶ ¡ «È ³ Î ® µ ¶ ¡ Ï · ¶ ¡ · ô è Í ó É » ¢ Ð ¢ » ¢ £ § » ¢ º ­ ç » Ä º ¬î ´ ¶ ¡ «Ã ¶ ¡ ªÄ ¶ ¡ «¸ ° ¶ ª ¯ ù ´ » ¢ ð Ç » ¸ à ¾ · ¶ ¡ ² Ð Í ¶ ® «í Í » Ä À Æ ¶ ¶
10
20 40 K r a fft p o in t
60
/℃
0
2
6 溶 解 度 / ( m o l/ L )
10
· » Ð ´ ¸ Ì É µ ª ½ µ Ê ¶ 1%¿ ± ° ¬ ° Í · ³ ° ³ É © Ô ¦ ñ í æ é Î » ¨Â ¾ Á ã è ® ¾ Ñ °
SA n Á ã æ ¬° /¡ C13H27O(C2H5O)nH 9.5 40 15 98 8 30 9 50 C9H19O(C2H5O)nH 10 65 11 75 12 81 16 96
ß Ð Í í æ é Î » ² «¬ª½ µ Ê ¶ õ è ¬Ç Ì º Í Ê ô è Í Ç Ë º ¬Ê Á è Í Ç «º ¬Ê
ë ðõ ¡ ¡ ¡ ë ðõ ¡ ¡ ¡ ë ðõ ¡ ¡ ¡ ë ðõ ¡ ¡ ¡ ë ðõ ¡ ¡ ¡ ðõ ¡ ¡ ðõ ¡ ¡ õ ¡ ë ðõ ¡ ¡ ¡ ë ðõ ¡ ¡ ¡ õ ¡ õ ¡ õ ¡ ë ðõ ¡ ¡ ¡ ë ðõ ¡ ¡ ¡ ðõ ¡ ¡ ðõ ¡ ¡ ðõ ¡ ¡ õ ¡ ë ðõ ¡ ¡ ¡ õ ¡ õ ¡ õ ¡ ë ðõ ¡ ¡ ¡ ë õ ¡ ¡
Szyszkowski equation: (relating γ and c)

s

0
kT Γ
c ln 1 B
⑵表面活性剂分类：表面活性剂是由亲水基和亲油基组成的 双亲分子。其中亲油基要有一定的长度（碳数在8~20之间的 碳链）。
5.2 表面活性剂种类
Î Õ Ê ¾ ò í æ é Î » è ¶ â í æ é Î » ¾ Â É «ª½ µ Ê ¶ Í Æ Á ª½ µ Ê ¶ ° ª· ò í æ é Î » «ª½ µ Ê ¶ ¶ â í æ é Î » Æ Á ª½ µ Ê ¶ 15 11.5 5443-6238 27 1~2 3810-4982
5.4 HLB值及测定
5.4.1 表面活性剂的HLB值 1、 HLB(hydrophile and lipophile balance)定义 HLB：亲水亲油平衡比。（Griffin,1949） 规定：石蜡的HLB=0，油酸的HLB=1，油酸钾的HLB=20， 十二烷基硫]酸钠的HLB=40。
HLB 1~3 3~6 8~18 í æ é Î ª½ µ Ê ½ Í ø Ö » É ¿ ¶ W/OÊ Â Ç ° O/WÊ Â Ç ° » ¾ ¶ ° HLBÐ « È ¶ À Í Ç ° ± §©ä ½ ¸ ¸ Ç HLB 12~15 ¬ » µ ¶ 13~15 ¬ » µ ¶ 15~18 ½ ¸ Í Ç ï § » Â Ä ¶ ¯ Í » É ° ¶ ö Õ » Î Â ¶
特性
气泡性能
C 16
C 18
10
12
14 碳原子数
16
18
8 0℃
2、 温度对表面活性剂溶解度的影响 Krafft点
溶 解 度 /( m o l/L )
浊点
C lo u d p o in t 非离子型 表面活性剂 溶 解 度 降 低 ， A .析 出
℃
3 2 1
60
离子型表面活性剂
40 20
CMC
