第三章-表面活性剂课件.ppt
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- 第三 表面活性剂 课件
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1、 结束结束 结束结束3.1 3.1 概论概论3.4 3.4 阳离子离子阳离子离子表面活性剂表面活性剂3.3 3.3 阴离子阴离子表面活性剂表面活性剂3.6 3.6 非离子非离子表面活性剂表面活性剂3.5 3.5 两性离子两性离子表面活性剂表面活性剂3.2 3.2 表面活性剂表面活性剂的亲油基原料的亲油基原料 结束结束3.1 概论概论 三、表面活性剂的分类三、表面活性剂的分类二、表面活性剂的特点二、表面活性剂的特点主菜单主菜单下一节下一节一、一、表面活性剂的定表面活性剂的定义义四、表面活性剂的物化性质四、表面活性剂的物化性质五、表面活性剂的应用性能五、表面活性剂的应用性能 结束结束表面的几个概念
2、表面的几个概念1.界面:是指物质的相与相之间的交界面。相指体系中物理和化学性质均匀的部分,有固、液、气三相如:液/液(如乳剂),液/气(如气雾剂)、固/气(如散剂)、固/液(如悬浊液)、固/固等。2.界面现象:是指物质在界面上发生的物理化学现象。3.表面:两相中有一相是气体的界面。气/固、气/液。4.表面现象:气/固、气/液界面上发生的物理化学现象。如荷叶上的水珠、水中的油滴5.表面张力:指一种使表面分子具有向内运动的趋势,并使表面自动收缩至最小面积的力。这就是当一滴单一成分的液体在恒温、恒压下达到平衡时,总是球状,即具有最小的表面积。结束结束溶质对溶解表面张力的影响水溶液的表面张力与溶水溶液
3、的表面张力与溶质浓度的几种典型关系质浓度的几种典型关系在恒温恒压下,对于溶液,在恒温恒压下,对于溶液,由于至少存在两种或两种由于至少存在两种或两种以上的分子,因此其表面以上的分子,因此其表面张力会随溶质的浓度变化张力会随溶质的浓度变化而变化。而变化。物质的水溶液其表面张力物质的水溶液其表面张力随浓度的变化可分为三种随浓度的变化可分为三种类型。类型。结束结束第一类是表面张力随其溶质浓第一类是表面张力随其溶质浓度的增加略有上升,且往往近度的增加略有上升,且往往近于直线于直线(曲线曲线A)。如无机盐和不挥发的酸、碱等。第二类是表面张力随溶质浓度第二类是表面张力随溶质浓度增加而逐渐下降,在浓度很稀增加
4、而逐渐下降,在浓度很稀时,下降较快,随浓度增加下时,下降较快,随浓度增加下降变慢降变慢(曲线曲线B)。如有机酸、醇、醛溶液等。第三类是在溶液浓度稀时,溶第三类是在溶液浓度稀时,溶液的表面张力随溶质浓度的增液的表面张力随溶质浓度的增加急剧下降,当溶液的浓度增加急剧下降,当溶液的浓度增加到一定值后,溶液的表面张加到一定值后,溶液的表面张力就不再下降了力就不再下降了(曲线曲线C)。如肥皂、洗衣粉等。水溶液的表面张力与溶水溶液的表面张力与溶质浓度的几种典型关系质浓度的几种典型关系溶质对溶解表面张力的影响 结束结束 如果如果A物质能降低物质能降低B物物质的表面张力,通常质的表面张力,通常可以说可以说A物
5、质物质(溶质溶质)对对B物质物质(溶剂溶剂)有表面活有表面活性。若性。若A物质不仅不物质不仅不能使能使B物质的表面张物质的表面张力降低,甚至使其升力降低,甚至使其升高,那么高,那么A物质对物质对B物物质则无表面活性。由质则无表面活性。由于水是最重要的溶剂,于水是最重要的溶剂,因此表面活性往往是因此表面活性往往是对水而言。对水而言。水溶液的表面张力与溶水溶液的表面张力与溶质浓度的几种典型关系质浓度的几种典型关系溶质对溶解表面张力的影响 结束结束 右图中曲线右图中曲线A中的溶质中的溶质对于水无表面活性,对于水无表面活性,称之为称之为非表面活性物非表面活性物质质。曲线。曲线B和和C的溶质的溶质对水有
6、表面活性,被对水有表面活性,被称为称为表面活性表面活性物质物质。而对于曲线而对于曲线C中的溶质中的溶质在很低浓度时就能明在很低浓度时就能明显地降低水的表面张显地降低水的表面张力,此类物质称之为力,此类物质称之为表面活性剂表面活性剂。而曲线。而曲线B中的溶质只能称为表中的溶质只能称为表面活性物质而不能称面活性物质而不能称为表面活性剂。为表面活性剂。水溶液的表面张力与溶水溶液的表面张力与溶质浓度的几种典型关系质浓度的几种典型关系特性特性1:在加入少量时就能在加入少量时就能显著降低显著降低溶液表面张力或溶液表面张力或界面张力并改变体系界面状态的物质界面张力并改变体系界面状态的物质 结束结束 这一类物
