乳液与表面活性剂

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通常指分子量大于1000,具有表面活性的物质。如:高分子聚磷酸酯( 盐) 以及硅氧烷磷酸酯等,它是通过亲水和亲油两种试剂反应制得。 广义上,凡是能够改变界面性能的大分子物质皆可称为高分子表面活性剂。 与常用的低分子表面活性剂相比,高分子表面活性剂降低表面张力的能 力差;渗透力弱;起泡力差,但形成的泡沫稳定;乳化力强;分散力或 絮凝力优良。 故可用作增粘剂、凝胶剂、流动性改进剂、絮凝剂、分散剂、胶体稳定 剂、乳化剂、保湿剂、抗静电剂、润滑剂等。
特种表面活性剂和功能性表面活性剂
含氟表面活性剂:具有高表面活性,高耐热性、高化学惰性、憎水、憎油, 可作为表面憎水剂、憎油剂。 含硅表面活性剂:有很强的降低表面张力性能及优良的润湿性。 含磷表面活性剂:表面活性高、抗电解质及抗硬水性较强、生物降解性好。
含硼表面活性剂:沸点高、不挥发、高温下极稳定、又能水解。
表面活性剂在水中随着浓度增大,表面上聚集的活性剂分子形成定向排列的紧密单 分子层,多余的分子在体相内部也三三两两的以憎水基互相靠拢,聚集在一起形成
胶束,这开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度。
表面活性剂浓度
溶液的性质: 表面张力﹑电导率﹑渗透压﹑蒸汽压等物理性质都发生明显变化.
2.3.2 CMC的测定
两性离子型表面活性剂价格较高。
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
高分子表面活性剂
阳离子表面活性剂 R-NH2· HCl 伯胺盐
CH3 | R-N-HCl | H 仲胺盐 CH3 | R-N-HCl | CH3 叔胺盐 CH3 | R-N+-CH3Cl| CH3 季胺盐
特点:良好的表面活性作用,具有很强的杀菌作用。
应用:杀菌、防腐、皮肤、粘膜手术器械的消毒。
常用品种:
苯扎氯铵(洁尔灭)、苯扎溴铵 (新洁尔灭) 常用浓度0.01-0.02%,杀菌力强、稳定。
O 表面活性单体聚合
O 亲水一疏水性单体共聚
O 高分子聚合物化学改性
性能良好的化学合成高分子 表面活性剂主要有氧化乙烯硅氧烷共聚物、乙烯亚胺共 聚物、乙烯基醚共聚物、烷 基酚-甲醛缩合物-氧化乙烯 共聚物等
按表面活性大单体中亲水/ 疏水链段的不 同连接方式, 所制备的高分子表面活性剂 具有如图所示的三种结构
表面活性剂的效率与有效值在数值上常常是相反的。 例如,当憎水基团的链长增加时,效率提高而有效值降低。
2.3.1胶束 (micelle)
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 相结合,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。
胶束的类型
2.3.2 临界胶束浓度简称CMC
R-NHCH2-CH2COOH 氨基酸型
两性表面活性剂
特 点
CH3 | R-N+-CH2COO| CH3
甜菜碱型
碱性水溶液中呈阴离子性质,起泡性良好、去污力亦强;
酸性水溶液中呈阳离子性质,杀菌力很强,毒性小。
对织物有优异的柔软平滑性和抗静电性;有一定的杀菌性和抑菌性;有良 好的乳化性和分散性;与其它类型表面活性剂有良好配伍性;有很好的润 湿性和发泡性;低毒性、低刺激性;极好的耐硬水性;良好的生物降解性。
包括可聚合单体表面活性剂如烯丙氧基羟丙磺酸钠AHPS(又称COPS 1), 甲基丙烯酸羟丙磺酸钠HMPS,和可聚合乳化剂 SE-10,非离子SN-10等
O 1, 乳液概述 O 2,胶束表面活性剂概述 O 3,表面活性剂的基本特性
O 4,表面活性剂的稳定性
2.1 乳液
2.1.1,定义:
乳液是两种液体所构成的分散系统。它是一种液体以极小 的液滴形式分散在另一种与其不相混溶的液体中所构成的。
O/W型乳剂 外观 稀释 乳白色 可用水稀释
W/O型乳剂 油状色近似 可用油稀释
导电性
水溶性颜料 油溶性颜料
导电
