第2章 表面活性剂
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表面活性剂的类型
本法不需要氯气，副产物少，可以简化纯化工艺， 降低成本。
▪ 2）烷基磺酸盐表面活性剂的性能
烷基磺酸盐的表面活性与烷基苯磺酸钠接近 在碱、弱酸及水中有良好的稳定性，耐硬水 在硬水中仍具有良好的润湿、乳化、分散、去污
等能力，生物降解性优于LAS，可作洗涤剂、乳 化剂等。
3）烷基磺酸盐表面活性剂的用途
① 用硫酸磺化是可逆反应，酸液利用率低、磺化效 率不高；
② 而SO3磺化是以化学计量与烷基芳烃反应，无废酸 生成，利用率高，加之SO3来源丰富成本较低。
（2）中和 R-ArSO3H + NaOH→R-ArSO3Na + H2O
除用NaOH。还可以根据不同的用途改用氨(或 胺)、或Ca(OH)2、Ba(OH)2中和生成相应的烷基芳 基磺酸盐。
➢重金属皂如铝皂可用泥浆消泡剂和W/O乳化剂。 ➢肪酸皂和环烷酸皂也曾用作原油破乳等方面。
2.疏水基通过中间键与羧基连接的表面活性剂
1）梅迪 兰通过脂肪酰氯与肌氨酸反应得到的表面活性剂，
商品名为“medialan”。
美国DOW公司以商品名“Hamposyl”生产;
德国Hoechat公司以商品名“medialan”生 产;
碱金属皂的泡沫性能较好。 其碳链短些的、泡沫易于形成，如C10～C12的脂肪
酸皂的泡沫粗大，但不稳定； 碳链较长的脂肪酸皂，形成的泡沫细小持久，但不
易生成； 不饱和酸皂如油酸钠起泡性能差，且泡沫不持久，
松香酸皂的起泡性也差，但加入碳酸钠后，起泡性大 为增加；
低分子环烷酸皂，泡沫大，而不持久；高分子环烷 酸皂泡沫小而持久。
▪ 用油酰氯与水解蛋白(多肽)缩合所得产品，其商 品名称1amepon A(雷米帮A，又名613洗涤剂
▪ 2）烷基磺酸盐表面活性剂的性能
烷基磺酸盐的表面活性与烷基苯磺酸钠接近 在碱、弱酸及水中有良好的稳定性，耐硬水 在硬水中仍具有良好的润湿、乳化、分散、去污
等能力，生物降解性优于LAS，可作洗涤剂、乳 化剂等。
3）烷基磺酸盐表面活性剂的用途
① 用硫酸磺化是可逆反应，酸液利用率低、磺化效 率不高；
② 而SO3磺化是以化学计量与烷基芳烃反应，无废酸 生成，利用率高，加之SO3来源丰富成本较低。
（2）中和 R-ArSO3H + NaOH→R-ArSO3Na + H2O
除用NaOH。还可以根据不同的用途改用氨(或 胺)、或Ca(OH)2、Ba(OH)2中和生成相应的烷基芳 基磺酸盐。
➢重金属皂如铝皂可用泥浆消泡剂和W/O乳化剂。 ➢肪酸皂和环烷酸皂也曾用作原油破乳等方面。
2.疏水基通过中间键与羧基连接的表面活性剂
1）梅迪 兰通过脂肪酰氯与肌氨酸反应得到的表面活性剂，
商品名为“medialan”。
美国DOW公司以商品名“Hamposyl”生产;
德国Hoechat公司以商品名“medialan”生 产;
碱金属皂的泡沫性能较好。 其碳链短些的、泡沫易于形成，如C10～C12的脂肪
酸皂的泡沫粗大，但不稳定； 碳链较长的脂肪酸皂，形成的泡沫细小持久，但不
易生成； 不饱和酸皂如油酸钠起泡性能差，且泡沫不持久，
松香酸皂的起泡性也差，但加入碳酸钠后，起泡性大 为增加；
低分子环烷酸皂，泡沫大，而不持久；高分子环烷 酸皂泡沫小而持久。
▪ 用油酰氯与水解蛋白(多肽)缩合所得产品，其商 品名称1amepon A(雷米帮A，又名613洗涤剂
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
表面活性剂应用导论-第2章表面活性剂的作用原理
浓度越大。 如：
