表面活性剂基础-PPT课件.ppt
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- 表面活性剂 基础 PPT 课件
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1、第第 二二 章章 表面活性剂表面活性剂 刘程刘程化学与材料工程学院化学与材料工程学院“工业味精”之美称n其中50%以上用于纤维工业,20%以上用于洗涤剂工业 表面张力与表面活性表面张力与表面活性n2.1.1 表面张力和表面自由能表面张力和表面自由能n2.1.2 表面活性与表面活性剂表面活性与表面活性剂n2.1.3 表面活性剂的结构特点表面活性剂的结构特点2.1.1 表面张力和表面自由能表面张力和表面自由能 最简单的例子是液体及其蒸气组成的表面。液体内部分子所受的力可以彼此抵销,但表面分子受到体相分子的拉力大,受到气相分子的拉力小(因为气相密度低),所以表面分子受到被拉入体相的作用力。表面张力(
2、surface tension)由于表面层分子的受力不均衡,液滴趋向于呈球形,水银珠和荷叶上的水珠也收缩为球形。液体表面的最基本的特性是趋向于收缩 从液膜自动收缩的实验,可以更好地认识这一现象:2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l2 l 将一含有一个活动边框的金属线框架放在肥皂液中,然后取出悬挂,活动边在下面。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。2 l2W2 l2W2 l2W2 l2W2 l2W2 l2W2 l2W2 l2W2 l2W2 l2W2 l2W2 l2W 如果在活动边框上挂一重物,使重物质量W
3、2与边框质量W1所产生的重力F与总的表面张力大小相等方向相反,则金属丝不再滑动。这时 2Fl l 是滑动边的长度,因膜有两个面,所以边界总长度为2l,就是作用于单位边界上的表面张力。2W1W2 l12=()FWW g=物质/(10-3Nm-1)T/K物质/(10-3Nm-1)T/K水(液)72.75293W(固)29002000乙醇(液)22.75293Fe(固)21501673苯(液)28.88293Fe(固)18801808丙酮(液)23.7293Hg(液)485293正辛醇(液水)8.5293NaCl(固)227298正辛酮(液)27.5293KCl(固)110298正己烷(液水)51.
4、1293MgO(固)1200298正己烷(液)18.4293CaF2(固)45078正辛烷(液水)50.8293He(液)0.3082.5正辛烷(液)21.8293Xe(液)18.6163某些液体、固体的表面张力和液液界面张力某些液体、固体的表面张力和液液界面张力影响表面张力的因素影响表面张力的因素 水溶液中溶质的组成及浓度的影响。温度:温度增加,表面张力降低。压力:压力增加,表面张力降低。2.1.2 表面张力与表面活性剂表面张力与表面活性剂第1类(曲线A):溶液表面张力随浓度增加而缓慢升高,如:无机酸、碱、盐等第2类(曲线B):溶液表面张力随浓度增加而逐渐降低,如:有机酸、醇、醛等第3类(曲
5、线C):溶液表面张力浓度很低时急剧下降,很快达到最低点,此后溶液表面张力随浓度变化很小,例如 肥皂、长链烷基苯磺酸钠等(表面活性剂)浓度浓度ABC表面活性物质 能使水的表面张力明显降低的溶质称为表面活性物质。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。2.1.3 表面活性剂的结构特点表面活性剂的结构特点n表面活性剂的两亲结构表面活性剂的两亲结构从分子结构观点看,表面活性剂的分子中都有一个从分子结构观点看,表面活性剂的分子中都有一个共同的特点,即含有亲水的极性基团和憎水的非极共同的特点,即含有亲水的极性基团和憎水的非极性基团。如:两亲分子(硬
