第二章表面活性剂.ppt
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3) 其它取代基
极性基团、易极化基团减少疏水性，升高CMC
硬脂酸钾
4.5x10-4 mol/L
油酸钾
1.2x10-3 mol/L
C12H23SO3Na C8H17-C6H4-SO3Na
9.7x10-3 mol/L 1.5x10-2 mol/L
4、亲水基的影响
亲水基的作用弱于疏水基；亲水性强，CMC高；碳氢链 长度相同，离子表面活性剂 CMC 是非离子表面活性剂 CMC的约100倍。
测定方法： 在不同浓度表面活性剂溶液中加入过量溶质直至平衡 并有沉淀存在。
影响因素： ——平衡温度与平衡时间 ——增溶质的加入方法； ——增溶质对表面活性剂分子的吸附。
四、增溶位置及其测定
1、胶束的结构与增溶位置 1）烃核（脂性环境）：饱和脂肪烃、环烷烃及不易极化
物质。 2）栅状层—烃核：易极化的多量碳氢化合物。 3）栅状层（脂性—极性环境）：长链脂肪醇、脂肪酸和
二、CMC的测定
1、表面张力法 适合于离子表面活性剂和非离子型表面活性剂； 无机离子的存在不影响表面张力； 少量类似物的存在降低纯表面活性剂的表面张力；
2、电导法
适合于离子表面活性剂； 无机离子存在影响表面张力测定； 电导率 与表面活性剂疏水链长有关；
3、染料法
表面活性剂溶液增溶染料前后吸收光谱的变化； 染料的存在影响CMC的准确性； 受无机盐及类似物存在的影响；
Vm Vw
(10 pH
1)
六、影响表面活性剂增溶的结构因素
1、表面活性剂的碳氢链长增加，CMC下降
logCMC =A –Bm
A: 与极性有关的常数 B：1-1离子表面活性剂：B=0.3
非离子表面活性剂： B=0.5 m: 碳氢链中C原子个数
表面活性剂PPT课件
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CHENLI
14完全不润湿不能源自湿能润湿完全润湿2021/3/7
CHENLI
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二、表面活性剂
（一）表面活性剂的含义 表面活性剂：
能使液体表面张力显著降低的物质。
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CHENLI
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表面活性剂分子结构的特点：
①它们大都是长链的有机化合物，烃链长 度一般不少于8个碳原子；
二、非离子表面活性剂
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CHENLI
20
(一)阴离子型表面活性剂：
带负电荷。起表面活性作用的是阴离子。
1．肥皂类 为高级脂肪酸盐，通式为 (RCOO—)n M n+，良好的乳化能力，一般 用在外用制剂中。
2．硫酸化物 系硫酸化油和高级脂肪醇硫 酸酯类，通式为R·O·SO3－M+。有较强的 乳化能力。对粘膜有刺激性，主要作为外 用软膏的乳化剂。
W=σ×△A W为所做的功，或称 增加的表面自由能 σ为表面张力； △A为增加的表面积。
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(四)液体的铺展
铺展是指一滴液体能在另—种不相溶的液体表面 上自动形成—层薄膜的现象。
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铺展系数与界面张力有如下的关系： S=σ底-（σ铺+σ底·铺）
CHENLI
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(三)表面活性剂在固体表面的吸附
• 表面活性剂溶液与固体接触时，其分子 很容易在固体表面产生吸附，使固体表 面状态和性质发生改变。
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第二节 表面活性剂的分类
一、离子型表面活性剂 (一)阴离子表面活性剂 (二)阳离子表面活性剂 (三)两性离子表面活性剂