1-十四烷基硫酸钠， CMC：2.4×10-3 mol/L 2-十四烷基硫酸钠， CMC：3.3×10-3 mol/L 3-十四烷基硫酸钠， CMC：4.3×10-3 mol/L 4-十四烷基硫酸钠， CMC：5.2×10-3 mol/L
2.1.4 影响临界胶束浓度的因素
4）碳氢链中其它取代基的影响 随着碳氢链中极性基团数量的增加、亲水性的 提高，表面活性剂的临界胶束浓度增大。
2.1.4 影响临界胶束浓度的因素
8）无机强电解质对胶束形成的影响 无机盐的添加会使离子型表面活性剂的临界胶束
浓度降低，而对非离子型表面活性剂则影响不 大。
2.1.5 胶束的形状和大小
表面活性剂是两亲分子。溶解在水中达一定浓 度时，其非极性部分会自聚，形成聚集体，使憎 水基向里、亲水基向外，这种多分子聚集体称为 胶束。随着亲水基不同和浓度不同，形成的胶束 可呈现球状、棒状、层状或块状等多种形状。
表面活性剂应用导论—第2章
• 轻化工程专业 • 丁斌
第2章 表面活性剂的基本原理
2.1 表面活性剂胶束 2.2 表面活性剂结构与性能的关系
2.1.1 自聚
表面活性剂在界面上吸附一般为单分子层，当 表面吸附达到饱和时， 表面活性剂分子不能继 续在表面富集，而疏水基的疏水作用仍竭力促 使其逃离水环境，为满足这个条件，表面活性 剂分子在溶液内自聚，即疏水基向里靠在一起 形成内核，远离水环境；而亲水基朝外与水相 接触。
性剂，比相同碳原子(CH2基团)数的直链化合 物的临界胶束浓度大得多。 如：
二正辛基琥珀酸酯磺酸钠，CMC：6.8×10-4 mol/L 二(2-乙基己基)琥珀酸酯磺酸钠，CMC：2.5×10-3
mol/L
2.1.4 影响临界胶束浓度的因素
1-十四烷基硫酸钠， CMC：2.4×10-3 mol/L 2-十四烷基硫酸钠， CMC：3.3×10-3 mol/L 3-十四烷基硫酸钠， CMC：4.3×10-3 mol/L 4-十四烷基硫酸钠， CMC：5.2×10-3 mol/L
2.1.4 影响临界胶束浓度的因素
4）碳氢链中其它取代基的影响 随着碳氢链中极性基团数量的增加、亲水性的 提高，表面活性剂的临界胶束浓度增大。
2.1.4 影响临界胶束浓度的因素
8）无机强电解质对胶束形成的影响 无机盐的添加会使离子型表面活性剂的临界胶束
浓度降低，而对非离子型表面活性剂则影响不 大。
2.1.5 胶束的形状和大小
表面活性剂是两亲分子。溶解在水中达一定浓 度时，其非极性部分会自聚，形成聚集体，使憎 水基向里、亲水基向外，这种多分子聚集体称为 胶束。随着亲水基不同和浓度不同，形成的胶束 可呈现球状、棒状、层状或块状等多种形状。
表面活性剂应用导论—第2章
• 轻化工程专业 • 丁斌
第2章 表面活性剂的基本原理
2.1 表面活性剂胶束 2.2 表面活性剂结构与性能的关系
2.1.1 自聚
表面活性剂在界面上吸附一般为单分子层，当 表面吸附达到饱和时， 表面活性剂分子不能继 续在表面富集，而疏水基的疏水作用仍竭力促 使其逃离水环境，为满足这个条件，表面活性 剂分子在溶液内自聚，即疏水基向里靠在一起 形成内核，远离水环境；而亲水基朝外与水相 接触。
性剂，比相同碳原子(CH2基团)数的直链化合 物的临界胶束浓度大得多。 如：
二正辛基琥珀酸酯磺酸钠，CMC：6.8×10-4 mol/L 二(2-乙基己基)琥珀酸酯磺酸钠，CMC：2.5×10-3
mol/L
2.1.4 影响临界胶束浓度的因素
第二章表面活性剂
span 20（脱水山梨醇单月桂酸酯） span 40 (脱水山梨醇单棕榈酸酯) span 60（脱水山梨醇单硬脂酸酯） span 65（脱水山梨醇三硬脂酸酯） span 80 （脱水山梨醇单油酸酯） span 85 （脱水山梨醇三油酸酯）
O CH2OOCR
OH OH
(2) 聚氧乙烯脱水山梨醇脂肪酸酯类
