第五章：表面活性剂

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非离子表面活性剂 特点和应用
非离子表面活性剂因在水中不电离以及能够精细 地改变分子结构而具有独特的性质。 非离子表面活性剂去除油性污垢的能力很强，而 且具有防止污垢在合成纤维表面再沉积的能力。 它们的临界胶束浓度也比离子型表面活性剂低一 到二个数量级。
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（２）：临界胶束浓度
表面活性剂开始形成胶束的最低浓度为临界胶束 浓度，简称CMC。(严格讲是一个范围） a) CMC浓度非常低，在0.0001～0.02 M左右。 b)可通过测定表面活性剂溶液的物理性质得到CMC （电阻率、渗透压、蒸气压、粘度、密度等有显著 变化） c)使用时浓度稍高于CMC，其表面活性的性能充分 发挥。 • CMC是反映表面活性剂的一个重要指标。
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表面自由能：
增加液体的表面积实际上是将液体内部分子拉倒表 面的过程。由于表面分子有向内运动的趋势，因此必须克服 分子间的吸引力，把分子拉开，才能将内部分子转移到表面 而增加表面积, 这个过程中外界所消耗的功则转化为表面 层分子的位能, 这种能量即称为表面能或表面自由能。 将内部分子转移到表面引起表面增加时自由能的增加，即在 一定温度，一定压力下的可逆功，单位面积表面自由能的增 加值。
+
n H2C O
CH2 n H2C O CH2
C14 H29
(OCH2CH2) C7H15 CH
n
OH C6H13
C6H13
+
(OCH2CH2)n OH
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• B: 烷基酚聚氧乙烯醚
在非离子型表面活性剂中仅次于乙烯醚脂肪醇 聚氧乙烯醚类 ，占第二位。其中最重要的是壬基 酚聚氧乙烯醚，商品牌号为乳化剂OP系列产品。它 具有优良的洗涤性能，价格较低。缺点是生物降解 性差，对鱼类有毒性。
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（４）：增溶
增溶： 一般认为在ＣＭＣ浓度以上的表面活性 溶液中加入难溶或不溶于水的有机物质时，就得 到溶解的透明水溶液，这就称增溶现象。
增溶的机制和胶束的结构有关。
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５．3
FAS的主要用途是配制液状洗涤剂、餐具洗涤剂、 各种香波、牙膏、纺织用润湿和洗净剂以及化学 工业中的乳化聚合。此外，粉状的FAS可用于配 制粉状清洗剂、农药用润湿粉剂。
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（３）：酯及酰胺的磺酸盐
丁二酸酯磺酸盐，又名琥珀酸酯磺酸盐 渗透剂T, 高效渗透剂，润湿、乳化（农药）、 起泡性能好，不耐酸碱（？）。
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（１）：聚氧乙烯醚型非离子表面活性剂 A、脂肪醇聚氧乙烯醚类 B、烷基苯酚聚氧乙烯醚类
• A: 脂肪醇聚氧乙烯醚是近代非离子型表面活 性剂中最重要的一类产品。目前几乎在 各类 洗涤剂中，都或多或少用到这类表面活性剂 。
C14 H29 OH C7H15 CH OH
。
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5.1 概述：
1. 概念： • 表面活性剂(surfactant)是指具有固定的亲水亲 油基团，在溶液的表面能定向排列，并能使表面 张力显著下降的物质。
表面活性剂达到一定浓度后可缔合形成胶团，从而具有润湿 或抗粘、乳化或破乳、起泡或消泡以及增溶、分散、洗涤、防 腐、抗静电等一系列物理化学作用及相应的实际应用，成为一 类灵活多样、用途广泛的精细化工产品。
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பைடு நூலகம்
（b ）:
烷基萘磺酸盐 如渗透剂 BX，分散剂 MF 广泛用于纺
织印染、造纸、橡胶工业。
