第五章2表面活性剂

三、 乳化作用
实验证明，单一纯净的表面活性剂形成的界面膜强度不高。混合表 面活性剂或加入杂质的表面活性剂，界面分子吸附紧密，形成的膜强度 大为提高。
例如，纯净的C12H25SO4Na只能将其水溶液的表面张力降低至38mN/m, 加入少量C12H25OH后，会在界面上形成混合膜，界面张力降低至22mN/m， 并且发现此混合物溶液的表面黏度增加，表明表面膜的强度增加。
悬浮于水相中；O/W/O型是含有分散
油珠的水相悬浮于油相中，如图1-14所示。
a.W/O/W型
b.O/W/O型
图1-14 多重乳状液
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三、 乳化作用
（2）乳状液的物理性质 1）液珠大小与光学性质 乳状液常为乳白色不透明液
体，它的这种外观与分散相液珠大小有直接关系。下表列出 了分散相液珠大小与乳状液外观的关系。
当液膜变薄时，两表面的电相斥 作用开始变得显著起来，防止液膜进 一步变薄。
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二、 泡沫
小结： 影响泡沫稳定性的因素较多，但最重要的是液膜的强 度。 对于表面活性剂作为起泡剂及稳泡剂的情况而言，表面 吸附分子排列的紧密、结实性（强度）为主要因素。 ①表面吸附分子结构紧密、相互作用强时，不仅表面膜 本身具有较大强度，还能使吸附层下面的溶液不易流动（表 面黏度大），排液相对较困难，液膜厚度易于保持； ②表面吸附分子排列紧密，还能减少气体的透过性，从 而增加泡沫的稳定性。
一种有效的消泡剂不但能够迅速破坏泡沫，还要有持久的消泡能力
（即在一段时间内防止泡沫生成）。
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（2）消泡剂
二、 泡沫
常用的消泡剂有以下几类：
1)支链脂肪醇 如二乙基己醇、异辛醇、异戊醇、二异丁基甲醇 等。这些消泡剂常用于制糖、造纸、印染工业中。
2)脂肪酸及其酯 溶解度不大的脂肪酸及其酯，由于毒性极低， 适用于食品工业。如失水山梨醇单月桂酸酯（Span-20）用于奶糖液的蒸 发干燥，用于鸡蛋白和蜜糖液的浓缩，以防止发泡。
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二、 泡沫
2、泡沫的稳定性
泡沫破坏的过程：主要是隔开气体的 液膜由厚变薄，直至破裂的过程。
泡沫的稳定性：主要取决于排液快慢 和液膜的强度，影响泡沫稳定性的主要因 素，就是影响液膜厚度和表面膜强度的因 素。
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二、 泡沫
（1）表面张力
从能量的角度考虑，表面张力越低，生成相同表面积的泡沫，所需 的功越少，体系能量增加越少，越有利于泡沫的形成。
稳泡剂：为了提高泡沫的持久性，会加入增加泡沫稳定性的表面活 性剂，称为稳泡剂。如月桂酸单乙醇酰胺、十二烷基葡萄糖苷等，都是 稳泡剂。
表面活性剂的泡沫性能包括起泡性能和稳泡性能两个方面：
起泡性能：用“起泡力”来表示，即泡沫形成的难易程度和生成泡 沫量的多少；
泡沫稳定性：指生成泡沫的持久性或泡沫寿命的长短。
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二、 泡沫
（2）表面张力的自修复作用 表面张力在泡沫液膜受到冲击变薄时，有使液膜厚度复原，强度恢 复的作用，即表面张力的修复作用。 例如：小针轻轻刺入肥皂膜，肥皂膜可以不破，这说明肥皂膜有自 修复作用。 表面张力的修复作用使泡沫具有良好的稳定性。当液膜受到外力冲 击或扰动时，液膜局部变薄，使液膜面积增大，导致此处表面活性剂浓 度降低，表面张力增加。
的混合膜，使表面黏度提高。
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二、 泡沫
2）界面膜的弹性 表面黏度是产生稳定泡沫的重要条件， 但同时还要考虑膜的弹性。
例如，十六醇能形成表面黏度和强度很高的液膜，但稳泡 作用不好，因为它形成的液膜刚性太强，容易在外界扰动下脆 裂。因此理想的液膜应具有高黏度和高弹性。
另外，液膜内液体的黏度增加，也有利于泡沫稳定性的提 高，因为这样可以使排液速度减缓，起到稳泡作用。
图6-5的A处。
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图6-5 Plateau交界
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二、 泡沫
B处：为两气泡的交界处，形成的气液界面相对比较平 坦，可近似看成平液面；
A处：为三气泡交界处，液面为凹液面，B处液体的压力 大于A处液体的压力，液体自动由B处流向A处，使B处液膜变 薄，这是泡沫的一种自动排液过程。液膜薄至一定程度，会 导致液膜破裂，泡沫破坏。
