表面活性剂概述及表面活性剂作用原理

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表面活性剂化学
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(a)
(b)
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1.1 表面活性剂分类


极性基团（亲水） 非极性烃链（疏水）
表面活性剂分子

H2 H2 H2 H2 H2 H2 C C C C C C C C C C C C C H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2 硬脂酸
甜菜碱型
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R-O-(CH2CH2O)nH
脂肪醇聚氧乙烯醚
R-(C6H4)-O(C2H4O)nH
烷基酚聚氧乙烯醚
非离子表面活性剂
R2N-(C2H4O)nH
聚氧乙烯烷基胺
R-CONH(C2H4O)nH
聚氧乙烯烷基酰胺
R-COOCH2(CHOH)3H
多元醇型
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阳离子表面活性剂
R-NH2· HCl CH3 | R-N-HCl | H CH3 | R-N-HCl | CH3 CH3 | R-N+-CH3Cl| CH3
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伯胺盐 仲胺盐
叔胺盐
季胺盐
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R-N+HCH2-CH2COO-H
氨基酸型
两性表面活性剂
CH3 | R-N+-CH2COO-H | CH3
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高分子表面活性剂
1.天然高分子表面活性剂 阿拉伯树胶、皂、蛋白质（大豆蛋白、牛乳）
2. 部分合成高分子表面活性剂
羧甲基纤维素、羧甲基淀粉
3.合成高分子表面活性剂
聚乙烯醇、聚丙烯酸盐、聚丙烯酰胺
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生物表面活性剂
由酵母、细菌作用于培养液。生成有 特殊结构的表面活性剂 1.糖脂系 鼠李糖脂、海藻糖脂、槐糖脂
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第二章
表面活性剂的作用原理
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2.1 表面张力与表面活性
当任意两相接触时, 两相之间决非是一个没有厚 度的纯几何面,而是一个具有相当厚度的过渡区, 这一过渡区通常称之为界面。 若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。 但由于历史的原因, 这两个概念常常混用。 常见的界面有：气-液界面，气-固界面，液-液 界面，液-固界面，固-固界面。
聚乙二醇
|—— 渗透作用 ———|
|—————
O/W 乳化剂 ————|
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2.3.2 亲油基的影响
疏水性
氟代烃基 > 硅氧烃基 > 脂肪族烷烃基,环烷烃 基 > 脂肪族烯烃 > 脂肪族芳香烃 > 芳香烃 > 带弱亲水基的烃基 2.3.3 亲水基的影响
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3. 环法 4.吊片法
5.最大汽泡压力法
6. 滴外形法
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2.1.2 表面活性和表面活性剂
具有第三类曲线的物 质才叫表面活性剂。 1