第二章表面活性剂(共56张PPT)
C14H29SO4Na 30
C16H33SO4Na 45 C18H37SO4Na 56
活性剂
C10H21CHC6H4SO3Na | CH3
表面活性剂：是这样一种物质，当它的加入量很小时，就能使溶 剂（一般为水）的表面张力或液液界面张力显著降低，改变体系 的界面状态；当它达到一定浓度时，在溶液中缔合成胶团，从而 产生润湿或反润湿、乳化或破乳、起泡或消泡、以及加溶等一系 列作用，以达到实际应用的要求。
是一类即使在很低浓度时也能显著降低表（界）面张力的物质。
6.8
=CH-
-0.475 -0.475 -0.475
2.4
-(C3H5O)-(氧丙烯基) -0.15
2.1
-CP2-
1.9
-CF3-
-0.87 -0.87
例：计算月桂酸钠的HLB值 CH3（ CH2）10-COONa
解：-CH3：， -CH2- ： -COONa：19.1
HLB=7+∑(亲水基团基数)-∑(亲油基团基数) HLB= 7 + 19.1-（-0.475）×
第二章 表面活性剂
第一节 表面活性剂基本概念
一、表面张力
界面上的分子与体相内部分子所处的
状态不同。受力状态不同。
图2—1 液相内部和液-气界面的
分子所受作用力的示意图
表面张力：液体表面任意单位长度上的
收缩力称为表面张力，单位为N·m-1
。
从能量上看，表面分子比内部分 子具有更高的能量。
要使体系的表面积增加，就必须对体系 做功。
团具有的亲水亲油平衡值。 表示表面活性剂的亲水疏水性能。
HLB值大，亲水性强，亲油性弱； HLB值小，亲油性强，亲水性弱。
（1）HLB值的规定
第二章 表面活性剂水溶性表面活性剂油溶性表面活性剂离子型表(与“表面”有关优秀PPT)
C H 3 R N + C H 3 C3 S H4 O
C H 3
第33页，共36页。
C H 3
+ R N
H 3C C l
C H 3
C H 3 R N + C H 3 C l-
C H 3
十二烷基三甲基氯化铵（防黏剂DT）
H3C
60~80℃
R Br +
N CH3
H3C
加压
CH3
+
-
RN
CH3 Br
CH3
AES泡沫丰实，对水硬度不敏感，有良好的生物降 解性，不刺激皮肤，与非离子表面活性剂有良好的复配 性能，是家用洗涤剂中最重要的表面活性剂之一，可广 泛地用来配制香波、餐具洗涤剂、洗衣粉等。
+
R O H nH 2C C2H
O
R O C2H C2H nO H
ClS 3HO R O C2H C2H nOS 3HO NaO RHO C2H C2H nOS 3NO a
脂肪伯胺也可以从脂肪酸，氨，氢直接在催化剂上反应 得到。
+ + RCON O H 3 H H 2
+ RC 2H N H 2 H 2 O
第31页，共36页。
➢季铵盐型阳离子表面活性剂
亲水基为季铵阳离子的表面活性剂
R1
R
N+
R2
R3
季铵盐是由叔胺和烷基化试剂反应而成，常见的烷基
化试剂有卤代烷 硫酸二甲酯 环氧乙烷等。
2 2 剂，头发调理剂，化妆品用乳化剂，矿石浮选剂和杀菌剂等。
3
24
第二节 化学结构与性能
二是表面张力降低能达到的最大程度，称为表面活性剂表面张力降低的能力。
课件：2015年 第二章 表面张力与表面活性
正己烷 正庚烷 正辛烷
水 丙酮 异丁酸
苯 苯乙酮
甲苯 四氯化碳
温度 （℃）
20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 22
表面张力 （mN/m）
9.9 13.2 15.7 18.4 20.3 21.8 72.8 23.3 25.2 28.9 39.8 28.5 26.7
液体
2、表面功：
将内部分子移到表面，环境做功。结果（1）分子的能量 增加。（2）系统的A↑，因此成为“表面功” 定义：在恒温、恒压（组成不变）下可逆地使表面积增加dA 所需对体系做的功叫表面功
等T、等P和定组成的时候，可逆地增加面积dA，则
W ∝dA
若比例系数为–g，则有
W = - g dA
§ 2.1 表面张力与表面活性
二、表面自由能
1、表面能（surface energy）： g的物理意义：系统增加1M2 表面积时环境
所做的表面功，即1M2 表面上的分子比同 量的内部分子多出的能量，g称为比表面能 (specific surface energy)
