应用物理化学 表面活性剂与高分子

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二、表面活性剂的HLB值
1.HLB值（亲水亲油平衡值）
用来衡量表面性剂的亲水亲油平衡关系的指标。
2.HLB值的实验测定
（1）两个标准的确定 – 油酸（C17H33COOH）的HLB=1 – 油酸钠（ C17H33COOHNa）的HLB=18
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O
O
ROH + HO S OH
O
RO S OH + H2O
O
O
O
RO S OH + NaOH
RO S ONa + H2O
O
O
这类表面活性剂的分子中有酯的结构（标有*的部分），
也有盐的结构（标有·的部分）。
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2.阳离子型表面活性剂 （1）胺盐型
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溶液中表面活性剂的缔合分子 溶液中表面活性剂单分子
界面吸附层中的表面活性剂分子
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3.较浓溶液
胶束：溶液中表面活性剂分子的结合体 临界胶束浓度(cmc)： 表面活性剂在溶液中开始明显生成
胶束的浓度
胶束（溶液中表面活性剂的结合体）
胶束
溶液中表面活性剂单分子
界面吸附层中的表面活性剂分子
烷基磺酸盐的合成:
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– 烷基苯磺酸钠的苯环约相当于烷烃中4个碳原子的作用。 其性质与烷基磺酸盐大体相同。 烷基苯磺酸钠的合成：
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二、季铵盐型表面活性剂
– 季铵盐型表面活性剂可用于含酸、碱或钙、镁离子的水中 ； – 季铵盐型表面活性剂和阴离子型表面活性剂复配，高浓度发
– 亲油基由氧丙烯(即环氧丙烷）聚成； – 聚氧丙烯的相对分子质量超过1000就具有亲油的性
质（每一个-C3H6O-约相当0.4个-CH2-的作用）； – 属于高分子表面活性剂。
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聚醚型表面活性剂的合成：
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六、两性表面活性剂
甜菜碱型：分子中带有季铵氮及阴离子基团。 –易溶于水，对硬水稳定，具有良好的发泡性能和降 低油水界面张力的能力； –在酸性介质（盐酸）中形成蠕虫状胶束，具有良好 的增粘性能。 甜菜碱型表面活性剂的分子结构：
具有加和性
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（3）测定标准油乳化所需的HLB值
一些油乳化所需的HLB值
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（4）测定表面活性剂的HLB值 例如：已知某活性剂的HLB为18，用未知HLB的活性剂 与之复配来乳化煤油（O/W）,当两者比例为0.45:0.55时 最稳定，得到：
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一些阴离子表面活性剂的临界胶束浓度 一些非离子表面活性剂的临界胶束浓度
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2021/3/7
4.浓溶液
胶束（溶液中表面活性剂的结合体） 溶液中表面活性剂单分子
界面吸附层中的表面活性剂分子
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二、表面活性剂的几个重要作用
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（2）不同HLB标准液的配置
混合表面活性剂
序号
w(油酸)
w(油酸钠)
1
0.6
0.4
2
0.4
0.6
3
0.3
0.7
4
0.2
0.8
5
0.1
0.9
混合表面活性剂的 HLB 值
1×0.6+18×0.4=7.8 1×0.4+18×0.6=11.2 1×0.3+18×0.7=12.9 1×0.2+18×0.8=14.6 1×0.1+18×0.9=16.3
（1）根据HLB值选择活性剂； （2）根据活性剂分子结构选择。
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第四节 重要的表面活性剂
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一、烷基磺酸钠
– C12～C18的烷基磺酸钠有很好的水溶性，甚至钙盐和 镁盐的水溶性也很好。
– 相对分子质量超过380，烷基碳原子数超过20时，变成 亲油的表面活性剂，可用于配制油包水乳状液。
–特别适用于有钙、镁离子和矿化度高的地层。
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质量分数为0.01的聚氧乙烯烷基醇醚水溶液的浊点
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聚氧乙烯烷基苯酚醚（OP型表面活性剂）
–碳原子数通常为8～12，而氧乙烯的聚合度为1～100； –存在浊点，只能在浊点以下使用； –特别适用于有钙、镁离子和矿化度高的地层。 聚氧乙烯烷基苯酚醚表面活性剂的合成：
5.高分子型表面活性剂的命名
按高分子命名 按习惯商品名称命名