外相染色 内相染色
不导电或几乎不导电
内相染色 外相染色
普通乳(emulsion):1~100m,乳白色不透明液体。
亚微乳(submicroemulsion),0.1~0.5m,
纳米乳(nanoemulsion):又称微乳 (microemulsion),10~100nm。
羧酸盐
(RCOONa)
性质:具有良好的乳化能力,易被酸及多价盐破坏,电解质使之盐析。 应用:具有一定的刺激性,只供外用。
硫酸酯盐 ( R-OSO3Na )
性质:可与水混溶,为无刺激的去污剂和润湿剂;乳化性很强来自百度文库稳定、耐酸、 钙,易与一些高分子阳离子药物发生作用产生沉淀。 应用:代替肥皂洗涤皮肤;有一定刺激性,用于外用软膏的乳化剂。
两性离子型 把二甲基十四烷基环氧丙基氯化铵(MTGA) 接枝到壳聚糖上, 得到
壳聚糖季铵盐(CTSQ) ,之后再用氯磺酸P甲酰胺为磺化剂进行磺化,该反应得到 APCTSS。该表面活性剂兼具两性高分子和两性表面活性剂的吸湿性极强的新 型壳聚糖两性高分子表面活性剂的特点。
化学合成高分子表面活性剂 合成方法
天然改性高分子表面活性剂
CMC系列高分子表面活性剂分子结构式
淀粉基表面活性剂 纤维素类表面活性剂 壳聚糖类表面活性剂
O 1 淀粉基表面活性剂
O 2 纤维素类表面活性剂
O 3 壳聚糖类表面活性剂
羧甲基淀粉
磷酸酯淀粉
两性改性淀粉
山梨醇类表面活性剂
O 1 淀粉基表面活性剂
O 2 纤维素类表面活性剂
O 3 壳聚糖类表面活性剂
庚基乙二醇十二烷基醚的表面张力 和浓度的关系
十二烷基磺酸水溶液的电导率 和浓度的关系
2.3.4 亲水亲油平衡值
定义:HLB( hydrophile – lipophile balance) 系
表面活性剂中亲水和亲油 基团对油或水的综合亲合 力,是用来表示表面活性 剂的亲水亲油性强弱的 数值。 HLB值范围:HLB 0~40, 其中非离子表面活性剂 HLB 0~20,即石蜡为0, 聚氧乙烯为20。
碳氢链的长度:同类型表面活性剂的临界胶团浓度随疏水基增大而降低;离子 型表面活性剂碳氢链的碳原子数在8-16范围内,cmc随碳原子数变化呈现一定
规律:同系物每增加一个碳原子,cmc下降约一半。非离子型表面活性剂,
cmc受疏水基碳原子数的影响更大。一般每增加两个碳原子,cmc下降至1/10。
碳氢链的分支:具有同样化学组成的表面活性剂分子异构体中,直碳氢链的表 面活性剂,其cmc最低,支化度越高,cmc越高。 极性基团的位置:碳氢链相同时,极性基越靠近中间位置的,cmc越大。 碳氢链中其他取代基的影响:碳氢链中有双键时,其cmc较饱和化合物高。在 疏水链中有苯基时,一个苯基约相当于3.5个CH2基团。
O 1 淀粉基表面活性剂
O 2 纤维素类表面活性剂
O 3 壳聚糖类表面活性剂
阴离子型 将羧甲基壳聚糖与不同碳链长度的烷基缩水甘油醚在碱性条件 下
进行反应,合成了一系列新型的两亲性化合物
非离子型 用溶在冰醋酸中的壳聚糖与磷酸反应,得到壳聚糖衍生物N-亚甲基
磷酸壳聚糖(NMPC) ,结构式如下图所示
与低分子表面活性剂一样, 高分子表面活性剂也可分为阴离子型、阳离子型、 两性离子型和非离子型四大类
按来源划分,可分为天然高分子表面活性剂、天然改性高分子表面活性 剂及合成高分子表面活性剂
天然类高分子表面活性剂的 种类较多,有纤维素类、淀 粉类、腐植酸类、木质素类、 聚酚类、单宁和栲胶、植物 胶和生物聚合物等
2.5表面活性剂的作用与应用
①润湿作用:
表面活性剂可以降低液体表面张力,改变接触角 的大小,从而达到所需的目的。 例如,要农药润湿带蜡的植物表面,要在农药中 加表面活性剂;如果要制造防水材料,就要在表 面涂憎水的表面活性剂,使接触角大于90°。
浮游选矿的原理图
首先将粗矿磨碎,倾入浮选池中。在池水中加入捕集剂和起泡剂等表面活性剂。 搅拌并从池底鼓气,带有有效矿粉的气泡聚集表面,收集并灭泡浓缩,从而达 到了富集的目的。不含矿石的泥砂、岩石留在池底,定时清除。
破坏氢键
2.4表面活性剂分类 通常采用按化学结构来分类,分为离子型和非离子型两大 类,离子型中又可分为阳离子型、阴离子型和两性型表面 活性剂。
