第1章 表面活性剂概述

亲水基
亲 油 基
亲水基
亲 油 基
亲水基
2）用量少
γ
1
2
3 C CMC Critical micelle concentration （临界胶束浓度）
3）在CMC处作用显著
1.1 表面活性剂的分类
1.1.1 表面活性剂按离子类型分类
C12H25 SO3Na
阴离子型: 十二烷基苯磺酸钠
CH2 CH3 + N CH3. Cl CH3
表面活性剂化学
Surfactant Chemistry
何秋星
1
教材及参考书目
• 教材:《表面活性剂化学》（第二版），王世荣等主编，北京： 化学工业出版社，2010。 • 参考书： – 《表面活性剂应用技术》，张天胜主编，北京：化学工业出 版社，2001。 – 《表面活性剂的功能》，徐燕莉编著，化学工业出版社， 2000。
.Br -
. Br-
S
+
+
. X-
C12H25
CH3 + S CH3 . OSO3CH3
I
. XOH
+
I
C15H31COOCH 2
CH2OH C CH2OH CH2OH
(CH2CH2O)n
C9H19
O(CH2CH2O)nH
注：M＋为碱金属离子或铵离子，X为Cl、Br、I、CH3COO或HSO4等
14
1.2.2 我国表面活性剂工业的现状及发展趋势
• 1958年中科院植物保护研究所开发成功我国第一个表面 活性剂蓖麻油聚氧乙烯醚，标志着我国表面活性剂工业 的形成。 • “七五”和“八五”通过引进国外先进的三氧化硫连续 磺化装置、乙氧基化装置、油脂水解装置、以及脂肪醇、 脂肪胺和烷基酚的生产装置，使我国多种表面活性剂基 本原料的生产能力达到世界水平，解决了原料问题。 • 九十年代后品种的数量增长较快，从1990年的290种增 加至现在的2000多种。
18
1.2 表面活性剂的国内外发展状况
1.2.1 世界表面活性剂工业的发展状况 1.2.2 我国表面活性剂工业的现状及发展趋势 1.2.3 新型表面活性剂
19
1.2.1 世界表面活性剂工业的发展状况
• 世界表面活性剂工业是在第二次世界大战期间，由于制 皂的油脂十分匮乏而得以发展。 • 二次世界大战之后形成了独立的工业体系，并随着石油 化学工业的发展而日趋完善，与合成橡胶、合成纤维一 起成为新兴的化工产品。 • 目前全世界表面活性剂的品种有6000多种，商品牌号上 万种，年产量接近1200万吨。
SO3Na
表面活性剂实例
C17H35COONa
C12H25
C12H25
SO3 M
-
-
+
SO3Na
SO3Na
OSO3 M
+
C18H37OSO3Na
C12H25OPO 3Na2
O O P OM OM
O P O
O OM
(C12H25O)2PO2Na
13
伯胺盐 胺盐 型 仲胺盐
NH 2. HX
C18H37NH2. HCl
发展：四代 1、脂肪酸盐体系：公元前2500年，1885年造碱法 2、烷基苯体系：一战后 3、脂肪醇衍生物体系：20世纪50年代后期 4、烷基糖苷体系：20世纪90年代 环境友好
• 从生产和消费来看：阴离子表面活性剂占 主要，55%；非离子次之，占35%；阳离子 和两性占10%
• 家用表面活性剂占50%以上
离子型
阳离子型: 苄基三甲基氯化铵
C12H25 CH3 + N CH2COOCH3
表面活性剂
两性型:
十二烷基甜菜碱
非离子型
12
1.1.2 按亲水基的结构分类
表1-1 按亲水基结构分类的表面活性剂类型
亲水基团类型 羧酸盐型
磺酸盐型 硫酸酯盐型 单酯 磷酸酯 盐型 双酯
C12H25
亲水基团结构
COO-M+
1.1.3 按疏水基种类分类
（1）直链烷基：－CnH2n+1，n＝8～20；
（2）支链烷基：－CnH2n+1，n＝8～20； （3）烷基苯基： （4）烷基萘基： ，R＝CnH2n+1，n＝8～16； ，R＝CnH2n+1，n>3；
（5）松香衍生物；二萜树脂酸 （6）高分子量聚氧丙烯基：－(OC3H7)n—；
16
来自百度文库
（4）生物表面活性剂 生物表面活性剂是细菌、酵母和真菌等微生物 代谢产物过程中产生的。 （5）冠醚型表面活性剂
烷基－12－冠－4
17
1.1.5
其它分类方法
按照表面活性剂的溶解性能可将其分 为水溶性和油溶性表面活性剂； 按照分子量可分为低分子和高分子表 面活性剂； 按照应用功能可分为乳化剂、洗涤剂、 润湿剂、发泡剂、消泡剂、分散剂、絮凝 剂、渗透剂及增溶剂等。
26
1.2.3 新型表面活性剂
• 生物表面活性剂：利用生物技术合成，无 毒、易降解 • Gemini型表剂：形同连体孪生体、具有高的 表面活性和低CMC、krafft point
C11H23 C11H23 SO3Na SO3Na
• 传统表面活性剂的改性：难降解、难溶解 刺激性、稳定性等 • 功能型表面活性剂 • 可降解表面活性剂 • 特种表面活性剂 • 高分子表面活性剂
思考题
• 表面活性剂的定义、分类 • 表面活性剂亲水基团与亲油基团的认知 • 查阅资料综述表面活性剂的发展趋势