表面能：gA （即系统界面上比体相多出来的能量）
界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区，若其中
一相为气体，这种界面通常称为表面。
a相
a相
b相
b相
化学面
几何面
§ 2.1 表面张力与表面活性
一、表面功（ surface work）
1、表面分子的特殊性： 受力情况特殊 内部分子：合力为零
热运动不需要做功 表面分子：不对称力场（不均匀力场）
能量特殊 分子倾向于钻入液体内部 将一个分子从内部移到表面上，环境需要克服不对称力场做 功。
比较（1）,（2）两式：
水 丙酮 异丁酸
苯 苯乙酮
甲苯 四氯化碳
温度 （℃）
20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 22
表面张力 （mN/m）
9.9 13.2 15.7 18.4 20.3 21.8 72.8 23.3 25.2 28.9 39.8 28.5 26.7
液体
2、表面功：
将内部分子移到表面，环境做功。结果（1）分子的能量 增加。（2）系统的A↑，因此成为“表面功” 定义：在恒温、恒压（组成不变）下可逆地使表面积增加dA 所需对体系做的功叫表面功
等T、等P和定组成的时候，可逆地增加面积dA，则
W ∝dA
若比例系数为–g，则有
W = - g dA
§ 2.1 表面张力与表面活性
二、表面自由能
1、表面能（surface energy）： g的物理意义：系统增加1M2 表面积时环境
所做的表面功，即1M2 表面上的分子比同 量的内部分子多出的能量，g称为比表面能 (specific surface energy)
表面能：gA （即系统界面上比体相多出来的能量）
界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区，若其中
一相为气体，这种界面通常称为表面。
a相
a相
b相
b相
化学面
几何面
§ 2.1 表面张力与表面活性
一、表面功（ surface work）
1、表面分子的特殊性： 受力情况特殊 内部分子：合力为零
热运动不需要做功 表面分子：不对称力场（不均匀力场）
能量特殊 分子倾向于钻入液体内部 将一个分子从内部移到表面上，环境需要克服不对称力场做 功。
比较（1）,（2）两式：
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H2C
P
CH 2CH 2-N-CH 3
O
O
CH 3
R1
R2
N
O
R3
(4)非离子表面活性剂(non-ionic surfactant) 结构如：C15H31-(OC2H4)n-OH 分子中没有带电荷的基团，而基团-(OC2H4)-亲
水性较弱，n 越大，亲水性越强。
非离子表面活性剂类型： •脂肪醇聚氧乙烯醚： RO-(-C2H4O-)n-H •脂肪酸聚氧乙烯醚 ROO-(-C2H4O-)n-H •烷基酚聚氧乙烯醚
R
O
(-C2H4O-)nRN
(C2H4O-)n-H
聚环氧乙烷烷基醇酰胺
R N
R
(C2H4O-)n-H
RONH-(-C2H4O-)n-H
(C2H4O-)n-H
RCO N
(C2H4O-)n-H
二、表面活性原理
1、表面吸附
OOOOO 表面活性剂的疏水基团有向水外逃离的趋势，亲水 基团伸向水内，平衡时在水面形成吸附膜，因而表 面活性剂在表面的浓度大于在液相内的浓度。
磷化物
R R-P+-R·X -
R
阳离子表面活性剂分类： 咪唑啉盐
R1
N CH 2
.X-
N+
CH 2
R2 CH 2CH 2OH
烷基吡啶盐
.X- _
N+ R
伯胺R-NH2·HX 肿胺R1-NH ·HX
R2
叔胺盐 R3 R1-NH ·HX R2
季胺盐 R3 R1-N-R4 ·HX R2
(3)两性表面活性剂(zwitter ionic surfactant) 其分子中含水溶性正电荷基团和负电荷基团。如：
及增溶剂。
阴离子表面活性剂分类：
羧酸盐R-COOM
硫酸酯盐R-OSO3M 磺酸盐R-SO3M 磷酸酯盐R-OPO3M2 脂肪酰-肽缩合物R1CONHR2COOH
(2)阳离子表面活性剂(cationic surfactant) 在水中带正电荷的界面活性剂。
