表面活性剂的功能与应用(1)

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2、 转相温度PIT法（Phase Inversion Temperature）
主要针对 非离子表面活性剂 浊点 Cloud Point 温度高低
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3.2.4 乳化剂的破乳
乳状液属于分散体系，两相间存在巨大的界面积，是热 力学不稳定体系！！！
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3.4.1 泡沫的性质
• 泡沫有两种类型： (1) 稀泡沫 气体分子以小的球形均匀分布在较粘稠的液体中。气泡 周围的液膜较厚，且彼此之间相距较远。每个单独存在的 气泡都呈圆球形。
(2) 浓泡沫（多面体泡沫） 气体占的体积分数远大于液体，液体的黏度较小，气泡 很容易上升到液体表面，泡沫相互聚集，气泡之间被很薄 的液膜隔开，形成一个网状结构。在表面张力和重力的共 同影响下，气泡之间的隔膜变薄，而气泡的形状大小各异。
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接触角(contact angle)
在气、液、固三相交界点，气-液与固-液界面张 力之间的夹角称为接触角，通常用q表示。
若接触角大于90°，说明液体不能润湿固体， 如汞在玻璃表面；
若接触角小于90°，液体能润湿固体，如水在 洁净的玻璃表面。
接触角的大小可以用实验 测量，也可以用公式计算：
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接触角(contact angle)
Young方程
cos sg sl lg
（1）完全润湿
sg
sl
l
时
g
cos 1, 0
sg sl lg 时，Young方程不成立，
但液体仍然可以在固体表面完全铺展开来；
（2）润湿 0 sg sl lg时，1> cos 0, 90
分散相 (内相、不连续相) 分散介质 (外相、连续相) 水相 / 油相
液滴粒径 （mm）
＞ 1mm 0.1~ 1mm 0.05~0.1mm
＜0.05 mm
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乳液的外观
白色乳状液 泛蓝光的乳液 灰白半透明液
透明液体
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3.2.1 乳状液的类型及形成
乳状液的类型 1 水包油 O / W
cos s-g l-s l-g
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接触角(contact angle)
接触角的大小由三种
界面张力的相对大小
决定。
g
l-g M 使液滴收缩
s-g
使液滴铺开
A
l
s
N s-l
使液滴收缩
sg dl sl dl lg dl cos
Young方程:
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cos sg sl lg
以聚氧乙烯基为亲水基的 非离子表面活性剂 包裹在胶束外层的长链中
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增溶量：100mL已标定的浓度的表面 活性剂溶液中，滴加被增溶物，当达饱 和开始析出时的物质的量（mol）
4＞2 ＞ 1 ＞ 3
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3.1.3 增溶作用的主要影响因素
3.1.3.1 表面活性剂的化学结构 1. 非离子型＞阳离子型 ＞阴离子型 2. 胶束越大，增溶量越大。 3. 直链型＞支链型 4. 疏水基含有极性基团
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3.1.3.2 被增溶物的化学结构 链长、不饱和度、支链、环化程度…… 有个问题？？
3.1.3.3 温度的影响
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3.1.3.4 添加无机电解质的影响 3.1.3.5 有机添加剂的影响
添加极性物质:会对另一种极性物质 的增容度降低； 添加非极性物质:会使胶束胀大，有 利于极性有机物的增容。
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3.2.4 乳化剂的破乳
物理法 ： 离心法 电沉积法 超声波法 过滤法
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化学法：破乳剂 顶替作用 湿润作用 絮凝作用
破坏界面膜
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3.2.5 乳化和破乳的应用
农药生产、金属加工、沥青乳化 食品、化妆品 原油开采
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3.3 润湿功能
润湿是固体表面的一种流体被另一种流体所取代的过程。
乳化
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例1、将1g油滴散成半径为1nm 的小油滴（视为球 形）其表面积增加了多少倍？
解：对大油滴
AS
4 r2
4
1
(4 / 3)
2
/
3
cm2
4.84104 cm2
对小油滴
As1
(4
/
106
3)
r13
4 r12
3 106 r1
3.0 103 m2
As1 3.0 107 m2 6.2 106 As 4.84