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 R2N-(C2H4O)nH 聚氧乙烯烷基胺
非离子表面活性剂
R-CONH(C2H4O)nH 聚氧乙烯烷基酰胺
R-COOCH2(CHOH)3H 多元醇型
（四）非离子型表面活性剂
1.多元醇型
(1) 脱水山梨醇脂肪酸酯类（Span， 司盘） 其系列品种有 OH
HLB值计算
(1) 对非离子型表面活性， 可能过经验式求得:
非离子表面活性剂的HLB具有加和性。
HLBab=(HLBa×Wa+HLBb×Wb)/(Wa+Wb)
(2)理论计算法：如果HLB值是由表面活性剂分
子中各种结构基团贡献的总和，则每个基团 对HLB值的贡献可用数值表示，此数值称为 HLB基团数(group number)。
2.外加电解质对cmc值的影响
在表面活性剂溶液中加入强电解质能降低cmc值，一般对离 子型表面活性剂的影响尤其显著。
3.外加有机物对cmc值的影响比较复杂。
一般长链的极性有机物对表面活性剂的cmc值的影响显著。 例如醇、酸、胺等化合物随烃链增长，使离子型表面活性剂 的cmc值减小，而醇类对非离子型表面活性剂的cmc值影响 恰好相反。
第一节 表面活性剂分类
离子型表面活性剂
常用的离子型表面活性剂分类如下： （一）阴离子表面活性剂 1.高级脂肪酸盐：RCOO－M＋, 如硬脂酸钠、钙、 镁等。 2.硫酸盐：ROSO3－M＋，如十二烷基硫酸钠、 十六醇硫酸钠等。 3.磺酸盐：RSO3－M＋，如二己基琥珀酸磺酸钠。 烷基苯基磺酸盐通式：RC6H5SO3－M＋，如十 二烷基苯磺酸钠等。 4.胆盐 如甘胆酸钠、牛胆磺酸钠等。
O CH2OOCR
OH OH
(2) 聚氧乙烯脱水山梨醇脂肪酸酯类
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 R2N-(C2H4O)nH 聚氧乙烯烷基胺
非离子表面活性剂
R-CONH(C2H4O)nH 聚氧乙烯烷基酰胺
R-COOCH2(CHOH)3H 多元醇型
（四）非离子型表面活性剂
1.多元醇型
(1) 脱水山梨醇脂肪酸酯类（Span， 司盘） 其系列品种有 OH
HLB值计算
(1) 对非离子型表面活性， 可能过经验式求得:
非离子表面活性剂的HLB具有加和性。
HLBab=(HLBa×Wa+HLBb×Wb)/(Wa+Wb)
(2)理论计算法：如果HLB值是由表面活性剂分
子中各种结构基团贡献的总和，则每个基团 对HLB值的贡献可用数值表示，此数值称为 HLB基团数(group number)。
2.外加电解质对cmc值的影响
在表面活性剂溶液中加入强电解质能降低cmc值，一般对离 子型表面活性剂的影响尤其显著。
3.外加有机物对cmc值的影响比较复杂。
一般长链的极性有机物对表面活性剂的cmc值的影响显著。 例如醇、酸、胺等化合物随烃链增长，使离子型表面活性剂 的cmc值减小，而醇类对非离子型表面活性剂的cmc值影响 恰好相反。
第一节 表面活性剂分类
离子型表面活性剂
常用的离子型表面活性剂分类如下： （一）阴离子表面活性剂 1.高级脂肪酸盐：RCOO－M＋, 如硬脂酸钠、钙、 镁等。 2.硫酸盐：ROSO3－M＋，如十二烷基硫酸钠、 十六醇硫酸钠等。 3.磺酸盐：RSO3－M＋，如二己基琥珀酸磺酸钠。 烷基苯基磺酸盐通式：RC6H5SO3－M＋，如十 二烷基苯磺酸钠等。 4.胆盐 如甘胆酸钠、牛胆磺酸钠等。
第2章_表面活性剂的作用原理[表面活性剂化学-天大]
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温度升高，表面张力(界面张力)下降。当达到临界 温度Tc时，界面张力趋向于零。
16
2.1.1 表面张力和表面自由能 —表面张力及其影响因素
（3）压力的影响
