第2章-表面活性剂课件.ppt

1、第二章 表面活性剂第二章 表面活性剂内容概览表面化学和表面活性剂的基本概念；表面活性剂的结构特征，以及各类表面活性剂结构、性质和在染整加工中的应用；表面活性剂的基本性质包括表面活性剂在界面的吸附、表面活性剂对溶液性质的影响；表面活性剂的应用性质包括润湿作用、渗透作用、乳化作用、分散作用、起泡作用、洗涤作用；表面活性剂的复配规律。第二章 表面活性剂第一节 表面活性剂的相关概念 第二章 表面活性剂一、表面张力与表面自由能1、表面张力界面与表面的概念物质相与相之间的分界面称为界面，包括气液、液 液、气固、液固和固固五种界面。其中一相为气体的界面称为表面，包括气液、气固两种表面。第二章 表面活性剂表面

2、张力的概念：物质表面层的分子与内部分子所受的力有所不同。在液体内部的分子，周围邻近分子对它的引力是相等的，所受的合力为零。表面上的分子受液体内部分子对它的引力大于外部气体分子对它的引力，所受的合力不等于零。表面层分子受到向内的拉力，使液体表面有自动收缩的趋势。即液体表面仿佛存在一层紧绷的液膜，在膜内处处存在的使膜紧绷的力即为表面张力。气液两相界面 第二章 表面活性剂表面张力的大小和物理意义：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，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。欲制止液膜的自动收缩，必须施加一适当大小的外力F于活动边。若活动边的重力以及活动边

3、与框架之间的摩擦力可以忽略不计，当外力F与总的表面张力大小相等方向相反，金属丝不再滑动。则有：F=2l 液体表面张力实验 第二章 表面活性剂表面张力的大小和物理意义：上式中的比例系数即为液体的表面张力，其意义为垂直通过液体表面上任一单位长度，与液面相切的收缩表面的力，是液体的基本性质之一。一定成分的液体在一定温度、压力下有一定的值，通常以mN/m为单位。F=2l 第二章 表面活性剂常见的纯液体的表面张力 第二章 表面活性剂2、表面自由能 表面自由能的概念由于表面层分子的受力情况与本体中不同，因此如果要把分子从内部移到界面，或可逆的增加表面积，就必须克服系统内部分子之间的作用力，对系统做功。如图

4、2-3的体系中，如果增加一个无限小的力于滑动边，使其向下移动dx的距离，对体系所做的可逆功为：液体表面张力实验 AxlxFWdd2d式中，dA=2ldx，是体系表面积的改变量。第二章 表面活性剂在恒温、恒压下，外界所消耗的功将储存于表面，成为表面分子所具有的一种额外的势能。此功即等于体系吉布斯自由能的增加：由此可得为恒温恒压下，增加单位表面积时体系吉布斯自由能的增量，或单位表面上的分子比体相内部同量分子所具有的自由能过剩值，称为表面过剩自由能，简称表面自由能。常用单位为mJ/m2。液体表面张力实验 AGdAG d/第二章 表面活性剂表面张力与表面自由能的关系液体表面张力和表面自由能是分别采用力

5、学和热力学方法研究液体表面性质时所用的物理量，他们代表的物理概念有所不同。表面张力是表面层分子间实际存在的收缩表面的力。采用表面张力的概念，以力学平衡的方法解决流体界面的问题，具有直观方便的优点。表面自由能是形成一个单位的新表面时体系自由能的增加。采用表面自由能的概念，便于用热力学原理和方法处理界面问题。由1J=1Nm可知，表面张力与表面自由能是同纲量，同数值的。第二章 表面活性剂3、弯曲液面附加压力 弯曲界面内外两侧的压力有所不相同，存在压力差。由于表面张力的方向是切于表面并垂直于作用线上，向着缩小表面的方向，这样使得液体表面产生向着液体内部的附加压力p，如图2-4所示。0ppp凸对凹形液面

6、：0ppp凹对凸形液面：第二章 表面活性剂Laplace公式 弯曲液面上的附加压力于液体的表面张力和液面的曲率半径有关，若曲面的主曲率半径为R1和R2，则曲面两侧的压力差为：根据规定，凸面的曲率半径取正值，凹面的曲率半径取负值。凸面的附加压力指向液体，凹面的附加压力指向气体，即附加压力总是指向球面的球心。）（2111RRp第二章 表面活性剂二、表面活性和表面活性剂 溶质加到溶剂中可以使溶剂的表面张力发生变化，各种溶质的浓度对水的表面张力的影响可分为三种类型。第1类是溶液的表面张力随溶液浓度的增加而略有上升。第2类是溶质的加入会使水的表面张力下降，随着浓度的增加，表面张力下降更多，但不是直线关系

7、。第3类是加入少量溶质就能显著地降低水的表面张力。123C溶质对溶剂表面张力的影响 第二章 表面活性剂从降低表面张力的特性而言，把能使溶剂表面张力降低的性质称为表面活性。而具有表面活性的物质称为表面活性物质。第3类物质加入很少量就能大大降低溶剂的表面张力，并且这类物质也能明显地降低界面张力，这类物质有别于一般的表面活性物质，称为表面活性剂。此外，表面活性剂还具有润湿、乳化、增溶、起泡等性能。表面活性剂定义为：加入很少量时就能大大降低溶剂的表面张力（或界面张力），并能改变体系界面状态的物质。第二章 表面活性剂三、表面活性剂的结构与分类 1、表面活性剂的结构 任何一种表面活性剂分子都是由两种不同性