目
录
（何） （何）
第1章 表面活性剂概述(2课时 ) 第2章 表面活性剂的作用原理(8)
第3章 表面活性剂的功能与应用(10） （伍）
第4章 阴离子表面活性剂(6)
第5章 阳离子表面活性剂(2) 第6章 两性表面活性剂(2) 第7章 非离子表面活性剂(2) 第8章 特殊类型的表面活性剂(2)
（何）
（7）长链代烷基：－CnF2n+1，n＝6～10；
（8）聚硅氧烷基：
15
1.2.4 按表面活性剂的特殊性分类
（1）碳氟表面活性剂 CF3(CF2)6COONa 全氟代辛酸钠 （2）含硅表面活性剂
（3）高分子表面活性剂 分子量高于1000的表面活性剂 , 主要类型有聚乙 烯醇、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯等
占市 消费 占市场 消费 占市场 场份 量 量 份额 份额 额 （万 （万 （％） （％） （％） 吨） 吨） 24.8 19.2 35.2 393 305 406 31 24 32 393 305 1850 165 1270 29 22 35 14 100
23
其它 170
合计 930
18.3
210
C12H25 NH .HCl CH3
NH . HX
N
N
+
叔胺盐
季铵盐 鏻化合 物 鎓盐 型 鉮化合 物 锍化合 物 碘鎓 化合物 多羟基型 聚氧乙烯型
. HX
. X-
C12H25 N CH3 .HCl CH3
C12H25 CH3 + N CH3 .Cl CH3
P
+
. X-
CH 3
+
As
+
. X-
C12H25 P CH 3 CH3 + C8H17 As CH2 CH3
– 《氟碳表面活性剂》，曾毓华编著， 化学工业出版社，2001。
2
常见重要专业期刊
• • • • • • • • 精细化工 精细石油化工 日用化学工业 日用化学品科学 Tenside Surfactant Detergent Journal of Surfactant and Detergent Colloide and Surface 精细化工中间体
19.4
260
20.8
165
13
100
100.0 1080
100.0 1250 100.0 1270
表面活性剂已成为精细化工的一个重要分支， 亦是精细化工的一个基础学科。可应用于洗 涤（工业和家用）、纺织、印染、皮革加工、 矿选、金属加工、石油开采与精制、建筑、 食品、制药、造纸、油漆油墨、涂料等工业。 素有“ 工业味精 ”美称。
考核
考试方式：集中考试 总评成绩：理论成绩70%+实验成绩20%+平 时成绩10%）
第1章 表面活性剂概述
1.1 表面活性剂的分类
1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.1.4 1.1.5 按离子类型分类 按亲水基的结构分类 按疏水基种类分类 按表面活性剂的特殊性分类 其它分类方法
1.2 表面活性剂的国内外发展状况
表1-2 世界各地表面活性剂的消费情况
1995年 消费 量 （万 吨） 北美 270 西欧 200 亚洲 290
2000年
2005年
2009年
2012年
占市 消费 场份 量 额 （万 （％） 吨） 29.0 21.5 31.2 290 220 360
占市 消费 场份 量 额 （万 （％） 吨） 26.9 20.4 33.3 310 240 440
（何）
第9章 表面活性剂的复配(2)
4
实验安排
指导老师：何秋星、伍春娴 地点：实验室1栋（101-102，401-403）交叉 时间：高分子14（1）周五1-4（单周）从第10周开始 高分子14（2） 周五1-4（双周）从第10周开始 化工14(1) 周五5-8（单周）从第10周开始 化工14(2) 周五5-8（双周）从第10周开始 主要内容： 实验一、AES的CMC测定 （化工办公楼401、403 ） 实验二、AES发泡性能测定（化工办公楼401、403 ） 实验三、乳化剂的乳化性能研究（实验1栋4楼） 实验四、表面活性剂性质实验（实验1栋4楼）
25
主要差距： （1）表面活性剂的品种少，产量低，不能满足国内需求 （2）人均消费水平低 （3）产品结构不合理 （4）工业应用比例偏低 （5）基础理论研究比较薄弱 今后我国表面活性剂的发展主要有以下几方面： （1）调整产品结构； （2）加强应用基础理论研究 ； （3）将应用基础研究与应用开发有机结合起来； （4）积极开发专用化和功能化表面活性剂 ； （5）大力开发绿色表面活性剂和生物表面活性剂。
7
表面活性剂
• 在溶剂中加入少量该物质，就能显著地 降低溶剂（一般为水）表面张力（或液/ 液界面张力），改变体系界面状态，从 而产生润湿或反润湿、乳化或破乳、起 泡或消泡及加溶等一系列作用，以满足 应用要求。
特点
1）具有“两亲”结构的有机化合物(如：RCOONa)
亲 油 基 亲水基
亲 油 基 亲 油 基 亲水基 亲 油 基 亲水基 亲 油 基 亲水基