6、脂酸)性基团。如:两亲分子(硬脂酸)H2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2COHCH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CO 界面吸附及定向排列界面吸附及定向排列当溶液浓度较稀,吸附量不大时,表面活性剂分子在表面当溶液浓度较稀,吸附量不大时,表面活性剂分子在表面层有较大的活动范围,它们的排列不那么整齐,但其憎水层有较大的活动范围,它们的排列不那么整齐,但其憎水基团仍然倾向于逸出水面。基团仍然倾向于逸出水面。当达到饱和吸附时,表面活性剂分子在水溶液紧密而当达到饱和吸附时,表面活性剂分子在水溶液紧密而有规则地定向排列着,水的表面就像覆盖一层薄的表有规则地定向排列着,水的表面就
7、像覆盖一层薄的表面膜,称之为面膜,称之为单分子膜单分子膜(monomolecular filmmonomolecular film)。)。界面吸附及定向排列界面吸附及定向排列表面活性剂浓度变化和表面活性剂活动情况的关系表面活性剂的分类:水水溶溶性性表表面面活活性性剂剂油油溶溶性性表表面面活活性性剂剂离离子子型型表表面面活活性性剂剂非非离离子子型型表表面面活活性性剂剂阴阴离离子子表表面面活活性性剂剂阳阳离离子子表表面面活活性性剂剂两两性性离离子子表表面面活活性性剂剂阳离子型和阴离子型的表面活性剂不能混用,否阳离子型和阴离子型的表面活性剂不能混用,否则可能会发生沉淀而失去活性作用。则可能会发生沉淀
8、而失去活性作用。阴离子表面活性剂RCOONa羧酸盐阴离子表面活性剂RCOONa羧酸盐R-OSO3Na 硫酸酯盐R-SO3Na磺酸盐R-OPO3Na2磷酸酯盐阳离子表面活性剂R-NH2HCl伯胺盐伯胺盐 CH3|R-N-HCl仲胺盐仲胺盐|H CH3|R-N-HCl叔胺盐|CH3 CH3|R-N+-CH3Cl-季胺盐季胺盐|CH3两性表面活性剂两性表面活性剂R-NHCH2-CH2COOH 氨基酸型 CH3|R-N+-CH2COO-甜菜碱型甜菜碱型|CH3R-(C6H4)-O(C2H4O)nH烷基酚聚氧乙烯醚烷基酚聚氧乙烯醚非离子表面活性剂R2N-(C2H4O)nH聚氧乙烯烷基胺聚氧乙烯烷基胺R-
9、CONH(C2H4O)nH聚氧乙烯烷基酰胺聚氧乙烯烷基酰胺R-COOCH2(CHOH)3H多元醇型多元醇型R-O-(CH2CH2O)nH脂肪醇脂肪醇聚氧乙烯醚聚氧乙烯醚2.3.1 表面活性剂的物化性质2.3.1.1 HLB值的确定2.3.1.2 HLB值与表面活性剂应用性能的关系 表面活性剂的HLB值HLB值=亲水基质量亲水基质量+憎水基质量100/5例如:石蜡无亲水基,所以 HLB=0 Griffin(格里芬)提出了用HLB(hydrophile-lipophile balance,亲水亲油平衡)值来表示表面活性剂的亲水性 聚乙二醇,全部是亲水基,HLB=20。其余非离子型表面活性剂的HLB
10、值介于020之间。离子型表面活性剂的HLB值可达40.HLBHLB值的实际含义值的实际含义 HLB值代表亲水基和亲油基的平衡值,用来衡量亲水与亲油能力的强弱,实际上主要表征了表面活性剂的亲水性;亲油性表面活性剂HLB较低,亲水性表面活性剂HLB较高。亲水亲油转折点HLB为10。HLB小于10为亲油性,大于10为亲水性。根据需要,可根据HLB值选择合适的表面活性剂HLB值 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20|石蜡 W/O乳化剂 润湿剂 洗涤剂 增溶剂|聚乙二醇 O/W乳化剂例如:HLB值在26之间,作油包水型的乳化剂810之间作润湿剂;1218之间作为水包油型乳化剂。化妆品常
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