8、质的基团所组成，一种是非极性的易溶于油的疏水（亲油）基；另一种是极性的易溶于水的亲水基，两种基团分处于分子的两端形成不对称结构。表面活性剂是一种两亲分子，具有既亲油又亲水的两亲性质。OSOOONa+疏水基 亲水基 烷基硫酸盐表面活性剂两亲分子示意图第二章 表面活性剂主要的亲水和疏水基团 第二章 表面活性剂2、表面活性剂的分类 一般表面活性剂的分类以亲水基的结构性质为依据，以表面活性剂在水中能否电离出离子或电离出何种离子进行分类。表面活性剂的一般分类 第二章 表面活性剂第二节 常用表面活性剂第二章 表面活性剂一、阴离子表面活性剂1、羧酸盐类表面活性剂 肥皂结构：RCOONa制备：以天然动、植物油

9、脂经加碱皂化而制成。性能：能显著降低水的表面张力，在软水中的去污能力很强，具有优异的携污能力。不耐硬水，并且在酸性水溶液中，易生成不溶性的自由酸而失去表面活性。用途：棉织物煮练助剂、真丝织物精练助剂、羊毛织物洗呢剂、织物染色印花皂洗剂。第二章 表面活性剂醇醚羧酸盐 结构：制备：主要制备方法有氧化法、羧甲基化法、丙烯腈法和丙烯酸酯法。性能：兼有非离子和阴离子表面活性剂的特征，可以通过改变产品的疏水基烃链长度、聚氧乙烯基个数和溶液的pH值来改变其应用特性。用途：碱性精练剂、润湿剂、净洗剂、钙皂分散剂、染色助剂、抗静电剂、乳化剂等。RO CH2CH2O CH2COONan第二章 表面活性剂雷米邦A

10、结构：N-油酰多缩氨基酸钠 制备：油酰氯与蛋白质水解物缩合而成。性能：在硬水或碱性溶液中很稳定，有很好的钙皂分散能力；在弱酸性溶液中稳定，具良好的保护胶体及乳化性能，去污能力极好。用途：丝绸精练剂、直接染料匀染剂、丝绸羊毛洗涤剂、纤维保护剂、柔软剂、润湿剂、净洗剂，又是制革皮毛行业的脱脂剂、加脂助剂等。ONaC17H33CONCHCOR1R2n第二章 表面活性剂2、磺酸盐类表面活性剂 烷基苯磺酸盐 结构：制备：烷基苯磺酸盐可由烷基苯经磺化得到，常用的磺化试剂有：发烟硫酸、三氧化硫、浓硫酸等。性能：具有优异的洗涤性能，化学性能稳定。生物降解性较差，使用受到限制。用途：是印染加工用洗涤剂的主要表面

11、活性成分，广泛用于配制精练剂、洗毛剂、匀染剂、皂洗剂等。RSO3Na第二章 表面活性剂烷基磺酸盐（SAS）结构：仲烷基磺酸盐制备：正构烷烃同二氧化硫和氧反应。反应可用紫外线、-射线、臭氧或过氧化物来引发。性能：仲烷基磺酸盐有很好的水溶性，表面活性和烷基苯磺酸钠接近，在硬水中具有良好的润湿、乳化、分散和去污能力。SAS的毒性和对皮肤的刺激性低于LAS，生物降解性好。用途：SAS可用做洗涤剂、渗透剂、煮练剂和乳化剂。RCH CH3SO3Na第二章 表面活性剂萘磺酸盐及萘磺酸缩合物 拉开粉BX 结构：二异丁基萘磺酸钠 性能：具有很好的润湿、扩散和乳化能力。用途：常用作润湿、渗透剂，匀染剂。也用于制革

12、、造纸、农药等工业中。还能用作油漆和油墨工业的分散剂，合成橡胶工业的乳化剂。C4H9C4H9SO3Na第二章 表面活性剂萘磺酸盐及萘磺酸缩合物 分散剂NNO 结构：萘磺酸盐甲醛缩合物 制备：芳核磺化、芳烃磺酸和甲醛缩合。性能：表面活性下降，分散作用。用途：常作为不溶性染料的分散剂、填充剂和染色助剂。也可用作皮革工业的助鞣剂、橡胶工业乳胶的絮凝剂、建筑工业水泥的减水剂。第二章 表面活性剂-烯基磺酸盐 结构：不同化学组分的一种复杂混合物 碳链烯基磺酸盐RCH=CH(CH2)SO3Na 64%72%羟基链烷基磺酸盐RCH(OH)(CH2)nSO3Na 21%26%二磺酸盐 RCH=CHCH(SO3N

13、a)(CH2)nSO3Na 7%11%制备：由石油裂解生产的C15C18-烯烃经磺化、水解、中和等反应制得。性能：AOS在较宽的碳数范围内具有较高的表面活性，去污力优于LAS。对皮肤刺激性小，生物降解速度和最终生物降解度均明显高于LAS。用途：用于配制精练剂、洗涤剂、渗透剂等。第二章 表面活性剂渗透剂OT 结构：琥珀酸二异辛醇酯磺酸盐 制备：由仲辛醇和顺丁烯二酸酐在酸性催化剂存在下反应生成顺丁烯二酸双酯，然后以亚硫酸氢钠进行磺化处理而制得。性能：具有优良的渗透性能。用途：常用于织物的前处理加工中，处理棉、麻、黏胶及其混纺织物，处理后的织物可不经精练直接进行漂白或染色，可改善因死棉造成的染疵。第