阳离子型 1.离子型 表面活性剂
阴离子型
两性型
2.非离子型
RCOONa
羧酸盐
阴离子表面活性剂
R-OSO3Na 硫酸酯盐 R-SO3Na 磺酸盐
R-OPO3Na2 磷酸酯盐
不同HLB值表面活性剂的适用范围
HLB值计算:
并不是所以表面活性剂HLB值能用算式计算,须用实验方法加 以验证。
2.3.5 Krafft点和昙点
Krafft点
离子表面活性剂在水中的溶解度随温度升高至某一温度时, 其溶解度急剧升高,该温度称为Krafft点。 起昙与昙点 因加热聚乙烯型非离子表面活性剂溶液发生混浊的现象称为 起昙,此时的温度称为浊点或昙点(cloud point)。
疏水链的性质:含碳氟链的表面活性剂,其cmc要比同碳原子数的碳氢链表面
活性剂低得多,相应地表面活性要高得多。碳氢链中的氢被氟部分取代的表面
活性剂,其cmc随被取代程度的增加而减少。其他因素:除表面活性剂的化学 结构外,添加剂(如无机盐、极性有机物)对表面活性剂的cmc会有影响;温 度对cmc也会有影响。
1. 表面张力法:以表面张力对浓度的对数作图,曲线的转折点即为CMC值。 适合于离子表面活性剂和非离子型表面活性剂。 2. 电导法:以表面活性剂溶液的摩尔电导率对浓度或浓度的平方根作图, 曲线的转折点即CMC值。适合于离子表面活性剂。 3. 染料法:表面活性剂溶液增容染料前后吸收光谱的变化。 4. 光散射法:胶束的形成与散射光强度成正比。
定义 能使水的表面张力明显降低的溶质称为表面活性物质。 这种物质通常含有亲水的极性基团和憎水的非极性碳链 或碳环有机化合物。亲水基团进入水中,憎水基团企图 离开水而指向空气,在界面定向排列。 表面活性物质的表面浓度大于本体浓度,增加单位面积 所需的功较纯水小。非极性成分愈大,表面活性也愈大。
C17H35COONa
磺酸盐 ( R-SO3Na )
性质: 水溶性及耐酸、耐钙、镁盐性比硫酸化物差,但不易水解。 应用: 用作胃肠脂肪的乳化剂和单脂肪酸甘油酸的增溶剂;较好的洗涤剂。
磷酸酯盐 ( R-OPO3Na2 )
性质:低毒性,低刺激性,生物降解性好,对织物具有抗静电性和阻燃性,具有较低 的表面张力, 润湿性好, 乳化性好。 应用:在日用化学工业中的应用 ;在化妆品及医药工业中的应用; 在农药和造纸工 业中的应用;在塑料皮革工业中的应用; 在涂料及冶金工业中的应用
②起泡作用
“泡”就是由液体薄膜包围着气体。 有的表面活性剂和水可以形成一定强度的薄 膜,包围着空气而形成泡沫,用于浮游选矿、 泡沫灭火和洗涤去污等,这种活性剂称为起 泡剂。 也有时要使用消泡剂,在制糖、制中药过程 中泡沫太多,要加入适当的表面活性剂降低 薄膜强度,消除气泡,防止事故。
2.1.3,乳液的组成 互不相容的两相和乳化剂 (表面活性剂)
2.1.4, 乳液类型的判别方法 稀释法-能够被连续相稀释 电导法-电导性能 染色法-染料溶解与相应的相
检验水包油乳状液
加入水溶性染料如亚甲 基蓝,说明水是连续相。 加入油溶性的染料红 色苏丹-3,说明油是 不连续相。
2.2 表面活性剂
习惯上将不溶于水的有机物称油,将不连续以液珠形式存在的相称为 分散相或者内相,将连续存在的液相称为连续相(分散介质)或者外相。
2.1.2,分类:
水包油(Oil/Water - O/W) 如:牛奶 油包水(W/O) 如:原油
Oil in Water (O/W): Oil droplets dispersed in water Water in Oil (W/O): Water droplets dispersed in oil
硬脂酸甘油酯+3NaOH-3C17H35COONa+ 甘油
2.3 表面活性剂的基本特性
表面活性剂效率:使水的表面张力明显降低所需要的表面活 性剂的浓度。显然,所需浓度愈低,表面活性剂的性能愈好。 表面活性剂有效值:能够把水的表面张力降低到的最小值。 显然,能把水的表面张力降得愈低,该表面活性剂愈有效。
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