表面张力一般随压力的增加而下降。因为压力增加，气相 密度增加，表面分子受力不均匀性略有好转。另外，若是气相 中有别的物质，则压力增加，促使表面吸附增加，气体溶解度 增加，也使表面张力下降。
在没有外力的影响或影响不大时，液 体总是趋向于成为球状。即使施加外 力后能将水银珠压瘪，一但外力消失， 它便会自动恢复原状。
如水面漂浮物、空气中的气泡、叶子 上的露珠。
6
现象3：
在金属线框中间系一线圈，一起浸 入肥皂液中，然后取出，上面形成 一液膜，见a图。 如果刺破线圈中央的液膜，线圈内 侧张力消失，外侧表面张力立即将 线圈绷成一个圆形，见b图，
这时
f ＝ 2 γl
l是滑动边的长度，因膜有两个面，所以边 界总长度为2l，比例系数γ表示垂直通过液面上
任一单位长度，与液面相切的收缩表面的力， 简称为表面张力，其单位通常为mN/m。
液体的表面张力
13
2.1.1 表面张力—表面张力的能量表达
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，可逆地使表面积增加dA所需要 对系统作的功，称为表面功。用公式表示为：
a. 溶液表面表面活性剂分子的定向排列
b. 溶液内部表面活性剂胶束的形成
表面活性剂分子在表面的吸附和胶束形成示意图
34
2.2 表面活性剂胶束
2.2.1 胶束的形成 2.2.2 临界胶束浓度 2.2.3 胶束的形状和大小 2.2.4 胶束作用简介
第2章表面活性剂
• 根据极性基团的解离性质分为离子型表面 活性剂与非离子型表面活性剂两大类 一、离子型 阴离子型 阳离子型 两性离子型
二、非离子型
(一)阴离子型表面活性剂
• 带负电荷的表面活性剂称为阴离子型表面 活性剂。起表面活性作用的是阴离子。 1．肥皂类 又分为碱金属皂、碱土金属皂、 有机胺皂 。一般用在外用制剂中。 2．硫酸化物 有十二烷基硫酸钠（SDS， 又称月桂醇硫酸钠）、十六烷基硫酸钠 主要作为外用软膏的乳化剂。 3．磺酸化物 十二烷基苯磺酸钠、二辛基 琥珀酸磺酸钠 ， 常用的洗涤剂
• 表面张力是物质的特性，其大小与温度和 界面两相物质的性质有关。 • 液-液 • 液-固
液体的铺展
• 液体和液体的接触 • 一滴液体在另一种不相溶的液体表面上，是成为 球状，还是形成薄膜状呢？ • S=σ底-（σ铺+σ底· 铺） • S是铺展系数，σ底是底层液体的表面张力， σ铺是铺展液体的表面张力， σ底· 铺是两液间的界面张力。
表面活性剂的亲水基是聚氧乙烯基， 位于外侧的氧原子与水形成氢键，由于分 子的热运动，开始时溶解度随温度的升高 而增大，当温度高达昙点后，氢键受到破 坏，溶解度急剧下降，出现混浊或沉淀。 有的含有聚氧乙烯基的表面活性剂没有昙 点，如 PluroniC F68 极易溶于水，甚至达 到沸点时也不产生混浊，没有起昙现象。
第一节 概述
• 液滴呈球状，表面光滑，这是由于液体的 表面张力所致。表面张力指使液体紧张的 力，它是收缩的，是物体的表面积最小， 物体处于最稳定状态。 • 我们吹泡泡，是克服液滴的表面张力，使 肥皂泡变大。 • 肥皂泡变大了，表面积就变大了，物体处 于不稳定的状态，所以，肥皂泡越大就越 容易破裂。破裂的肥皂泡，重又回到液滴 的球状，趋于最稳定状态。
二、非离子型
(一)阴离子型表面活性剂
• 带负电荷的表面活性剂称为阴离子型表面 活性剂。起表面活性作用的是阴离子。 1．肥皂类 又分为碱金属皂、碱土金属皂、 有机胺皂 。一般用在外用制剂中。 2．硫酸化物 有十二烷基硫酸钠（SDS， 又称月桂醇硫酸钠）、十六烷基硫酸钠 主要作为外用软膏的乳化剂。 3．磺酸化物 十二烷基苯磺酸钠、二辛基 琥珀酸磺酸钠 ， 常用的洗涤剂
• 表面张力是物质的特性，其大小与温度和 界面两相物质的性质有关。 • 液-液 • 液-固