特劳贝规则
2
3
浓度
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2.1.3 表面活性剂的结构特点
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第一章 表面活性剂概述
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冰淇淋是我们最喜爱的食物；有了洗涤剂 我们的生活才能如此美好。若没有表面活性剂， 这两样东西都不会有。这真是太可悲了。 但是，如果真的没有了表面活性剂，也不会有 人为没有冰淇淋和洗涤剂而哭泣。因为没有表 面活性剂，人也没有了。 ——英国著名界面化学家Ckint
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离子型 Krafft point 非离子型 浊点 cloud point
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2.2.3 胶束的形状和大小
球 状
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2.2.4 胶束的作用
乳化作用 泡沫作用 分散作用 增溶作用
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F 2 l
l是滑动边的长度，因膜有两个 就是作 面，所以边界总长度为2l， 用于单位边界上的表面张力。
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由于表面层分子的受力情况与本体中不同，因此 如果要把分子从内部移到界面，或可逆的增加表面积，
就必须克服系统内部分子之间的作用力，对系统做功。
温度、压力和组成恒定时，可逆使表面积增加dA
5. 松香衍生物 6. 高分子质量聚氧丙烷基 7. 长链全氟(或高氟代)烷基 8. 聚硅氧烷基
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1.1.4 按表面活性剂的特殊性分类
氟表面活性剂
硅表面活性剂
元素表面活性剂
元素表面活性剂是指碳氧链上的 氢（碳）原子被其它元素所代替， 而显现出与普通表面活性剂不同 的性能
而具有一系列应用功能。
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降低表面张力为正吸附，溶质在溶液 表面的浓度大于其在溶液本体中的浓度 此溶质为表面活性物质 增加表面张力为负吸附，溶质在溶液 表面的浓度小于其在溶液本体中的浓度 此溶质为表面惰性物质 溶入少量就能显著降低表面张力的物 质也称表面活性物质或表面活性剂。
混合型 HLB混合=∑(HLBi ×qi)
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2.3.1.2 HLB与表面活性剂应用关系
亲油 | 亲水
HLB值 0 1 3 6 7 8 10 12 13 15 18 | |消泡| — | | 润湿剂 |—增溶剂——|
石蜡
W/O乳化剂 |去污|
20 |
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2.3.1.1 HLB的确定 非离子型 亲水基质量 ×100/5 亲水基质量+憎水基质量 多元醇脂肪酸酯 HLB=20(1-S/A) HLB= (E+P)/5
聚氧乙烯型
HLB值=
皂化值不易得到的
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离子型
HLB=∑(亲水基团HLB)+∑(亲油基团HLB)+7
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气-液界面
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气-固界面
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液-液界面
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液-固界面
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固-固界面
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2.1.1 表面张力和表面自由能
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1.2 表面活性剂的国内外发展
1．表面活性剂要易于生物降解，原料可再生，广泛使用后， 对环境无污染，对人、畜安全温和。
2．表面活性剂要高效、多功能，除有清洁作用外，还要
有抑菌、杀菌、滋润皮肤等作用，并应不断开发新用途。 3．耐硬水、低温洗涤效果好，浓缩的表面活性剂洗涤用品 是一个发展方向，这包括浓缩洗衣粉和浓缩液体洗涤剂。
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2. 电导法
3. 增溶作用法 4. 染料法
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5. 光散射法
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2.2.2.2 影响临界胶束浓度的因素
表面活性剂的碳氢链长 碳氢链分支 极性基团的位置 碳氢链中其它取代基的影响 疏水链的性质 亲水基团的种类 温度
气相
↙ ↘ ↓ ↑ ↖ ↗ ←→ ↙ ↘ ↓
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↙ ↘ ↓
液相
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（ a）
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（ b）
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如果在活动边框上挂一重物，使重 物质量W2与边框质量W1所产生的重 力F（F=（W1+W2）g）与总的表面 张力大小相等方向相反，则金属丝 不再滑动。 这时
Fra Baidu bibliotek
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表面活性剂一词来自英文Surfactant。
它实际上是短语Surface（表面） Active（活性）
Agent（添加剂）的缩合词。
它还有一个名字叫做Tenside。 表面活性剂是这样一种物质，它活跃于表面和界面 上，具有极高的降低表、界面张力的能力和效率。
在一定浓度以上的溶液中形成分子有序组合体，从
2.酰基缩氨酸系 硫放线菌素、脂缩氨酸。
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冠醚型表面活性剂
冠醚能与金属多价离子络合作，用作 相转移催化剂、萃取剂等
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1.1.5 其他分类方法 水溶性的 油溶性的 低分子量的
高分子量的
表面活性剂具有润湿、分散、乳化、增溶、 起泡、消泡、保湿、润滑、洗涤、渗透、杀菌、 防腐等功能， 广泛应用于洗涤、医药、石油、食品、农 业等各个领域。
1.1.2 按亲水基的结构分类
极性基团： 羧酸、磺酸、硫酸、磷酸酯盐、 氨基或胺基及其盐（伯、仲、叔、季） 鎓盐型（磷、、砷、硫、碘化合物）
羟基、酰胺基、醚键等。
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1.1.3 按疏水基的种类分类 通常为烃基构成
1. 直链烷基 2. 支链烷基
3. 烷基苯基 4. 烷基萘基
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2.3.4 分子形态的影响
2.3.4.1 亲水基的相对位置
亲水基分子
位于分子中间时湿润性能比较强 位于分子末端时去污能力比较强
2.3.4.2 亲油基的支链 有分支结构的湿润性和渗透性的较好 去污能力较差
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2.3.5 分子量的影响
分子量小的的湿润性和渗透性的较好
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H2 C C H2
H2 C C H2
O C
OH
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1.1.1 按离子类型 阳离子型 1.离子型 阴离子型 两性型
表面活性剂
2.非离子型
RCOONa 阴离子表面活性剂
羧酸盐
R-OSO3Na 硫酸酯盐
R-SO3Na
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磺酸盐
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R-OPO3Na2 磷酸酯盐
所需要对系统作的功，称为表面功。
用公式表示为： dG dAs 把作用于单位边界线上的这种力称为表面张力，
也是增加单位表面积时 用 表示，单位是N/m。
所必须对系统做的功，单位J/m2
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表面张力的测定
1. 滴重法 W=2πRγf γ=W/2πRf
催化作用
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2.3 表面活性剂结构与性能的关系
2.3.1 表面活性剂的亲水性 HLB Griffin
亲水亲 油 平衡值 (Hydrophile -Lipophil e Balance)
表面活性剂分子中亲水和亲油基团对油或水的综合亲合
力，是用来表示表面活性剂的亲水亲油性强弱的数值。
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指甲油
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香水
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1 消毒杀菌
2 腈纶匀染剂
3 抗静电剂
食品加工
4 矿物浮选剂
5 相转移催化剂 6 织物柔软剂
印染
金属加工 电镀 采矿 采油
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γ
Vρg 1 R 2πf
Vρg F R
γ
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那为什么有个系数呢？
滴落的高速摄影示意图
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2.毛细管上升法
γ
1 r ρg (h+ r Δ ) 2 3
r 毛细管半径 Δρ界面两相的密度差 g 重力加速度 h 高度差
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这时溶液性质与理 想性质发生偏离，在 表面张力对浓度绘制 的曲线上会出现转折。 继续增加活性剂浓度， 表面张力不再降低， 而体相中的胶束不断 增多、增大。
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2.2.2.1 临界胶束浓度的测定方法 1. 表面张力法 界面张力仪
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2.2 表面活性剂胶束
2.2.1 胶束的形成
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胶束结构示意图
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2.2.2 临界胶束浓度 CMC Critical Micell Concentration
表面活性剂在水中随着浓度增大，表面上聚集的活性剂分 子形成定向排列的紧密单分子层，多余的分子在体相内部 也三三两两的以憎水基互相靠拢，聚集在一起形成胶束， 这开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度。