如R(CH3)2NBr在水溶液中离解出 R(CH3)2N+。此类表面活性剂作杀菌剂、纺织柔软剂、 抗静电剂。
3、亲水亲油平衡值 亲水亲油平衡值(HLB)值是表示表面活性剂亲水性、
疏水性的好坏。HLB值大，亲水性强；HLB值小，亲 油性强。
1.5-3 消泡剂 3-6 W/O油包水乳化剂 HLB= 7-9 润湿剂 8-18 O/W水包油乳化剂 13-15 洗涤 15-18 增溶剂
HLB计算： (1)、非离子表面活性剂
-(-CH2CH2CH2O-)- 0.15
-CF2-CF3-
HLB=[(亲水基的分子量)/ (疏水基的分子量+亲水基 分子量)]×100/5
如：
C9H19
O( CH 2CH 2O- )9-H
HLB=[396/(220+396)]×100/5=12.86 220指壬基酚的分子量。
(2)、多元醇脂肪酸
HLB=20(1-S/A)
S为酯的皂化值，A为脂肪酸的酸值。如甘油单硬 脂酸酯的S=161，A=198，则
HLB=20(1-161/198)=3.8
(3)、聚乙二醇
百分数)
HLB=EO/5(EO为环氧乙烷部份的质量
(4)、离子型表面活性剂 HLB=7+(亲水基的基团数)+ (亲油基的基团数) 太古油的结构：
H3C(H2C) 5HC OS O3Na
(CH 2)7
COOH
HLB=7+(11+1.3+2.1)+17(-0.475)=13.3
2、形成胶束
(1)、疏水作用 水分子间有氢键，表面活性剂加入后， 疏水基团隔开氢键，并相互吸引缔合，形成胶束。这 种胶束有逃离水的趋势。
(2)、形成胶束
由于疏水作用，水溶液中的表面活性剂分子的碳氢 键有力图脱离水包围的趋势，易于自发互相靠近，聚 集起来，形成胶束。
(3)临界胶束浓度
表面活性剂在水溶液中超过一定浓度时会由单体缔 合成胶态聚合物，即形成胶束，开始出现胶束时的浓 度为临界胶束浓度。称CMC。
C12H25N+(CH3)2CH2COO-
在酸性溶液中正电荷基团呈阳离子性质，在碱 性溶液中负电荷显阴离子性。
1、pH值对性能影响 • pH值<7 显阳离子性
• pH值>7 显阴离子性
• pH值=7 显中性
Cl-
N+
CH2COOH
OH
N
CH2COONa
N+
CH2COO-
2、两性表面活性剂分类：
氨基酸型R-NH-CH2CH2-COOH
(4)、界面定向排列 吸附在界面上的表面活性剂分子， 能定向排列成单分子膜，覆盖于界面中。
(5)形成胶束 表面活性剂溶于水，并达到一定浓度时， 表面张力，渗透压，电导率等溶液性质发生急剧的变 化。此时，表面活性剂的分子会产生凝聚而生成胶束， 开始出现这种变化的极限浓度称为临界胶束浓度，简 称CMC。
一些基团的HLB基团数
亲水基
基团数
亲油基
基团数
-COOK
21.1
=CH-
– 0.475
-COONa
19.1
–0.475
-SO3Na
11
-N
9.4
酯(失水山醇环) 6.8
酯(游离)
2.4
-COOH
2.1
-OH(自由)
1.9
-O-
1.3
-OH(失水山梨醇环) 0.5
-CH2-CH3 -C-
–0.475 –0.475 –0.475
甜菜碱型
CH3 R-N+-CH2COO-
CH3
磺酸盐 硫酸酯
CH 3
R N+ (CH2)nSO3-
CH 3
(CH2CH 2O)nSO3M
RN
(CH2CH 2O)nSO3M
咪唑啉
N CH 2
R
N+
CH 2
HOH2CH 2C
CH 2COO -
氧化铵
磷酸酯
H2C OCOR 1
OCOR 2
HC
OO
CH 3
(6)、多功能性 表面活性剂在其溶液中显示多种功能。 如能降低表面张力，具有发泡、分散、乳化、抗静电、 增溶、杀菌。
3、分类 (1)阴离子表面活性剂
Anionics surfactant
R
O O
S
Na
O
式中-SO-3为阴离子水溶性基团，此外阴离子基团 还有-COO-，此类表面活性剂作为洗涤剂，乳化剂
第二章 表面活性剂 Surfactant
一、概论
1、定义 表面活性物质，是指能使溶液表面张力降低的物质。 2、特点 (1)、双亲性 表面活性剂的分子中同时含有亲水的 极性基团和亲油的非极性基团。 (2)、溶解性 表面活性剂至少溶于液相中的某一相。
(3)、表面吸附 表面活性剂的溶解，使溶液的表面自 由能降低，产生表面吸附，当吸附达平衡时，表面活 性剂在溶液内的浓度小于在表面的浓度。