14、二章 表面活性剂胰加漂T 结构：油酰基-N-甲基牛磺酸钠 制备：由油酰氯与N-甲基牛磺酸钠反应制得。性能：具有优良的润湿、扩散、洗涤作用。在酸、碱、硬水、金属盐、氧化剂等溶液中都比较稳定，具有优异的去污、渗透、乳化、钙皂扩散能力。用途：羊毛制品的净洗剂，直接染料、酸性染料的匀染剂和染色后的皂洗润湿剂。第二章 表面活性剂木质素磺酸盐 结构：含有愈疮木基丙基、紫丁香基丙基和对羟苯基丙基的多聚物的磺酸盐。制备：制浆副产品经磺化反应制得。性能：具有较好的水溶性，可溶于各种不同pH值的水溶液中。主要性能体现在具有良好的吸附和分散作用。用途：用作固体分散剂、O/W型乳状液的乳化剂，可作为不溶性染料的分散剂

15、。也可用于制造以水为分散介质的染料、农药和水泥的悬浮液。OCH3CH CHSO3NaCH2OHHOCHOCH3CH OSO3NaCH2OH第二章 表面活性剂3、硫酸盐类表面活性剂脂肪醇硫酸盐 结构：R-OSO3Na 制备：由高级脂肪醇经硫酸酯化，然后中和制得。常用硫酸化试剂有三氧化硫、氯磺酸、氨基磺酸、发烟硫酸。性能：脂肪醇硫酸盐优良的润湿性能、乳化性能、去污力及发泡能力，生物降解性良好。用途：纺织印染助剂加工中用于复配精练剂、匀染剂等。ROSO3HSO3+ROHROSO3HROSO3NaNaOH第二章 表面活性剂聚氧乙烯基的醇醚硫酸酯盐（AES）结构：制备：由高级脂肪醇聚氧乙烯醚经硫酸酯化，

16、然后中和制得。性能：比相应的脂肪醇硫酸盐有较高的溶解度，抗硬水能力提高，并随接入的聚氧乙烯基个数的增加而增加，但不改变其去污力。用途：复配精练剂、洗涤剂。RO(CH2CH2O)3SO3Na第二章 表面活性剂仲烷基硫酸盐 结构：硫酸酯基与疏水链上仲碳原子相连的烷基硫酸盐 制备：由脂肪仲醇经硫酸化制得；用石蜡裂解得到的烯烃与硫酸进行加成反应，得到仲烷基硫酸酯盐（此类产品又称硫酸化烯烃）。性能：极易溶于水，具有良好的泡沬性能和去污力。用途：常用于洗涤剂配方中。CHOSO3NaRR第二章 表面活性剂硫酸化油 制备：天然不饱和油脂或不饱和蜡经硫酸化，再中和所得到的产物，代表产品是由蓖麻油经硫酸化后的产物

17、，称为土耳其红油。用途：可作为染色助剂、纤维整理剂、乳化剂和特殊洗涤剂。NaOHH2SO4+CH3(CH2)5CHCH2CH=CH(CH2)7COOCH2OHCH3(CH2)5CHCH2CH=CH(CH2)7COOCH2OSO3NaCH3(CH2)5CHCH2CH=CH(CH2)7COOCHOHCH3(CH2)5CHCH2CH=CH(CH2)7COOCHOHCH3(CH2)5CHCH2CH=CH(CH2)7COOCH2OHCH3(CH2)5CHCH2CH=CH(CH2)7COOCH2OH 第二章 表面活性剂硫酸化酯制备：不饱和脂肪酸低碳醇酯经硫酸化，再经中和后的产物。性能：具有良好的渗透性、乳

18、化性和分散性。用途：用作低泡印染助剂，也可用于皮革、造纸等加工中。CH3(CH2)7CHCH2(CH2)COOC4H9OSO3NaCH3(CH3)7CH=CH(CH2)7COOC4H9NaOHH2SO4+第二章 表面活性剂4、磷酸酯盐类表面活性剂 结构：烷基磷酸酯、烷基聚氧乙烯醚磷酸酯盐，是单酯和双酯的混合物制备：由脂肪醇和脂肪醇聚氧乙烯醚经磷酸化，再中和后制得。常用的磷酸化试剂：五氧化二磷、焦磷酸、三氯化磷、三氯氧磷。ROPROOOMROPOOMOM单酯 双酯RO(CH2CH2)nPRO(CH2CH2)nOOMRO(CH2CH2O)nPOMOOM第二章 表面活性剂4、磷酸酯盐类表面活性剂 性

19、能：具有较好的生物降解性、良好的抗静电性，良好的乳化、去污和防锈性能。用途：织物抗静电剂、合成纤维的纺丝油剂组分、前处理煮练助剂、高效渗透剂。第二章 表面活性剂二、阳离子表面活性剂 1、脂肪胺盐 结构：脂肪胺可分为伯胺、仲胺和叔胺。制备：脂肪胺与酸反应（盐酸、乙酸、硫酸等）成盐，即为脂肪胺盐表面活性剂 性能：脂肪胺盐能溶于水，具有优良的表面活性，少量的胺盐能显著降低水溶液的表面张力。用途：可在酸性条件下使用，可作为乳化剂、分散剂、润湿剂、矿物浮选剂等。+RNH2CH3COOHRN+H3CH3COO-第二章 表面活性剂2、烷基季铵盐 种类：第二章 表面活性剂制备：是由叔胺与烷基化试剂反应制备的。