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三、 乳化作用
2）乳状液的黏度 ①当分散相浓度不大时，乳状液的黏度主要由分散介质 决定，分散介质的黏度越大，乳状液的黏度越大。 ②不同的乳化剂形成的界面膜有不同的界面流动性，乳 化剂对黏度也有较大影响。 3）乳状液的电性质 乳状液的电导主要由分散介质决定。因此，O/W型乳状 液的电导性好于W/O型乳状液。这一性质常被用于鉴别乳状 液的类型。
第五章 表面活性剂
5.1 概述 5.2 阴离子表面活性剂 5.3 两性表面活性剂 5.4 表面活性剂的应用
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5.1 概述 5.1.1 表面活性剂的分类 5.1.2 表面活性剂的功能及其作用
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一、表面活性剂在溶液中的状态
二、泡沫 三、乳化 四、润湿 五、加溶 六、分散 七、洗涤
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❖ 表面活性剂溶液（0.1%）的表面张力、表面黏度与泡沫寿命的关系
表面活性剂
表面张力/ （mN/m）
十二烷基苯磺酸
32.5
钠
月桂酸钾
35.0
十二烷基硫酸钠
38.5
十二烷基硫酸钠 （+0.008%月桂
醇）
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22.0
表面黏度/ （N.s/m2）
3×10-4
39×10-4 2×10-4
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二、 泡沫
3、消泡作用
（1）消泡机理
常用的消泡剂都是易于在溶液表面铺展的有机液体。它在溶液表面 铺展时，会带走邻近表面层的溶液，使液膜局部变薄，直至破裂，达到 消泡的目的。
一般情况下，消泡剂在液体表面铺展越快，液膜变得越薄，消泡作 用也越强。
一般能在表面上铺展，起消泡作用的液体，其表面张力较低，易吸 附在溶液表面，使表面局部张力降低，铺展自此局部开始，同时带走表 面液体，使液膜变薄，泡沫破坏。
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二、 泡沫
（4）气体的透过性 泡沫中的气泡大小不均匀，小泡中的压力比大泡中的压 力高，这样，小泡中的气体通过液膜扩散到邻近的大泡中， 使小泡变小直至消失，大泡变大最终破裂。 气泡的透过性与液膜的黏度有很大关系，液膜的表面黏 度高，气体的相对透过率就低，泡沫越稳定。 表面活性剂吸附于泡沫的液膜上，形成紧密排列的吸附 膜，使液膜的表面黏度升高，在阻止气泡排气的过程中起了 很大作用。
32×10-4
泡沫寿命/s
440 2200
69 1590
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二、 泡沫
结论： ①溶液表面张力的高低与泡沫寿命没有必然的关系。 ②表面黏度越高，泡沫寿命越长。十二烷基硫酸钠溶液的表 面黏度最低，为4-10×2 Nּs/m2，泡沫寿命也最短，为69s。 的少量月桂%0.008③当十二烷基硫酸钠溶液中加入浓度为 醇（十二醇）后，表面张力下降，表面黏度增加，泡沫的寿 命由69s增加到1590s，极大地提高了泡沫的稳定性。这可能 是因为十二烷基硫磺酸钠和月桂醇在气液界面上形成了致密
1、乳状液
能使油水两相发生乳化，形成稳定乳状液的物质就叫乳化剂。它主 要是表面活性剂。
（1）概述
乳状液分为以下几类：
①水包油型，以O/W表示，内相为油，外相为水，如牛奶等。
②油包水型，以W/O表示，内相为水，外相为油，如原油等。
③多重乳状液，以W/O/W或O/W/O表示。
W/O/W型是含有分散水珠的油相
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三、 乳化作用
2、乳状液的稳定性
（1）界面张力
乳状液是一种热力学不稳定体系。低的油-水界面张力 有助于体系的稳定，通常的办法是加入表面活性剂，以降低 体系界面张力。界面张力的高低，表明乳状液形成的难易。 例如，
煤油与水之间的界面张力是35～40mN/m,加入适量表面 活性剂后，可以降低到1mN/m,甚至10-3mN/m以下。这时，油 分散在水中或水分散在油中就容易得多。
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二、 泡沫
1、泡沫的形成
泡沫:是气体分散在液体中的分散体系，气体是分散相，液 体是分散介质。
被分散的气泡成多面体形状。由于气体与液体的密度相差很 大，故液体中的气泡总是很快升至液面，形成以少量液体构成的液 膜隔开气体的泡沫。例如，搅拌肥皂水可以产生泡沫，打开啤酒瓶 就有大量的泡沫出现。