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3.2.1.2 影响乳状液类型的主要因素
1、 相体积（25.98%—74.02%）：根据液珠相体积分 数可判断乳状液类型 2、 乳化剂的分子结构和性质：易溶于水乳化剂形成 O/W乳状液 3、 乳化器的材质 4、 两相的聚结速度
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3.2.2 影响乳状液稳定性的因素
2 性质
亲油基
有分支结构的湿润性和渗透性较好 去污能力较差
分子量
分子量小的的湿润性和渗透性的较好 分子量大的洗涤、分散、乳化能力较好
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阴离子型
非离子型
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皮肌炎图片——皮肌炎的症状表现
❖ 皮肌炎是一种引起皮肤、肌肉 、心、肺、肾等多脏器严重损害 的，全身性疾病，而且不少患者 同时伴有恶性肿瘤。它的1症状 表现如下：
剖 面 图
凹液面
会产生一个指向气体的附加压力。 凹面上向下的总压力为：Po-Ps 所以凹面上所受的压力比平面上 小。
剖 面 图
附加压力示意图
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附加压力示意图
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2）Laplace公式
球形液面
Ps
(1
R21
1 R2
)
Ps R'
凸面的曲率半径取正值 凹面的曲率半径取负值 （附加压力总是指向球面的球心）
4 农药中的应用
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3.4 起泡和消泡作用
打开啤洒、香槟瓶即有大量泡沫出 现等，液体泡沫。 面包、蛋糕等弹性大的物质以及 泡沫塑料、饼干等为固体泡沫。
泡沫中连续相是什么？分散相是什么？？
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“泡”就是由液体薄膜包围着气体。 “泡沫”是气体分散于液体中的分散体系。
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铺展系数(spreading coefficient)
等温、等压条件下，单位面积的液-固界面取代 了单位面积的气固界面并产生了单位面积的气液 界面，这过程表面自由能变化值的负值称为铺展 系数，用S表示。若S≥0，说明液体可以在固体表 面自动铺展。
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铺展系数(spreading coefficient)
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3.3.2 表面活性剂的润湿作用
这种借助表面活性剂来润湿物体的作用叫润湿作用 1 在固体表面发生定向吸附
2 提高液体的湿润能力
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3.3.3 润湿剂
这种能使液体湿润或能加速固体表面湿润的表面活性剂
叫做湿润剂 1 分子结构
位于分子中间时湿润性能比较强
亲水基位置
位于分子末端时去污能力比较强
| 润湿剂 |—增溶剂——| |
石蜡 W/O乳化剂
|去污|
聚乙二醇
|—— 渗透作用 ———|
| ——— O/W 乳化剂 ————|
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3.2.3 乳化剂及其选择依据
乳化剂与分散相的亲和性。 乳化剂的配伍作用 乳化剂体系的特殊要求
食品、化妆品用乳化剂应无毒、无特殊气味。 冰淇淋用硬脂酸单甘油醋作乳化剂。 雪花膏等则用司潘—吐温混合乳化剂 乳化剂的制造工艺不宜过分复杂，原料来源应丰富； 使用要方便。
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（2）、弯曲液体表面的一些性质
1）附加压力
平液面
向下的大气压力为Po， 向上的反作用力也为 Po 附加压力Ps：
Ps = Po - Po =0
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剖面图
液面正面图
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接触角(contact angle) 接触角的示意图：
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凸液面
产生一个指向液体内 部的附加压力Ps。凸 面上受的总压力为： Po+ Ps
S G ( l-s l-g s-g )
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❖ 由于目前还难以从实验上测定固-气与固-液界面张力，所 以以上都只是在理论上的分析，在实际工作中不可能作为 判断的依据。
❖ 由于发现润湿现象还与接触角有关，而接触角可以通过实 验来测定，因此可以和以上内容相结合，作为解释润湿现 象的依据。
表面活性剂在水溶液中达到临界胶束浓度后， cmc 一些水不溶性或微溶性物质在胶束溶液中
的溶解度可显著增加并形成透明胶体溶液，
这种作用即增溶作用。
C/%
没有两相界面存在
是热力学稳定体系
溶液的其他物理性质没有明显改变。
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3.1.2 增溶作用的方式
1 非极性分子在胶束内的增溶
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固体能为液体所润湿；