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(2) : 脂肪醇硫酸盐（FAS） 又叫烷基硫酸盐。这类活性剂中最重要的品种是 基于椰子油的C12~C14和基于牛油的C16~C18烷基硫 酸盐，如十二烷基硫酸盐（月桂醇硫酸盐）。它 们的抗硬水性较好，但耐水解能力较差，尤其在 酸性介质中，易水解成脂肪醇与硫酸盐。
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（１）：铵盐型表面活性剂
化学式： 索罗明A、阿科维尔A等，织物柔软 整理剂
索罗明A：由硬脂酸和三乙醇胺缩合，在再与HCOOH中和产物。
阿科维尔A等，由硬脂酸和氨基乙基乙醇胺缩合再与尿素反应，醋酸中和后 复杂产物。优良的纤维柔软整理剂
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R
结构 Ｒ－ＣＯＯ－Ｎa＋（Ｋ＋、ＮＨ４＋） Ｒ－ＯＳＯ３－Ｎa＋（Ｋ＋、ＮＨ４＋）
R SO3Na
SO3Na
离
子 表
面
活 性 剂 磷酸
烷基萘磺酸盐
OR OR P O OM
OR P O OM OM
磷酸双酯盐
酯盐
磷酸单酯盐
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（１） 烷基芳基磺酸盐
比较下列物质的λmax和深色效应大小 A
N=N
N(CH 3)2
B
NC
N=N
N(C2H5)2
C
NO2
N=N
N(CH3)2
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有机颜料为
的有色有机物
染料是能使其他物质获得鲜明和坚牢色泽的 有色有机化合物 色淀是 的 荧光增白剂吸收 ，经与 。 光，发出 作用生成
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非离子型表面活性剂的分类
类 型 非 离 子 表 面 活 性 剂 名称 脂肪醇聚氧乙烯型 聚氧 乙烯 脂肪酸聚氧乙烯 型 聚氧乙烯烷基胺 烷基酚聚氧乙烯醚
R
结构
H ( CH2CH2O )n OR
O ( CH2CH2 O)n H
H ( CH2CH2 O )n OCOR
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（3）：界面电荷
界面电荷变化，引起表面张力咋变化。离子型表面活 性剂能影响到各种分散在水中的颜料、油脂的电动电位， 几乎所有在实际应用的颜料和油脂，它们在水中都具有负 电荷，如在溶液中存在阴离子表面活性剂，则负电荷就大 大增加。通过表面活性剂，改变固体的电荷状态，影响胶 体的稳定性。
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胶束概念
当表面活性剂达到一定浓度即ＣＭＣ时，急 速聚集成一定现状的分子和离子集合体。
胶团（束）形状
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表面活性剂在溶剂中的状态
• 当溶液浓度低于CMC时，由于表面活性剂分子的界面吸附和 在界面上定向排列，溶液的表面张力随浓度的增高而迅速降 低，其使用性能亦相应地提高。直至达到CMC时，表面活性 剂已在溶液的界面上排列成单分子膜，此时表面张力降至最 低点，不再随浓度变化引起表面张力的降低。
R N CH2CH2 ( CH2CH2 O)n H CH2CH2 ( CH2CH2 O)n H
聚氧乙烯烷醇酰胺
O
R C N
CH2CH2 OH ( CH2CH2 O)nCH2OH
多元 甘油脂肪酸酯（单.双酯） RCOOCH2CH(OH)CH2OH 醇脂 RCOOCH2C(CH2OH)3 肪酸 季戊四醇脂肪酸酯 酯型 山梨醇脂肪酸酯 RCOO(C6H8)(OH)5
（２）：季铵盐型阳离子表面活性剂
十六烷基三甲基溴化铵
新洁尔灭， 学名十二烷基二甲基苄基溴化铵
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非离子表面活性剂
非离子型表面活性剂在水溶液中不电离，其亲水 基主要是由具有一定数量的含氧基团组成。正是这 一特点决定了非离子型表面活性剂在某些方面比离 子型表面活性剂优越。
烷基三甲基氯化铵
结构
HClR NH2 +·
HClR NHCH3 ·
R N(CH3)2 · HCl+
+
R
N(CH3)3 · Cl+
+