20、常用的烷基化试剂有氯甲烷、硫酸二甲酯、硫酸二乙酯、苄基氯、氯乙醇、环氧乙烷、高碳卤代烷等。性能：具有良好的水溶性，随着碳氢链长度的增加，水溶性下降。双链长烷基季铵盐几乎不溶于水，而溶于非极性有机溶剂。CH2ClRNCH3CH3Cl-+C12H23NCH3CH3CH2+第二章 表面活性剂3、由低级胺制备的阳离子表面活性剂 脂肪酰氯和低碳胺的缩合可得到一类亲水基和疏水基通过酰胺基连接的阳离子表面活性剂。脂肪酰氯或脂肪酸与含有羟基的低碳胺反应，则可得到一类亲水基和疏水基通过酯基连接的阳离子表面活性剂。C17H33CONHCH2CH2NCH2CH3CH2CH3C17H35COOCH2CH2NCH2CH

21、2OHCH2CH2OH第二章 表面活性剂脂肪酸与二乙烯三胺缩合可得到含有单酰胺和双酰胺结构的阳离子表面活性剂。脂肪酸及其酯与多元胺经缩合、脱水闭环可得到烷基咪唑啉类阳离子表面活性剂 2C17H35COOHNH2CH2CH2NHCH2CH2NH2C17H35CONHCH2CH2NHCH2CH2NHOCC17H35+RCNCH2NCH2CH2CH2OHRCOONHCH2CH2NHCH2CH2OHRCOOHH2OH2OH2O-NH2CH2CH2NHCH2CH2OH+RCOONHCH2CH2NHCH2CH2OHRCOONHCH2CH2NHCH2CH2OH第二章 表面活性剂三、两性离子表面活性剂 1、咪

22、唑啉型两性离子表面活性剂 结构：2-烷基-N-羧甲基-N-羟乙基咪唑啉 制备：脂肪酸和多胺反应，脱去二分子水生成咪唑啉环；在碱性条件下与羧基化试剂反应，得到两性表面活性剂。用途：用于羊毛、呢绒、丝绸和化纤等各种高档纤维的高效净洗剂；各类纤维的润滑、柔软和抗静电处理。NCRNCH2CH2OHCH2COO-+第二章 表面活性剂2、甜菜碱型两性表面活性剂 制备：羧基甜菜碱可以采用烷基二甲基叔胺和氯乙酸反应制得。性能：化学稳定性好，能耐硬水、氧化剂、还原剂和一般浓度的电解质，对酸碱度适应性较广，能与很多染料和印染助剂配伍。用途：用作还原、直接和酸性染料染色时的匀染剂，还可作抗静电剂、柔软剂和钙皂分散剂

23、，用于织物精练剂、净洗剂，起稳泡和增稠作用。C12H25NCH3CH3+C12H25NCH3CH3CH2COO-+NaClClCH2COONa第二章 表面活性剂四、非离子表面活性剂 1、聚氧乙烯型非离子表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚 制备：高级脂肪醇与环氧乙烷反应生成脂肪醇聚氧乙烯醚，一般认为可分为两个阶段。ROCH2CH2OH+CH2CH2ONaOHn-1nRO(CH2CH2O)HROCH2CH2OHNaOHOCH2CH2ROH第二章 表面活性剂性能：应用性能与分子中聚氧乙烯基的个数有关，一定碳原子的高级脂肪醇在进行适当的氧乙烯化后能体现良好的润湿力、去污力和泡沫性能。种类和用途：第二章 表面活

24、性剂烷基酚聚氧乙烯醚 结构：制备：烷基酚聚氧乙烯醚是由烷基酚和环氧乙烷加成得到的。用途：烷基酚聚氧乙烯醚具有优良的性能，曾作为渗透剂、净洗剂、匀染剂、乳化剂及精练剂组分被广泛染整助剂中。由于辛基酚和壬基酚的生态问题，这类表面活性剂在染整加工被禁止使用。RO(CH2CH2O)Hn第二章 表面活性剂脂肪酸聚氧乙烯酯 制备：脂肪酸与环氧乙烷加成得到脂肪酸聚氧乙烯酯。性能：属低泡性表面活性剂，表面活性适中，润湿性和去污性均较脂肪醇醚要差。用途：作为乳化剂，在纺织工业中主要用于纺丝油剂、抗静电剂、柔软剂。RCOOCH2CH2OHRCOOCH2CH2OHRCOOHCH2CH2ONaOHnn-1NaOHOC

25、H2CH2+RCOO(CH2CH2O)H第二章 表面活性剂脂肪胺聚氧乙烯醚 制备：高级脂肪胺与环氧乙烷加成反应得到脂肪胺聚氧乙烯醚。性能：在聚氧乙烯基个数较少时，体现一定的阳离子表面活性剂（叔胺盐）的性质，随着聚氧乙烯链的增长，阳离子性逐渐削弱，体现出非离子表面活性剂的性质。用途：可作为乳化剂、起泡剂、腐蚀抑制剂等。在印染加工中，主要作为酸性染料染色的匀染剂、抗静电剂、柔软剂等。+OCH2CH22RNH2RNCH2CH2OHCH2CH2OH2n-2RNCH2CH2OHCH2CH2OHRN(CH2CH2O)H(CH2CH2O)H+nOCH2CH2 n第二章 表面活性剂2、多元醇脂肪酸酯 结构：多