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接触角(contact angle)
Young方程
cos sg sl lg
（3）不润湿 sg sl时，cos 0,90 180
固体不能为液体所润湿；
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接触角(contact angle) 接触角的示意图：
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3.2.2 影响乳状液稳定性的因素
乳状液属于分散体系，两相间存在巨大的界面积，是热 力学不稳定体系！！！
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3.2.2 影响乳状液稳定性的因素
乳状液属于分散体系，两相间存在巨大的界 面积，是热力学不稳定体系！！！
表面张力：加入surfactant，降低表面张力 界面膜的性质：加入足量surfactant，选择直链
在胶束内部， 被增容的物质 完全处于非极 性环境中。
4
2 在表面活性剂分子间的增溶
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分子结构与表面活性剂类似 的极性有机化合物 栅栏之间 甚至拉入内部。
5
3 在胶束表面的吸附增溶
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既不溶于水也不溶于油的 小分子极性有机化合物 在胶束表面增容
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4 聚氧乙烯基间的增溶
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结构 界面电荷 乳状液分散介质的黏度：分散相η大，稳定 固体粉末的加入
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3.2.3 乳化剂及其选择依据
合成表面活性剂 高分子化合物
天然化合物
固体粉末
1、 HLB值法
亲油 | 亲水
HLB值 0 1 Hale Waihona Puke Baidu 6 7 8 10 12 13 15 18 20
| |消泡| — |
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固—液界面（润湿作用）
在等温等压条件下，单位面积的液面与固体表 面粘附时对外所作的最大功称为粘附功，它是液 体能否润湿固体的一种量度。粘附功越大，液体 越能润湿固体，液-固结合得越牢。
在粘附过程中，消失了单位液体表面和固体表 面，产生了单位液-固界面。粘附功就等于这个过 程表面吉布斯自由能变化值的负值。
1
2
2 油包水 W / O
3 套圈型O/W/O 、W/O/W
3
4
乳状液的类型的鉴别
1. 稀释法：牛奶可用水稀释，是O/W型，原油是W/O型，可用油稀释；
2. 染料法：水溶性染料加入乳液中，溶液显色O/W型，分散液滴显为 W/O.
3. 电导法: O/W型,导电性好， W/O型导电性差
4. 滤纸湿润法：若迅速铺展，在中心留下油滴，则为O/W
表面活性剂化学
第三章 表面活性剂的功能与应用
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1
增溶作用 乳化作用 润湿作用 起泡与消泡 洗涤作用 分散作用
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功能 应用
肥皂、洗涤剂 化妆品 食品加工 石油、建筑 纺织工业 金属加工
2
s / 溶解度
3.1 增溶作用 Solubilization
3.1.1 增溶作用的定义和特点
❖ 1、早期皮肌炎患者，还往往 伴有全身不适症状，如-全身肌肉 酸痛，软弱无力，上楼梯时感觉 两腿费力；举手梳理头发时，举 高手臂很吃力；抬头转头缓慢而 费力。
3.3.4 表面活性剂在润湿方面的应用
1 矿物的泡沫浮选：硫化矿含硫捕集剂 氧化矿：含氧或氮的活性剂
2 金属的防锈、缓蚀
3 织物的防水、防油处理
只有浸湿功大于或等于零，液体才能浸湿固体。 在浸湿过程中，消失了单位面积的气、固表面， 产生了单位面积的液、固界面，所以浸湿功等于 该变化过程表面自由能变化值的负值。
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浸湿功(work of immersion)
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Wi G ( ls g-s )
Wi 0能浸湿。 30
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粘附功(work of adhesion)
Wa G ( ls gl g-s )
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浸湿功(work of immersion)
等温、等压条件下，将具有单位表面积的固体 可逆地浸入液体中所作的最大功称为浸湿功，它 是液体在固体表面取代气体能力的一种量度。
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3.1.4 增溶作用的应用
乳液聚合： 开采石油：SAS+助剂+油混合搅动形成胶束溶液，能溶解原油。 胶片生产 洗涤剂
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3.2 乳化与破乳作用
一种或多种液体以微小液滴状分 散到另一种不相混溶的液体中所形 成的多相分散体系，称为乳状液。 这种形成乳状液的过程称为乳化。