季 胺 盐
烷基二甲基
苄基氯化铵
R
CH3 N CH3 CH2
Cl-
+
烷基吡啶盐
R
N
X-
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阳离子表面活性剂
所有工业上的阳离子表面活性剂都是有机氮化合 物的衍生物。它们大致可分为两类：一类是胺盐 型阳离子表面活性剂；另一类则是季铵盐型阳离 子表面活性剂，在化合物本身的分子中带有正电 荷。 阳离子表面活性剂很少作清洗用。主要用作抗静 电剂，织物的柔软剂。此外，阳离子表面活性剂 也可用于防霉和杀菌。
表面活性剂的结构和分类
表面活性剂的分类方法： （1）按表面活性剂在水溶液中能否解离及解离后所带 电荷类型分为非离子型表面活性剂、阴离子型表面活性 剂、阳离子型表面活性剂和两性离子型表面活性剂；
（2）按表面活性剂在水和油中的溶解性可分为水溶性 和油溶性表面活性剂； （3）按分子量分类，可将分子量大于10000者称为高分 子表面活性剂，分子量在1000~10000者称为中分子量表 面活性剂及分子量在100~l000者称为低分子量表面活性 剂。
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2
阳离子表面活性剂
阳离子型表面活性剂 正好与阴离子表面活性 剂结构相反。其亲水基 一端是阳离子，故常称 之为“逆性肥皂”或 “阳性皂”。
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阳离子型表面活性剂的分类
类型 阳 离 子 表 面 活 性 剂 名称 伯胺盐 仲胺盐 叔胺盐
有较好的生物降解性能。 广泛应用于洗涤行业。
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烷基芳基磺酸盐应用和特点
• 用于制造洗涤剂的烷基苯中烷链长度一般 为C10~C13。链较短者溶解度大，可用于配 置液体洗涤剂，用于洗衣粉时，多为 C12~C13 烷基苯。 • 烷基苯磺酸钠亲水基团为磺酸基与疏水基 团烷基苯间连接是C-S键，因而他的耐水 解稳定性很好，在热的酸或碱中很稳定。
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２．结构：分子结构具有两亲性 .
—部分是由疏水亲油的碳氢链组成的非极 性基团，另一部分为亲水疏油的极性基。这两 部分分别处于表面活性剂分子的两端。为不对 称的两亲分子结构。 非极性烃链疏水基： 8-20个碳原子以上烃链. 极性亲水基团：羧酸、磺酸、硫酸酯、氨基或 胺基及其盐，也可是羟基、酰胺基、醚键等。
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５．3
表面活性剂的结构和分类
表面活性剂由亲水基团和亲油基团两部分组成， 根据这一特性，可将其分为 ：
1
2 3 4
阴离子表面活性剂 阳离子表面活性剂 非离子表面活性剂 两性表面活性剂
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问题： 水在荷叶表面为何呈滴状？
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5.２
表面活性剂的物理性质
• （１）：表面张力
表面张力就是使液体表面尽量缩小的力， 也可认为是作用于液体分子间的凝聚力。
这就是当一滴单一成分的液体在恒温、恒压条 件下达平衡时，则总呈球状，即具有最小的表面积。 由于表面分子受力不平衡而产生的张力。
1
阴离子表面活性剂
与憎水基团直接连接的原子团带负电
它们在整个表面活 性剂生产中占有相 当大的比重，据统 计，世界表面活性 剂总产量的40%属于 这一类。
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１．阴离子表面活性剂的结构分类：
类型 阴 名称 羧酸盐 硫酸酯盐 磺酸盐 烷基苯磺酸盐
(a): 烷基芳基磺酸盐 R SO3- M+ （产量第一） 阿洛索-OT，十二烷基苯磺酸钠，甘胆酸钠
CH3 (CH2)x CH CH2 (CH2) CH3
y
x+y=6~9
LAS (十二烷基苯磺酸钠) 基本作用
SO 3Na
LAS
降低污垢与物体表面的结合力，促使污垢脱离物体表面，同时
防止污垢再沉积。 优点 易于各种助剂复配，兼容性好，成本较低，同时从环保角度讲，具