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第二节 表面活性剂溶液与作用
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一、表面活性剂溶液 1.极稀溶液
溶液中表面活性剂单分子 界面吸附层中的表面活性剂分子
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2021/3/7
2.稀溶液
1.起泡作用：指表面活性剂使泡沫易于产生并在产 生后有一定的稳定作用。 起泡剂：具有起泡作用的表面活性剂
起泡剂在气液界面上的吸附
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2.乳化作用：指表面活性剂使乳状液易于产生并在产生后
有一定的稳定作用。
乳化剂：具有乳化作用的表面活性剂。
乳化剂在液液界面上的吸附
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5.洗净作用：表面活性剂使一种液体将其它物质从固体表 面上洗脱下来的作用。 洗净剂：具有洗净作用的表面活性剂。
作用机理：洗净作用是一种综合作用：润湿反转、乳化、 增溶等。
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第三节 表面活性剂的分子结构与性质
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[ CH2CH2O ]n，n=1，2
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3.润湿剂的分子结构
（1）通过物理吸附作用 ❖烃链长度合适，有良好的亲水亲油平衡。
❖最好有极性或非极性分支，易吸附，不易形成胶束。
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（2）通过表面反应（砂岩）
砂岩表面特点: （A） 表面羟基化。
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非离子表面活性剂特点：
–存在浊点，只能在浊点以下温度使用； • 主要靠聚氧乙烯基（即醚链）与水形成氢键而溶 于水的。由于温度升高，氢键减弱，所以聚氧乙 烯烷基醇醚在水中的溶解度也是随着温度升高而 下降的。通常把某一质量分数的表面活性剂水溶 液出现浑浊时的温度称为该质量分数下的浊点。
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砂岩表面特点: （B） 表面带负电。 负电来源：晶格取代、羟基解离、吸附。
表面活性剂与砂岩表面的静电作用
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4.增溶剂的分子结构
易于增溶的分子结构：
一些表面活性剂在水中的临界胶束浓度
易于形成胶束的分子结构。
❖烃链没有分支；
❖烃基上只有一个亲水基；
❖亲水基在烃链的一端。
的烃基与亲水基团处于对位； ❖有一个亲水基团
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2.乳化剂的分子结构
分子结构同起泡剂类似。
O/W乳状液：亲水性稍大于亲油性 [ C-HSO2C3NHa2O、]-nC，OnO≥N3a、-COOK、-SO3K
W/O乳状液：亲水性稍小于亲油性 -OH、-COOH、钙的羧酸盐（磺酸盐、硫酸酯盐〕
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例题：
C17H33COONa
HLB=7+19.1-17× 0.475=18.0
C12H25SO4Na
HLB=7+38.7-12× 0.475=40.0
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（2）质量分数法 适应于含聚氧乙烯基团的非离子型活性剂。
亲水基质量 HLB 亲水基质量 亲油基质量 20
生沉淀，低浓度常有显著的协同效应。 季铵盐型表面活性剂的合成：
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三、聚氧乙烯烷基醇醚（平平加型表面活性剂）
–由烷基醇和环氧乙烷反应生成： •烷基的碳原子数通常为10～20； •氧乙烯的聚合度为1～100； •烷基中碳原子数越多，表面活性剂越亲油； •氧乙烯聚合度越大，表面活性剂越亲水。 聚氧乙烯烷基醇醚表面活性剂的合成：
应用物理化学 表面活性剂与高分子
第五章 表面活性剂与高分子
本章重点、难点
表面活性剂溶液及重要作用 表面活性剂的HLB值 高分子的溶解
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第一节 表面活性剂分类与命名
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一、表面活性剂的定义
1. 定义:
少量存在就能大大降低表面张力的物质。
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3.增溶作用：指表面活性剂使难溶的固体或液体的溶解 度显著增加的作用。 增溶剂：具有增溶作用的表面活性剂。
注意溶解、增溶和乳化的区别！
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4.润湿反转作用：表面活性剂使固体表面润湿性向相反方向 转化的作用。
润湿反转剂或润湿剂：具有润湿反转作用的表面活性剂。
表面活性剂的润湿反转作用
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四、斯盘型和吐温型表面活性剂
• 斯盘型 –由脂肪酸与山梨糖醇通过酯化反应生成。