26、元醇的部分脂肪酸酯及其氧乙烯化产物 失水山梨醇脂肪酸酯及氧乙烯化物 制备：山梨醇与脂肪酸直接反应过程中，既发生分子内失水形成醚键，同时发生酯化反应，得到失水山梨醇的酯。+OCROCROOHORCOOOOCROHOOHORCOOOCRHOOHOOHOcatHOCHCHOHCHOHCH2OHCHOHCH2OH+RCOOH第二章 表面活性剂Span类：失水山梨醇脂肪酸酯，低HLB值的非离子表面活性剂，一般不溶于水，可溶于矿物油和植物油中，常用于油性乳化剂、增溶剂、消泡剂、柔软剂及纤维平滑剂。第二章 表面活性剂Tween类：在氢氧化钾(或氢氧化钠)催化下，失水山梨醇酯分子中的自由羟基与环氧乙烷加成即可

27、制得相应的聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯。使用不同的脂肪酸和控制环氧乙烷的加成数，可制得亲水性范围很广的系列产品。主要作为乳化剂。第二章 表面活性剂脂肪酸甘油酯 制备：脂肪酸甘油酯可以由甘油和脂肪酸直接酯化得到，产物为单酯、双酯和三酯的混合物，将甘油单酯和环氧乙烷反应，制备脂肪酸单甘油酯的聚氧乙烯醚。性能：脂肪酸单甘油酯聚氧乙烯醚的分散性、乳化力、起泡力和渗透力都很好。用途：可用作乳化剂、增溶剂、稳定剂等。第二章 表面活性剂3、烷基多苷 结构：制备：单糖(一般是葡萄糖)的半缩醛羟基与醇作用，脱去一分子水，生成具有缩醛结构的衍生物。性能：无浊点，水稀释后无凝胶现象，疏水基烷基链长的增加将减小APG的

28、溶解性，而亲水基平均糖单元数的增加则使其溶解度增加。能有效地降低表面张力，在酸性溶液中也有优良的溶解性、稳定性和表面活性。具有优良的去污和配伍性能，生物降解性好，对环境污染小。用途：环保型精练剂、洗涤剂。ORnOHOHOHCH2OHO单苷的含量约占50%70%，其他的为二苷、三苷、四苷等。第二章 表面活性剂4、聚醚 结构：以一个或一个以上活性氢原子的有机化合物为引发剂，用环氧乙烷和环氧丙烷加成聚合而制得的具有表面活性的嵌段共聚物，聚醚分子中的聚氧乙烯链为亲水部分，聚氧丙烯链为疏水部分。疏水和亲水部分的大小，可通过调节聚氧丙烯和聚氧乙烯的比例加以调节。种类：根据聚合方式，可将聚醚分为整嵌型、杂嵌

29、型和全杂型三类。应用最为广泛的是以丙二醇为引发剂的整嵌型聚醚产品。分子中疏水基部分为聚氧丙烯链，相对分子质量必须大于900，聚氧乙烯链部分约占化合物总量的10%90%。HO(C2H4O)(C3H6O)(C2H4O)Habc第二章 表面活性剂产品：每种产品具有一个代号，前面的字母表示产品在室温下的状态，即液状（L）、浆状（P）、片状（F）三种。字母后面有二位或三位阿拉伯数字，其中最后一位表示分子中聚氧乙烯的百分含量，二位数中的第一位或三位数中的前二位数表示分子中聚氧丙烯相对分子质量所对应的位置的顺序编号。第二章 表面活性剂性能：聚醚产品的性能变化很有规律性，聚氧乙烯含量越高，在水中的溶解度越大；

30、聚氧丙烯相对分子质量越大，则溶解度降低。这类产品一般具有低泡性，聚氧乙烯含量低的产品具有消泡作用，L62、L72、L92和P103具有较好的润湿作用，L64具有较好的去污力，F68的分散性较好。聚醚对钙皂有良好的分散作用，在浓度很稀时即可防止硬水中钙皂沉淀。用途：聚醚除了可用于低泡洗涤剂，还作为乳化剂、分散剂、原油破乳剂、抗静电剂、润湿剂、匀染剂、胶凝剂。第二章 表面活性剂五、特殊种类表面活性剂1、含氟表面活性剂 结构：以碳氟链代替通常的碳氢链作为疏水基 性能：在强酸、强碱中有优良的化学稳定性，同时它在高温下极稳定。具有很高的表面活性，可使水的表面张力降低至1015 mN/m左右。与同碳链长度

31、的碳氢表面活性剂相比，临界胶束浓度也小得多。在有机溶剂中也具有高表面活性。用途：作为织物防水防油整理剂。第二章 表面活性剂2、含硅表面活性剂 含硅表面活性剂是疏水部分由硅烷基、硅亚甲基或硅氧烷构成的一类表面活性剂 结构：分为阴离子、阳离子、非离子和两性离子四种类型 SiCH3OOCH3OCH3C18H37 Cl-CH3CH3CH2CH2CH2N+nmSiCH3CH3CH3OSiOSiOSiCH3CH3CH3C3H6CH3CH3CH3N+CH3CH2COO-CH3第二章 表面活性剂性能：含硅表面活性剂有可能使水溶液的表面张力降至2025mN/m，比碳氢系表面活性剂低。对于一般碳氢系表面活性剂无效