泡沫中各个气泡相交处（一般是 三个气泡相交）形成所谓Plateau交界，
失水山梨醇单月桂酸酯（Span-20）：
制取：以山梨醇为原料，先在真空加热下进行脱水环化，生成失水 山梨糖醇（己六醇），然后与月桂酸（十二酸）进行酯化反应而得。
用途：非离子型表面活性剂。
主要用作膏霜类化妆品的油包水型乳化剂。
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山梨醇分子结构式
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三、 乳化作用
例如，乙醇的表面张力在20℃时为22.4mN/m，易于产生泡沫，但泡 沫不稳定，易破裂。
表面活性不太高的蛋白质、明胶等虽然产生泡沫不像乙醇容易，但 泡沫一旦形成却很稳定。
说明：表面张力低易于产生泡沫，但不能保持泡沫有较好的稳定性。 只有表面膜有一定强度，能形成多面体泡沫时，表面张力的排液作用才 能显示出来。如果液膜的表面张力低，在Plateau交界和平面膜间的压差 就会小，液膜排液的速度就慢，此时低表面张力才有利于泡沫的稳定。
三、 乳化作用
（3）界面电荷
以离子型表面活性剂作为乳化剂时，乳状液液滴必然带 电。表面活性剂在界面吸附，亲油基在油相，亲水基在水相， 与无机反离子形成扩散双电层。
由于乳状液液滴带有相同电荷，液滴接近时会相互排斥， 从而防止液滴聚结，提高了乳状液的稳定性。
对于离子型表面活性剂作乳化剂的乳状液来说，界面电
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二、 泡沫
如图所示，A处液膜比B处液膜薄。由于B处的表面 活性剂浓度高于A处的浓度，所以表面活性剂由B处向A 处迁移，使A处的表面活性剂浓度恢复，同时带动邻近 的液体一起迁移，使A处的液膜厚度恢复。
图1-12 表面张力的自修复作用
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二、 泡沫
（3）界面膜的性质 决定泡沫稳定性的关键因素在于液膜的强度，液膜的强 度主要体现在液膜的表面黏度和弹性。 1）表面黏度 表面黏度指液体表面单分子层内的黏度。 它通常是由表面活性剂分子在表面上所构成的单分子层产生 的。下表列出了几种表面活性剂水溶液的表面张力、表面黏 度和泡沫寿命。
另一种排液过程是因重力作用产生的向下排液现象，使 液膜减薄。
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二、 泡沫
起泡剂：起泡性好的物质称为起泡剂。一般肥皂、洗衣粉中的表面 活性剂都是起泡剂。起泡剂只在一定条件下（搅拌、鼓气等）具有良好 的起泡能力，但生成的泡沫不一定持久。例如，肥皂与烷基苯磺酸钠都 是良好的起泡剂，但肥皂生成的泡沫持久性好，后者却较差。
类似的例子还有
十六烷基硫酸钠与胆甾醇（胆固醇），
脂肪酸盐与脂肪酸，
脂肪胺与季铵盐等。
混合乳化剂的特点：组成中有一部分为表面活性剂（水溶性），另
一部分为极性有机物（油溶性），其极性基一般为-OH、-NH2、-COOH等
2020易/4/1于0 形成氢键的基团。
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胆固醇分子结构式
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加入表面活性剂，体系界面张力下降，是形成乳状液
2020的/4/1必0 要条件，但不是乳状液稳定性高低的衡量标志。
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三、 乳化作用
（2）界面膜的性质 在油水体系加入乳化剂后，由于乳化剂的两亲分子结构， 它必然要吸附在油水界面上，形成界面膜。界面膜具有一定 的强度，对乳状液中分散的液滴有保护作用，对乳状液的稳 定性起着重要作用。 当表面活性剂浓度较低时，界面膜强度较差，形成的乳 状液不稳定。表面活性剂增加到一定浓度，能够形成致密的 界面膜，膜的强度增大，液珠聚结时受到的阻力增大，这时 的乳状液稳定性较好。 表面活性剂分子的结构对膜的致密性也有一定影响，直 2020链/4/1型0 在界面上的排列较支链型紧密，形成的膜强度更大。 24
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二、 泡沫
（5）表面电荷 若泡沫液膜的表面带有同种电荷，当液膜受到挤压、气流冲击或重
力排液，会使液膜变薄，当液膜薄到一定程度大约为100nm时，就会产生 电斥作用，阻止液膜继续减薄以至破裂。
使用离子型表面活性剂作起泡剂，它在水中离解会产生电荷。如十 二烷基硫酸钠在水中电离后生成C12H25SO4-离子，使液膜表面带负电，Na+ 在液膜内，形成两层离子吸附的双电层结构，如下图所示。