液体的铺展
• 液体和液体的接触 • 一滴液体在另一种不相溶的液体表面上，是成为 球状，还是形成薄膜状呢？ • S=σ底-（σ铺+σ底· 铺） • S是铺展系数，σ底是底层液体的表面张力， σ铺是铺展液体的表面张力， σ底· 铺是两液间的界面张力。
表面活性剂的亲水基是聚氧乙烯基， 位于外侧的氧原子与水形成氢键，由于分 子的热运动，开始时溶解度随温度的升高 而增大，当温度高达昙点后，氢键受到破 坏，溶解度急剧下降，出现混浊或沉淀。 有的含有聚氧乙烯基的表面活性剂没有昙 点，如 PluroniC F68 极易溶于水，甚至达 到沸点时也不产生混浊，没有起昙现象。
第一节 概述
• 液滴呈球状，表面光滑，这是由于液体的 表面张力所致。表面张力指使液体紧张的 力，它是收缩的，是物体的表面积最小， 物体处于最稳定状态。 • 我们吹泡泡，是克服液滴的表面张力，使 肥皂泡变大。 • 肥皂泡变大了，表面积就变大了，物体处 于不稳定的状态，所以，肥皂泡越大就越 容易破裂。破裂的肥皂泡，重又回到液滴 的球状，趋于最稳定状态。
精细化学品化学第二章表面活性剂
+ 甲醇溶剂 加热
RN
C H3 C H3
2C O2
+2 H2O
高级烷基胺与低级卤代烷得反应
C16H33
CH3
N
+ CH3 CXl-
石油醚溶剂
C16H33
CH3
加压 80oC 1h
. CH3
N+ CH3 X CH3
3、6、2、2 含杂原子得季铵盐
1 含氧原子 含酰氨基得 含醚基得
2 含氮原子
特点:就是亲水得季铵阳 离子与烷基疏水基就是 通过酰胺键、酯键、醚 键或硫醚等基团相连接
60-80oC
CH3
C12H25
十二烷基三甲基溴化铵
CH3
醇介质
C16H33 X + N CH3
回流
CH3
C16H33
十六烷基三甲基溴化铵
. CH3
N+ CH3
Br- 溴
X
CH3
. CH3
N+ CH3 X CH3
2 高级烷基叔胺与低级卤代烷得反应
C12H25
CH3
加热
N
+ CH3 CXl-
CH3
加压
氨基酸型 R-NH2CHCHCOOH 甜菜碱型 RN+(CH3)2CH2COO-
非离子表面活性剂
在水中不会解离成离子:
聚乙二醇型(聚氧乙烯型)
多元醇型
R-O(CH2CH2O)nH R-COOCH2C(CH2OH)3
3、3 亲水亲油平衡值 HLB(hydrophile-lipophile balance)
2 可以和所有其她类型得表面活性剂复配 3 毒性低、对皮肤眼睛刺激性小 4 耐水硬性和耐高浓度电解质性 5 良好得生物降解性
第二章+表面活性剂在溶液中的状态和性质
聚氧乙烯化的非离子型表面活性剂胶团表面层结 构与离子性者有所不同，其表面是一层相当厚的 聚氧乙烯“外壳”。此“外壳”可包括大量的水 化水。这些水与聚氧乙烯的醚氧基相结合。非离 子胶团不带电，溶液中也不存在扩散双电层。
一般认为，对于常见的表面活性剂，在浓度不 是很大，而且没有添加剂和加溶物的体系中， 在小于10倍临界胶团浓度的范围内，胶团大多 呈球形。在10倍临界胶团浓度或更高浓度的表 面活性剂溶液中，胶团一般是非球形的，可以 是椭球形、扁球形、碟形或棒形。
cmc
降低表面张力的效率：通常是指使水的表面张 力降低到一定值时，所需的该表面活性剂的浓 度。通常用 pC20 来表示，意指将水的表面 张力降低了20mN/m所需的表面活性剂的浓度 的负对数。 表面压：
cmc 0 cmc
2.1.3表面活性剂 溶液特性
（1）离子型表面活性剂 的Krafft点。
表面活性剂surface active agent (surfactant): 当浓度很小时，溶液的表面张力便急剧 ， 但减小到一定值后就不再随浓度增加而变化。 从结构组成上看，一般为具有长碳链（碳 原子数大于 ）的极性有机化合物.