32、的有机液体表面，也能排列单分子膜，使其表面张力下降。用途：含硅表面活性剂主要用于提高亲水性、改进润湿性、防静电，提高平滑性、改善手感，防止粘连（聚氨酯纤维），乳化剂，高温消泡，杀菌剂，防水整理剂等。第二章 表面活性剂3、Gemini表面活性剂 结构：Gemini表面活性剂是指分子中至少含有两个亲水基（离子或极性基团）和两条疏水链，在其亲水基或靠近亲水基处，由联接基团通过化学键联接在一起，又称为双联或孪连表面活性剂。R为疏水基团；I为亲水基团；Y为联接基团。R、I均可多于2个，Y亦可多于1个，分子的整体结构也可以是不对称的（即R1R2或I1I2）。组成Gemini表面活性剂的亲水基可以是阳离子（

33、如季铵盐），阴离子（如磷酸盐、硫酸盐、磺酸盐和羧酸盐等），两性离子和非离子。I1I2YR1R2第二章 表面活性剂Gemini表面活性剂C10H21OCH2CHCH2OCH2CH2OCH2CHCH2OC10H21OSO3NaOSO3NaC10H21CHOCH2CH2OCH2CH2OCHC10H21CH2O(CH2)3SO3NaCH2O(CH2)3SO3NaC16H33N+CH2CH2N+C16H33 Br-CH3CH3CH3CH32第二章 表面活性剂Gemini表面活性剂的性质(1)更易吸附在气/液表面，从而更有效地降低水溶液表面张力。(2)更易聚集生成胶束。(3)Gemini表面活性剂降低水溶

34、液表面张力的倾向远大于聚集生成胶团的倾向，降低水溶液表面张力的效率是相当突出的。(4)具有很低的Kraff点。(5)对水溶液表面张力的降低能力和降低效率而言，Gemini表面活性剂和普通表面活性剂尤其是和非离子表面活性剂的复配能产生更大的协同效应。(6)具有良好的钙皂分散性质。(7)在很多场合是优良的润湿剂。第二章 表面活性剂Gemini表面活性剂的应用阳离子Gemini表面活性剂作为涤纶织物碱减量加工的促进剂和腈纶纤维及阳离子可染改性纤维阳离子染料染色的匀染剂。阴离子Gemini表面活性剂被用于作为真丝织物的精练助剂 C16H33N+CH2CH2N+C16H33 Br-CH3CH3CH3CH

35、32C11H23CONCH2CH2COONaCH2CH2NC11H23COCH2CH2COONa第二章 表面活性剂4、高分子表面活性剂相对分子质量在数千以上(一般为103106)并具有一定表面活性的物质被称为高分子表面活性剂。高分子表面活性剂一般不形成胶束，降低表面张力的能力、起泡性及润湿性能多较差；但高分子表面活性剂兼具高分子和表面活性剂双重性能，在保护胶体、分散及絮凝作用等方面有其独特的优势。第二章 表面活性剂高分子表面活性剂可分为天然高分子表面活性剂和合成高分子表面活性剂。F天然高分子表面活性剂是从动植物分离、精制或经过化学改性而制得的水溶性高分子，种类有纤维素类、淀粉类、腐植酸类、木质

36、素类、聚酚类、植物胶和生物聚合物等。F合成高分子表面活性剂可由两亲单体均聚或由亲水单体和亲油单体共聚以及在水溶性较好的大分子物质上引入两亲单体制得，单体的种类选择和组成的变化范围较广。第二章 表面活性剂 天然高分子化学改性天然高分子的化学改性是制备高分子表面活性剂的常用方法。将羧甲基纤维素与十二烷基醇聚氧乙烯醚丙烯酸酯反应，通过羧甲基纤维素分子断链产生大分子自由基，引发十二烷基醇聚氧乙烯醚丙烯酸酯与CMC聚合，可生成带亲水亲油长支链的嵌段共聚物新型高分子表面活性剂。木质素磺酸盐的酚羟基与环氧乙烷、环氧丙烷、卤代烷烃发生烷基化反应，引入不同链长的烷烃，赋予其良好的亲水亲油性，增强其表面活性。第二

37、章 表面活性剂 合成高分子表面活性剂的制备（1）由表面活性单体聚合表面活性单体：由可聚合的反应基团(双键、胺基、羟基、环氧基等)、亲水基团(链段)及亲油基团(链段)组成。常用的表面活性单体主要有含乙烯基和烯丙基结构的表面活性单体。表面活性单体可通过均聚或共聚反应，制备高分子表面活性剂。CH2CCOOCH3(CH2CH2O)C12H25n反应基团亲水基团亲油基团+mnCH2=CCH3COO(CH2)NCH3CH3CH2CH2CH2SO3-+nCOO(CH2)NCH3CH3CH2CH2CH2SO3-CH2CCH3m第二章 表面活性剂（2）亲水性单体与疏水性单体共聚亲水性单体和疏水性单体原料共聚也可

