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
表面活性剂分子缔和形成胶束的最低浓度即 为临界胶束浓度 (critical micelle concentration) ，用CMC表示，不同表面活 性剂的CMC不同。 具有相同亲水基的同系列表面活性剂，若亲 油基团越大，则CMC越小。 在CMC时，溶液的表面张力基本上到达最低 值。
（二） 胶束的结构
亲水亲油平衡值
表面活性剂的HLB值与其应用 • HLB值在3～6的表面活性剂适 15 合用作W/O性乳化剂 • HLB值在8～18的表面活性剂适 合用作O/W性乳化剂 10 • HLB值在13～18的表面活性剂 适合用作增溶剂 • HLB值在7～9的表面活性剂适 5 合用作润湿剂
0 20 增溶剂
第三节
表面活性剂的基本性质与应用
一.表面活性剂胶束
（一）临界胶束浓度
当表面活性剂的正吸附到达饱和后,继续加入表 面活性剂，其分子则转入溶液中，因其亲油基团的 存在，水分子与表面活性剂分子相互间的排斥力远 大于吸引力，导致表面活性剂分子自身依赖Vander waals引力相互聚集
形成亲油基在内、亲水基在外, 在水中稳定分散，大小在胶体粒 子范围的胶束（micelles)。
（二）有机添加剂
脂肪醇与表面活性剂分子形成混合胶束，对碳 氢化合物的增溶量增加。一般以碳原子在12以 下的脂肪醇有较好效果。一些多元醇（如果糖、 木糖、山梨醇等）也有类似效果。 但一些短链醇可能破坏胶束的形成，如C1~C6 的醇等。 极性有机物（如尿素、N-甲基乙酰胺、乙二醇 等）均升高表面活性剂的临界胶束浓度。
（二）温度对增溶的影响
影响胶束的形成； 影响增溶质的溶解； 影响表面活性剂的溶解度。
对于离子型表面活性剂，例如十二烷基硫酸钠在水中的 溶解度随温度变化曲线AKB，如图：十二烷基硫酸钠在 水中的溶解度与温度关系
1）Krafft点：
可以看出随温度升高，其溶解度在某一温度K点急 剧升高，转折点K对应的温度称克拉费特点(Krafft point)。 而此点对应的溶解度即为该离子型表面活性剂的 临界胶团浓度（图中虚线对应浓度）。 当溶液中表面活性剂的浓度未超过溶解度时，在 区域Ⅰ为溶液状态AK线以下；当继续加入表面活 性剂时，则有表面活性剂析出，在区域ⅡAKB线以 上；此时再升高温度，体系又成为澄明溶液，KB 曲线以下（区域Ⅲ），但与Ⅰ相不同，相Ⅲ是表面 活性剂的胶束溶液。
四 . 表面活性剂的复配
表面活性剂相互间或与其他化合物的 配伍使用称为复配。
适当的复配体系在增溶、乳化、起泡等 性能方面优于单一表面活性剂体系，可 以大大增加增溶能力，减少表面活性剂 用量，不适当的配伍会破坏表面活性作 用。
（一）与中性无机盐的配伍
在离子表面活性剂溶液中加入可溶性的中性无机
盐，主要是反离子的影响。反离子结合率和浓度增高 就会增加烃类增溶质的增容量，但对极性物质的增溶 量降低。溶液中存在多量Ca 2+ ,Mg 2+等多价反离子 时，则可能降低阴离子表面活性剂的溶解度，产生盐 析。 一些不溶性无机盐能化学吸附阴离子表面活性剂， 使溶液中表面活性剂浓度下降。而一些具负电荷的固 体可与阳离子表面活性剂生成不溶性复合物。
2）起昙与昙点
非离子型表面活性剂在水溶液中的溶解度随 温度升高而下降，使溶液变浊，这种现象称 为起昙, 此温度为昙点（Cloud point），亦 称浊点。 昙点是非离子型表面活性剂的特征值。此类 表面活性剂的昙点在70~100℃,但很多聚氧乙 烯类非离子表面活性剂在常压下观察不到浊 点.
（三）水溶性高分子
水溶性高分子吸附表面活性剂，减少溶液中 游离表面活性剂分子数量，临界胶束浓度升 高
但在含有高分子的溶液中，一旦有胶束形成， 其增溶效果却显著增加，可能是因为两者疏 水链的相互结合，也可能是由于电性效应。
（四）表面活性剂混合体系
1.同系物混合体系
二个同系物等量混合体系的表面活性介于两 者之间而更趋于活性较高（即碳链更长）的 同系物，对CMC较小组分有更大的影响。 混合体系的CMC与各组分摩尔分数不呈线性 关系，也不等于简单加和平均值。
2.非离子型表面活性剂与离子型表面活性剂混 合体系
两者更容易形成混合胶束，CMC介于两种表面活 性剂CMC之间或低于其中任一表面活性剂的CMC。
3.阳离子型表面活性剂与阴离子型表面活性剂 混合体系
带有相反电荷的离子型表面活性剂的适当配伍可形 成具有很高表面活性的分子复合物，对润湿、增溶、 起泡、杀菌等均有增效作用。
增溶（solubilization)：是表面活性剂在水 溶液中达到CMC以后，一些水不溶性或微溶 性物质在增溶溶液中的溶解度可显著增加， 形成透明胶体溶液的作用。 例如，甲酚在水中的溶解度仅2％左右，但在 肥皂溶液中，却能增加到50％。
最大增溶浓度 （maximum additive concentration,MAC）当表面活性剂用量为 1g时增溶药物达到饱和的浓度。 例如，1g十二烷基硫酸钠可增溶0.262g黄体 酮，1g吐温80或吐温20可分别增溶0.19g和 0.25g丁香油。