从结构上看，表面活性物质是两亲分子，一端亲水 （－OH,－COOH,－SO3Na等),另一端亲油（憎水） （－R等）。
例如，考虑n个表面活性剂单体形成半径为 l 的 c 球形胶团的情况。胶团的表面积A和疏水内核的 体积V有下列关系：
A 4lc nA0
2
4lc V nVc 3
3
合并上面的式子，即得
Vc
l c A0
1
3
为计算几何排列参数P所需的 Vc , lc , A0 的值可以
分别由实验测定和理论计算等到。A0通常根据
第二章表面活性剂(1)
四、表面活性剂的主要物理作用 :
表面活性剂的作用性能有：洗涤、润湿、乳化渗透、 分散、柔软、平滑、防水、防蚀，抗静电，杀菌和 消毒等 上述性能可加工成如下助剂：
洗涤剂、洗净剂、起泡剂、消泡剂、乳化剂、分散 剂、破乳剂、增溶剂、上光剂、消光剂、平滑剂、 止滑剂、柔软剂、固色剂、缓染剂、防水剂、阻燃 剂、抗静电剂、浮选剂、防锈剂、防蚀剂、杀菌剂 应用的工业部门有 : 纺织纤维工业、金属及机械工业、纸及纸浆工业医 药、香料和化妆品工业乳胶、涂料和颜料工业、农 药工业、皮革工业、食品工业、矿产工业、建筑工 业、油墨工业
CH3 R—N+CH2COO-
CH3
咪唑型衍生物:
N
N+- COO-
4、非离子型表面活性剂
聚氧乙烯型（聚乙二醇型、
醚型）:
R—O—(OCH2CH2)nH
多元醇型（酯型）: R—NHCH2CH2C 醚酯型 ： R—O—R'COOR'
CH2OH CH2OH
CH2OH
含氮型： RCONH-R'OH 糖苷:
• 天然油脂的组成变化较大
– 动物油与植物油，油与脂； – 多为混合物，但以某种为主 – 碳链长度不同 – 有的含有双键，易氧化变质
• 钠皂、钾皂、金属皂 • 硬水中钙镁离子的影响
多羧酸皂
• C3-C24的烯烃与顺丁二酸酐加热——烷 基琥珀 酸酐
• 用于润滑油添加剂、除锈剂 • 将一个羧基用丁醇或戊醇脂化生成新的
2.3 表面活性剂分类
油 （按亲水基带电性:亲水基团较亲油基团影响大）
基
亲水基
水溶性表面活性剂
油溶性表面活性剂
离子型表面活性剂
非离子表面活性剂
阴离子表面活性剂
第2章 表面活性剂的作用原理
电解质作用
无机盐易使离子表面活性剂自溶液中盐析。 非离子及两性表面活性剂则对无机盐不太敏感 或不易析出。
高价金属离子对阴离子表面活性剂影响较大， 它们易于与有机酸根作用形成不溶或溶解度极 小的羧酸皂，不沉淀者往往能提高表面活性剂 的表面活性。
❖ 离子型表面活性剂 表面活性剂的亲水性=∑亲水基的亲水性-∑亲油基的亲油性 采用本法计算，有时误差达36%。
表面活性剂的HLB值的计算方法
(2) 结构因子法 结构因素细节
HLB=∑亲水基基团数-∑亲油基基团数+7 HLB=∑亲水基基团数-0.475n有效+7
n有效是亲油基的有效链长，与表面活性剂的cmc有关。
❖ 无机电解质的影响。 在不生成沉淀的情况下，无机电解质的加入常能提高阴离子型和阳离子 型表面活性剂的表面活性； 非离子表面活性剂一般不受无机电解质的影响； 阴离子型表面活性剂不宜在硬水中使用；两性表面活性剂有较好的抗硬 水能力；在离子型表面活性剂的亲水基和疏水基之间引入聚氧乙烯链可 以改善抗硬水能力。
qi—i组分的质量分数
❖表面活性剂HLB值的用途
O/W
2.3.2 表面活性剂结构和性能的关系
（一）亲水基
亲水基的种类很多，如羧基、硫酸基、磺酸基、磷酸基、氨基、膦基、季 铵基、吡啶基、酰胺基、亚砜基和聚氧乙烯基等。
1、亲水基的类型
❖ 不同电性的离子型表面活性剂一般不宜混合使用；非离子型表面活性剂 几乎可以其他所有类型的表面活性剂混合使用。
表面活性剂的结构特点
表面活性剂的性质 基本性能
❖降低表面张力
❖形成胶束
2.2 胶束
2.2.1 胶束的形成
❖胶束的结构
❖离子型表面活性剂
❖非离子型表面活性剂
第二章表面活性剂分析第六节表面活性剂中、高粘度乳液的特性测试及其乳化能力的评定方法
第六节 表面活性剂中、高粘度乳液的特性测 试及其乳化能力的评定方法