38、以得到含亲水疏水链段的嵌段高分子表面活性剂。亲水链段如聚氧乙烯、聚乙烯亚胺等，疏水链段如聚氧丙烯、聚苯乙烯和聚氧硅烷等。亲水性单体疏水性单体HC=CHC=OOCH2CH2O)HCOOHH2C=CHCH2CH3HCCHCH2CHCOOHC=OOCH2CH2O)HCH2CH3()()(+nnnx xyynnn第二章 表面活性剂（3）现有高分子化学改性现有的高分子化合物中引入亲水或疏水基团以修正其亲水疏水性，使其达到表面活性剂的结构要求，可使该分子化合物具有表面活性，得到高分子表面活性剂。将一定聚合度和醇解度的聚乙烯醇，采用卤代烷或高级醇进行醚化反应，引入一定比例的烷基，可以获得较高的表面活性。CH

39、2CHOHCH2CHRCH2CHOOCCH3mnp第二章 表面活性剂第三节 表面活性剂的基本性能 第二章 表面活性剂一、表面活性剂在界面的吸附作用 1、表面活性剂的界面吸附表面吸附现象 产生原因 在溶液表面层中含有溶剂和溶质两种不同的分子，它们所受到的引向内部的凝聚力是不同的。如果在表面层中溶质分子比溶剂分子所受到的指向溶液内部的引力还要大些，则这种溶质分子的溶入将使溶液的表面张力升高。从能量趋向降低的原则出发，这种溶质分子趋向于较多地进入溶液内部而较少地留在表面层中，以求溶液的表面张力尽量小些，从而降低体系的表面能。这样，就产生了溶质分子在表面层中的浓度低于在本体溶液中的浓度的现象。第二章

40、表面活性剂 如果在表面层中溶质分子比溶剂分子所受到的指向溶液内部的引力要小些，则这种溶质的溶入将使溶液的表面张力减小。而且，溶质分子将倾向于在表面层中相对地浓集，以求更多地降低溶液的表面张力，从而更多地降低溶液的表面能，因此，产生了溶质分子在表面层中的浓度比在本体溶液中的浓度大的现象。概念溶质分子在表面层中的浓度与在本体溶液中的浓度不同的现象称作溶液的表面吸附现象。溶质分子在表面层中的浓度大于在本体溶液中的浓度的现象叫做正吸附。溶质分子在表面层中的浓度小于在本体溶液中的浓度的现象叫做负吸附。第二章 表面活性剂吉布斯吸附公式吉布斯(Gibbs)于1878年用热力学方法导出了反映溶液表面张力随浓度

41、的变化率与表面吸附量之间的关系公式 式中，为表面吸附量：R为气体常数；T为绝对温度。表面吸附量的物理意义是，若自1平方厘米溶液表面上及溶液内部各取一部分，其中溶剂的分子数目一样多，则就是表面部分的溶质比溶液内部所多的摩尔数。)2(mol/cmlndd1cRT第二章 表面活性剂表面活性剂在溶液表面上的吸附状态)2(mol/cmlgdd303.21cRT)(0/12cmNA 将计算所得的面积与从分子结构计算出来的分子大小相比较，即可了解表面吸附物质在吸附层中的排列情况。从表面吸附值可按下式算出表面上每个吸附分子所占的平均面积A。通过实验计算我们可以定量地分析表面活性剂在溶液表面的吸附状态，由Cib

42、bs公式可以得到以下关系 吸附分子在表面上的状态 第二章 表面活性剂溶液表面上的吸附速度以溶液对固体表面的润湿作用为例：溶液的表面张力越低，越容易润湿固体，但如果吸附速度很慢则在一定时间内不能达到应有的吸附量，即不能达到最低表面张力，从而对固体表面的润湿作用也较差。衡量表面活性剂溶液对固体的润湿能力，不能仅从平衡的表面张力出发，而且还要考虑达到平衡表面张力的时间。产生时间效应的原因是：由于溶液中溶质分子自内部扩散到表面需要一定时间，同时还要考虑自表面脱附对吸附速度的影响。此外，分子自溶液内部吸附至表面，有一个定向排列的过程，对于离子型表面活性剂，尚须考虑电荷的相互作用。一般认为，吸附速度主要决

43、定于溶质分子自溶液内部到表面的扩散。溶液浓度越大，则表面张力随时间增加而下降的幅度也越大，而且达到平衡的时间越短。表面活性剂碳氢链越长，则时间效应越大；碳氢链越短则时间效应越小。第二章 表面活性剂2、表面活性剂在固/液界面上的吸附定义：表面活性剂在固/液界面上的浓度比在溶液内部的浓度大，即为表面活性剂在固体表面的吸附。计算方法：将一定量的固体与一定量浓度已知的溶液一同振摇；当达到平衡后，再测定溶液的浓度，从浓度的改变可计算出每克固体所吸附的溶质的量n。式中：n为溶质在溶液中吸附前后的摩尔数变化，亦即被吸附的摩尔数；V为溶液体积，c0及c分别为吸附前后的溶液浓度。mccVmnn)(0第二章 表面

44、活性剂吸附机理离子交换吸附：吸附于固体表面的反离子被同电性的表面活性剂离子所取代。离子交换吸附 离子对吸附离子对吸附：表面活性剂附于具有相反电荷的，未被反离子所占据的固件表面位置上。固体固体固体固体第二章 表面活性剂氢键形成吸附：表面活性剂分子或离子与固体表面极性基团形成氢键而吸附。固体C=ON-HO-HC=OHORROR固体C=ON-HO-HC=OOHRORR第二章 表面活性剂电子极化吸附：吸附物分子中含有富于电子的芳香核时，与吸附剂表面的强正电性位置相互吸引而发生吸附。色散力吸附：此种吸附一般总是随着吸附物分子的增大而增加，而且在任何场合皆发生，亦即在其他所有吸附类型中皆存在，作为其他吸附