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山梨糖醇酐脂肪酸酯 （斯盘型表面活性剂）
斯盘80 上一内容 下一内容 回主目录
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•土温（Tween）型
土温80 上一内容 下一内容 回主目录
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五、聚醚型表面活性剂
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2021/3/7
（3）胺型 聚氧乙烯脂肪胺
（4）酰胺型 聚氧乙烯酰胺
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2021/3/7
4.两性表面活性剂
（1）阴离子-非离子型 （2）阳离子-非离子型
（3）阳离子-阴离子型
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2021/3/7
按照分子量大小分类，表面活性剂可分为低分子表面活 性剂和高分子表面活性剂。
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2021/3/7
（2）季铵盐型 （3）吡啶盐型
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2021/3/7
3.非离子型表面活性剂
（1）酯型 山梨糖醇酐脂肪酸酯（斯盘型）
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2021/3/7
（2）醚型 聚氧乙烯烷基醇醚（平平加型）
聚氧乙烯烷基苯酚醚（OP型）
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2. 结构特点：
两种基团： 亲水基团 疏水(亲油)基团
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聚氧乙烯壬基苯酚醚-5 溶液表面张力与其浓度的关系
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3. 表面活性剂降低表面张力的原因
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表面活性剂溶液的表（界）面张力 随其浓度的变化范围（25oC）
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二、表面活性剂的分类
低分子表面活性剂
高分子表面活性剂
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2021/3/7
三、表面活性剂的命名
1.阴离子表面活性剂的命名
十二醇硫酸酯钠盐 /十二烷基硫酸钠
十二醇磷酸酯二钠盐 /十二烷基硫酸钠
十八酸钠
十二烷基磺酸钠
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2.阳离子表面活性剂的命名
氯化十二烷基三甲基铵 /十二烷基三甲基氯化铵
•按照电学性质分类
1 阴离子型 2 阳离子型 3 非离子型 4 两性型
•按照分子量大小分类
1 低分子型 2 高分子型
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2021/3/7
1.阴离子型表面活性剂
（1）盐型
这类表面活性剂的分子由有机酸根与金属离子组成。
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2021/3/7
（2）酯盐型
氯化十二烷基铵 /十二烷基氯化铵 /十二烷基胺盐酸盐
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3.非离子表面活性剂的命名
C12H25-O-[-CH2CH2O-]10-H 聚氧乙烯十二醇醚-10
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4.两性表面活性剂的命名
聚氧乙烯基十二醇醚硫酸酯钠盐
二[聚氧乙烯基]十二烷基甲基氯化铵
例题：
亲水基质量=4666 亲油基质量=2046 HLB=4666/(4666+2046) ×20=14
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一些非离子表面活性剂的HLB值 （用质量分数法计算）
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4.表面活性剂的HLB值与应用的关系
表面活性剂的HLB值与应用的关系
5.表面活性剂的选择原则
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一、表面活性剂的分子结构-性能关系
1.起泡剂的分子结构
易于起泡的分子结构： 降低表面张力能力强。亲水与亲油性要平衡，即相差 不大。对于特定的亲水基团，烃链长度要合适。
具有稳泡作用的分子结构： 起泡剂的吸附层要有足够的强度。
❖非极性部分最好没有分支； ❖非极性部分若有苯基，则最好在烃链的一端；苯环上
0.405.405.55180.405.505.55HLB1. 25
HLB8.0
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由实验测得的表面活性剂的HLB值
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3.HLB的计算
（1）基数法（基团贡献法） 适用于一些阴离子和非离子表面活性剂。
HLB 7 H L
亲水基和亲油基的基数