4．离心稳定性的测定 （1）仪器 ①离心机转速可选4 000 r／min。 ②离心分离管10 ml。 （2）测定方法 将l0 m1乳液注入离心分离管中，在4 000 r／ min(或其他转速)条件下，离心分离10 min (在特殊情 况下．离心分离60 min)后，按“目测方法及结果的评 定”的规定进行目测评定。并记录所观察到的现象。
第六节 表面活性剂中、高粘度乳液的特性测 试及其乳化能力的评定方法
四、乳化能力的评定 对由不同浓度的乳化剂配成的一系列乳液按本方法 规定的方法测定其各项性能，以配制各项性能相对最佳 的乳液100 g与所需乳化剂的最少克数之比来表示该乳 化剂的乳化能力。
第二章 表面活性剂分析
第六节 表面活性剂中、高粘度乳液的特性测 试及其乳化能力的评定方法
一、测定原理 1.术语 乳化能力：乳化剂促使乳液形成的能力，以配制 100 g乳液与所耗用的乳化剂的最少克数之比表示。 破乳；由于被乳化液体的颗粒聚结而造成的乳液解 体。 乳液的分离：连续相以透明或澄清的形式出现。 2.原理 用不两浓度的表面活性剂通过机械搅拌制备一系列 乳液，根据电导法测定乳液的类型，并在一定条件下测 定乳液的性能，由此评定表面活性剂的乳化能力。 本方法适用于由表面活性剂、不溶于水的液体或固 体与水形成的乳液。该乳液在性能测定的温度范围内应 保持其流变性。
第六节 表面活性剂中、高粘度乳液的特性测 试及其乳化能力的评定方法
（2）制备 将搅拌器置于含油相的烧杯中心，并距底部2-3 mm 处，调节电动机转速为250 r／min，在恒温条件下，按 下述方法将水相加入油相中： 第一分钟，加入5％的水相(滴加)； 第二分钟，加入50％的水相； 第三分钟．加入其余的水相，维持搅拌2 min，在 冷水浴中继续搅拌冷至室温，将制备好的乳液移入出境 洁净干燥的具塞磨口玻璃瓶中，备用。
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第二章 表面活性剂
2、表面自由能
➢ 表面自由能的概念
➢ 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。
如图2-3的体系中，如果增加一个无限
小的力于滑动边，使其向下移动dx的距
离，对体系所做的可逆功为：
W F d x 2 ld x d A
O
疏水基
亲水基
烷基硫酸盐表面活性剂两亲分子示意图
第二章 表面活性剂
烷烃基 烷基苯基 烷基酚基 脂肪醇基 脂肪酰胺基 脂肪酸酯基
烷基萘
主要的亲水和疏水基团
疏水基 R— R—C6H4— R—C6H4O— R—O— RCONH— RCOOCH2—
R
羧酸盐 磺酸盐 硫酸盐 磷酸酯盐 胺盐 季铵盐
甜菜碱
亲水基 —COO— —SO3— —OSO3— —P(O)O2— —NH3+ —N+(CH3)3
—N+(CH3)2CH2COO-
聚氧丙烯基
有机硅类 碳氟链
CH3 CHCH2O n
硅烷、聚硅氧烷 CF3(CF2)n—
氨基酸
聚氧乙烯 多元醇
—NH(CH2)2COOH
(CH2CH2O)n —OH
第二章 表面活性剂
2、表面活性剂的分类
➢ 一般表面活性剂的分类以亲水基的结构性质为依据，以
表面活性剂在水中能否电离出离子或电离出何种离子进
第二章 表面活性剂
3、弯曲液面附加压力 ➢ 弯曲界面内外两侧的压力有所不相同，存在压力差。由
于表面张力的方向是切于表面并垂直于作用线上，向着 缩小表面的方向，这样使得液体表面产生向着液体内部 的附加压力△p，如图2-4所示。
对凸形液面：
pp凸p0
对凹形液面：
pp凹p0
第二章 表面活性剂
➢ Laplace公式 弯曲液面上的附加压力于液体的表面张力和液面的曲率
第2章 表面 活性剂
第二章 表面活性剂
➢ 表面张力的大小和物理意义：
将一含有一个活动边框的金属线框架放 在肥皂液中，然后取出，由于金属框上 的肥皂膜的表面张力作用，可滑动的边 会被向上拉，直至顶部。欲制止液膜的 自动收缩，必须施加一适当大小的外力 F于活动边。若活动边的重力以及活动 边与框架之间的摩擦力可以忽略不计， 当外力F与总的表面张力大小相等方向 相反，金属丝不再滑动。则有：
行分类。
表面活性剂的一般分类
种类
离子型表 面活性剂