45、的补充。疏水作用吸附：表面活性剂的疏水基在水介质中易于相互联结形成“疏水键”，在一定条件下，有可能与已吸附在固体表面的其他表面活性剂聚集而吸附。第二章 表面活性剂二、表面活性剂水溶液的性质 1、胶束的形成 cmc洗涤作用高频电导表面张力渗透压当量电导界面张力密度变化性质溶液中表面活性剂浓度很低时，表面活性剂以单分子状态吸附在溶液表面，使界面自由能减少，当表面活性剂在溶液中超过一定浓度时，表面定向吸附达到饱和，从水中排斥就意味着形成聚集物，即形成胶束。表面活性剂形成胶束时的最低浓度称为临界胶束浓度(CMC)。表面活性剂水溶液的性质第二章 表面活性剂2、胶束的结构在浓度不很大(超过cmc不多)的溶

46、液中，胶束大多呈球状。即疏水基向着胶束中心，亲水基向着溶液一侧定向排列的球形胶束，其大小相应决定于活性剂疏水基的长度。浓度大于CMC时胶束的大小是一定的，随浓度的增大只增加胶束的个数，而不改变胶束的大小。胶束中心核滑动面施恩特固定层（23 ）(1028 )高依-恰普曼双电层（数百 ）平衡反离子疏水基亲水基离子胶束结构模型 第二章 表面活性剂表面活性剂溶液中不同浓度时的胶束结构模型表面活性剂溶液中不同浓度时的胶束结构模型 1035A水H2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2O油醇单体胶束棒状胶束（混乱定向）棒状胶束的六角束层状胶束微乳状液表面活性剂结晶1035A第二章 表面活性剂3、胶束聚

47、集数和临界胶束浓度胶束聚集数 一般胶束的大小以胶束聚集数表示，即缔合一个胶束的表面活性剂分子（或离子）的个数。测试方法：胶束相对分子质量可以用光散射法、x射线衍射法、扩散法、渗透压法、超离心法等测定。从胶束相对分子质量再除以单个表面活性剂的相对分子质量得出胶束聚集数。第二章 表面活性剂影响胶束聚集数的因素离子性表面活性剂的聚集数较小，并且比较接近。非离子表面活性剂由于亲水基之间没有离子电荷排斥作用，其胶束较大，聚集数比离子表面活性剂大得多。表面活性剂在水溶液中的胶束聚集数随疏水基碳氧链增长而增大。聚氧乙烯型非离子表面活性剂，若聚氧乙烯链增加而碳氢链长不变时则表面活性剂的胶束聚集数减少。在水溶液

48、中表面活性剂与溶剂(水)之间的不相似性越大，则聚集数越大。即当表面活性剂的亲水性变弱时，聚集数就增大。第二章 表面活性剂临界胶束浓度临界胶束浓度(简称CMC)即表面活性剂从单个分子或离子开始聚集，形成胶束时的最低浓度。F临界胶束浓度是表面活性剂表面活性的一种量度，CMC越小，则表示此种表面活性剂形成胶束所需浓度越低，使溶液的表面张力降至最低值所需的浓度越低，说明该表面活性剂的表面活性越高。F临界胶束浓度是表面活性剂溶液性质发生显著变化的突变点，CMC越低，说明表面活性剂起到润湿、乳化、增溶、洗涤等作用所需的浓度越低。第二章 表面活性剂00.20.40.60.81.01234cmc月桂酸钾浓度/

49、%增容量/10-2gL-12-硝基二苯胺在月酸钾水溶液中的浓度 4、胶束的增溶作用 增溶作用的概念表面活性剂在水溶液中形成胶束后，具有能使不溶或微溶于水的有机化合物的溶解度显著增大的能力，且溶液呈透明状，这种作用称为增溶作用。增溶作用与表面活性剂在溶液中形成胶束有密切关系。第二章 表面活性剂(a)(b)(c)(d)(a)在胶束内核的增溶 被增溶物进入胶束内核，就像溶于非极性碳氢化合物中一样。饱和脂肪烃、芳香烃及其他不易极化的化合物一般以这种方式增溶，增溶量随表面活性剂的浓度增高而增大。增溶作用的方式第二章 表面活性剂(a)(b)(c)(d)(b)在表面活性剂分子间的增溶 被增溶物分子增溶在表面

50、活性剂分子之间形成“栅栏”结构，即非极性碳氢链插入胶束内部，而极性头则混于表面活性剂极性头之间，通过氢键或偶极子相互联系起来，当有机物的烃链较大时，有可能进入胶束内核中。长链醇、胺、脂肪酸和各种极性染料等极性化合物的增溶属于这种方式增溶。第二章 表面活性剂(a)(b)(c)(d)(c)在胶束表面的增溶 被增溶的分子吸附于胶束的表面区域或是胶束“栅栏”的靠近胶束表面的区域。高分子物质、甘油及某些不溶于烃的染料的增溶属于这种方式。这种增溶方式的增容量较小。第二章 表面活性剂(a)(b)(c)(d)(d)在亲水基之间的增溶 具有聚氧乙烯链的非离子表面活性剂对有机物的增溶与前三种不同，被增溶物包藏于胶