⑴阴离子表面活性剂——在水中能离解出阴离子。主要有 羧酸盐型，硫酸酯型（R－O－SO3M），磺酸盐型 （R－SO3M），磷酸酯盐型（C16H33－PO3M2）等等。
⑵阳离子表面活性剂——在水中能离解出阳离子。主要有
R N Cl － 铵盐型 [RNH3]+Cl－ 或 RNH2· HCl，[RNH3]+CH3COO－或
第六章 表面活性剂
表面活性剂的典型应用
í æ é Î » ¾ ¥ ½ ª½ µ Ê ¶ ° Í Í
¥ ½ · æ Í Í «½
Ì ¤ ¯ Í ½ « ¶ Ç É ° Í À Å © ¤° É È ³ Ì ® «¢ Ç ¤° Ä À «· ³ Ì ¬ ª«¢ · ¦ ¤° µ ¬À ¡ Ì Ì ³ Ì
N
+
_
CH 2 COO
3
CH
CH 2 CH 2 O
甜菜碱型：如十八烷基二甲基甜菜碱
n H mH +
_
Cl
R
N CH
3
CH 2 CH 2 O
⑸高分子表面活性剂——分子量在数千到一万以上。 特点： 降低表面张力小，多数不形成胶束； 渗透力弱； 起泡力差，但泡沫稳定； 乳化力好； 分散力和凝聚力强； 低毒或无毒。
⑴表面活性剂定义： 加入少量就能够显著改变系统表面张力的物质
s u rfa c e -a c tiv e γ
Gibbs adsorption equation:
1 RT ln c
n o -su rfa c ta n c y s u rfa c e -a c tiv e
s u rfa c ta n t c
γ
1 2 1 .高 分 子 聚 电 解 质 2 .低 级 醇 、 胺 、 醚 3 .高 级 醇 、 胺 、 醚
γ
1 2
3
-
dγ dc
3
γ m in
CMC
c
洗涤力
ln c
溶 解 度 /( m o l/L )
3 2 1 10 20 30 40 50 60 70 C 10 系列烷基苯磺酸钠 C 12 C 14
b
O CH 2 CH 2 O
n
Pluronic型
HO CH 2 CH 2 O
a
CH 2 CH 2 O
n
H
聚氧乙烯脂肪酸酯型 胺型
CH 2 CH 2 O RN CH 2 CH 2 O
O
RCOO
n H mH
CH 2 CH 2 O
O
n
H
CH 2 CH 2 O CH 2 CH 2 O
n H mH
酰胺型
HO CH CH CH OH O
£ § » ¢ » º ¾ ¶ » ªÄ ¶ ¡ Ç Â ² » ¶ « ¥ í ½ õ ù » Å ¯ º Í Ê ¾ ¶
í æ é Î » ­ ë ´ ë ì µ ¢ ðè É Ã ¢ õ É Ã ª½ µ Ê ¶ º ª£ ¡ -Æ Â ¡ ¡ -©´ ® ¡ ¡ -´ ®
5.1 表面活性剂的性质与定义
⑹生物表面活性剂
X
磷脂
O CH CH CH
2 2
CH R O R O X 磷脂酰胆碱 （卵磷脂） 磷脂酰乙醇胺 （脑磷脂） CH
2
3 3 3
NH 磷脂酰丝氨酸 CH HO 磷脂酰肌醇 HO OH OH
2
+
3
CH
O O O
C C P O
2
N
CH CH
CH OH
COO
-
CH
2
CH
2
NH
+
3
糖脂
R 1 COO R2 COO CH CH CH
2 2
R 1 COO OH O HO O OH CH
2
CH CH CH
2
OH R2 COO
2
O
HO O OH CH
2
OH O HO O OH CH
2
单半乳糖二甘油酯
OH
双半乳糖二甘油酯 H 3C CH CH
3 3
OH
CH
胆甾醇
CH
3
3
HO
⑺新型表面活性剂 ①含氟表面活性剂——在CnH2n+1中的H为F所代替