阴离子表面活性剂 阳离子表面活性剂
两性表面活性剂
非离子型表面活性剂
含氟表面活性剂
Байду номын сангаас
特种表面 含硅表面活性剂
活性剂 Gemini 表面活性剂
高分子表面活性剂
常见表面活性剂品种 羧酸盐、磺酸盐、硫酸酯盐、磷酸酯盐 胺盐、季铵盐 甜菜碱、咪唑啉、氨基酸 聚氧乙烯醚、多元醇、聚醚、烷基多苷 全氟羧酸盐、全氟磺酸盐 硅氧烷聚氧乙烯醚 双脂肪酰基乙二胺二丙酸钠 木质素磺酸盐、聚乙烯吡咯烷酮
第二章 表面活性剂
三、表面活性剂的结构与分类
1、表面活性剂的结构
➢ 任何一种表面活性剂分子都是由两种不同性质的基团所 组成，一种是非极性的易溶于油的疏水（亲油）基；另
一种是极性的易溶于水的亲水基，两种基团分处于分子
的两端形成不对称结构。
➢ 表面活性剂是一种两亲分子，具有既亲油又亲水的两亲
性质。
O
OS O Na+
液体
汞 水 四溴乙烷 硝基苯 硝基甲烷 橄榄油 液体石蜡 油酸
常见的纯液体的表面张力
20℃时表面张力/ mN·m-1 485.0 72.80 49.67 43.38 36.82 35.80 33.10 32.50
液体
苯 甲苯 正辛醇 氯仿 四氯化碳 正辛烷 正己烷 乙醚
20℃时表面张力/ mN·m-1 28.86 28.40 27.53 27.13 26.66 21.77 18.43 17.10
液体表面张力实验
第二章 表面活性剂
➢ 表面张力与表面自由能的关系 液体表面张力和表面自由能是分别采用力学和热力学方
法研究液体表面性质时所用的物理量，他们代表的物理 概念有所不同。 表面张力是表面层分子间实际存在的收缩表面的力。采 用表面张力的概念，以力学平衡的方法解决流体界面的 问题，具有直观方便的优点。 表面自由能是形成一个单位的新表面时体系自由能的增 加。采用表面自由能的概念，便于用热力学原理和方法 处理界面问题。 由1J=1N·m可知，表面张力与表面自由能是同纲量，同 数值的。
第1类是溶液的表面张力随溶液
浓度的增加而略有上升。
γ
1
第2类是溶质的加入会使水的表
面张力下降，随着浓度的增加，
表面张力下降更多，但不是直
2
线关系。
3
第3类是加入少量溶质就能显著
C
溶质对溶剂表面张力的影响
地降低水的表面张力。
第二章 表面活性剂
➢ 从降低表面张力的特性而言，把能使溶剂表面张力降低 的性质称为表面活性。而具有表面活性的物质称为表面 活性物质。
F=2γl
液体表面张力实验
第二章 表面活性剂
➢ 表面张力的大小和物理意义：
F=2γl
➢ 上式中的比例系数γ即为液体的表面张力，其意义为垂 直通过液体表面上任一单位长度，与液面相切的收缩表 面的力，是液体的基本性质之一。
➢ 一定成分的液体在一定温度、压力下有一定的γ值，通 常以mN/m为单位。
第二章 表面活性剂
➢ 第3类物质加入很少量就能大大降低溶剂的表面张力， 并且这类物质也能明显地降低界面张力，这类物质有别 于一般的表面活性物质，称为表面活性剂。此外，表面 活性剂还具有润湿、乳化、增溶、起泡等性能 。
➢ 表面活性剂定义为：加入很少量时就能大大降低溶剂的 表面张力（或界面张力），并能改变体系界面状态的物 质。
液体表面张力实验
式中，dA=2ldx，是体系表面积的改变量。
第二章 表面活性剂
在恒温、恒压下，外界所消耗的功将储 存于表面，成为表面分子所具有的一种 额外的势能。此功即等于体系吉布斯自 由能的增加：
由此可得
GdA G/dA
为恒温恒压下，增加单位表面积时体
系吉布斯自由能的增量，或单位表面上 的分子比体相内部同量分子所具有的自 由能过剩值，称为表面过剩自由能，简 称表面自由能。常用单位为mJ/m2 。
半径有关，若曲面的主曲率半径为R1和R2，则曲面两侧 的压力差为：
p（1 1 ）
R1 R2
根据规定，凸面的曲率半径取正值，凹面的曲率半径取 负值。凸面的附加压力指向液体，凹面的附加压力指向 气体，即附加压力总是指向球面的球心。
第二章 表面活性剂
二、表面活性和表面活性剂
➢ 溶质加到溶剂中可以使溶剂的表面张力发生变化，各种 溶质的浓度对水的表面张力的影响可分为三种类型 。