7、质都是由这一类物质都是由性质不同的两部分组成性质不同的两部分组成。一部。一部分是由分是由疏水亲油的碳氢链组成的非极性基团疏水亲油的碳氢链组成的非极性基团,称,称为为亲油基或疏水基亲油基或疏水基;另一部分为;另一部分为亲水疏油的极性亲水疏油的极性基,基,称为称为亲水基或疏油基亲水基或疏油基。这两部分分别处于表。这两部分分别处于表面活性剂分子的两端,形成面活性剂分子的两端,形成不对称的分子结构不对称的分子结构。极性头极性头818C 长链烷基等非极性基团长链烷基等非极性基团特性特性2:两亲结构两亲结构 结束结束 表面活性剂因能对两相界面性质产生影响,表面活性剂因能对两相界面性质产生影响,在实际应用中
8、能显示出各种优异的性能,如乳化、在实际应用中能显示出各种优异的性能,如乳化、洗涤、分散、湿润、渗透、起泡、消泡、增溶、洗涤、分散、湿润、渗透、起泡、消泡、增溶、去污、柔软、抗静电等。去污、柔软、抗静电等。定义:定义:表面活性剂(表面活性剂(surface active surface active agent agent oror surfactant surfactant 缩写成缩写成SAASAA)是指一)是指一类具有类具有两亲结构两亲结构的有机化合物,在加入少的有机化合物,在加入少量时就能量时就能显著降低显著降低溶液表面张力或界面张溶液表面张力或界面张力并改变体系界面状态的物质。力并改变体
9、系界面状态的物质。结束结束u1917年德国化学家由煤焦油合成了第一个表面活性剂烷基萘磺年德国化学家由煤焦油合成了第一个表面活性剂烷基萘磺酸盐,为表面活性剂的开发奠定了基础。酸盐,为表面活性剂的开发奠定了基础。u其后,表面活性剂的发展经历了数次变革。其后,表面活性剂的发展经历了数次变革。30年代,德国化学家年代,德国化学家广泛进行表面活性剂的研制,开创了近代表面活性剂时期,并形广泛进行表面活性剂的研制,开创了近代表面活性剂时期,并形成合成表面活性剂与肥皂相竞争的局面。成合成表面活性剂与肥皂相竞争的局面。u40一一50年代支链烷基苯磺酸钠年代支链烷基苯磺酸钠(TPS)因优良的洗摄性和耐硬水性因优良
10、的洗摄性和耐硬水性占据洗摄剂的主导地位;随后由于占据洗摄剂的主导地位;随后由于TPS难以生物降解造成河流污难以生物降解造成河流污染,在染,在1964年被性能优异的直链烷基苯磺酸钠取代;年被性能优异的直链烷基苯磺酸钠取代;u同时,同时,50年代后石油化工的发展,促进了醇系表面活性剂的大力年代后石油化工的发展,促进了醇系表面活性剂的大力发展,其中酯醚非离子表面活性剂因其优异的低温洗摄性、低泡发展,其中酯醚非离子表面活性剂因其优异的低温洗摄性、低泡性、可生物降解性等,加之脂肪醇和环氧乙烷原料的充足供应获性、可生物降解性等,加之脂肪醇和环氧乙烷原料的充足供应获得迅猛发展,至今已有超过阴离子表面活性剂之
11、势。得迅猛发展,至今已有超过阴离子表面活性剂之势。u90年代,表面活性剂向无毒、无公害、高效、全天然发展,烷基年代,表面活性剂向无毒、无公害、高效、全天然发展,烷基多苷多苷(APG)成为第四代最具潜力的表面活性剂。成为第四代最具潜力的表面活性剂。表面活性剂的发展历程表面活性剂的发展历程 结束结束u 中国的表面活性剂和合成洗涤剂工业起始于中国的表面活性剂和合成洗涤剂工业起始于50年代,尽管起步较晚,但发年代,尽管起步较晚,但发展较快。展较快。u1995年洗涤用品总量已达到年洗涤用品总量已达到310万吨,仅次于美国,排名世界第二位。其万吨,仅次于美国,排名世界第二位。其中合成洗涤剂的生产量从中合成
12、洗涤剂的生产量从1980年的年的40万吨上升到万吨上升到1995年的年的230万吨,净增万吨,净增4.7倍,并以年平均增长率大于倍,并以年平均增长率大于10%的速度增长。的速度增长。u2010年产量达到年产量达到140.2万吨,同比增长万吨,同比增长10.8%。同期中国表面活性剂的表观。同期中国表面活性剂的表观消费量约为消费量约为148.9万吨,进口量为万吨,进口量为31.1万吨,进口依存度达万吨,进口依存度达20.9%。我国表面活性剂的发展历程我国表面活性剂的发展历程 结束结束二、表面活性剂的特点二、表面活性剂的特点结构特点:两亲结构两亲结构 不论表面活性剂属于何种类型,都是由不论表面活性剂
13、属于何种类型,都是由性质不同性质不同的两部分组成的两部分组成。一部分是由。一部分是由疏水亲油的碳氢链组疏水亲油的碳氢链组成的非极性基团成的非极性基团,称为,称为亲油基或疏水基亲油基或疏水基;另一部;另一部分为分为亲水疏油的极性基,亲水疏油的极性基,称为称为亲水基或疏油基亲水基或疏油基。这两部分分别处于表面活性剂分子的两端,形成这两部分分别处于表面活性剂分子的两端,形成不对称的分子结构不对称的分子结构。极性头极性头818C 长链烷基等非极性基团长链烷基等非极性基团 结束结束 表面活性剂分子在其水溶液表面活性剂分子在其水溶液中很容易被吸附于气中很容易被吸附于气-水水(或油或油-水水)界面上形成独特
14、的定向排界面上形成独特的定向排列的单分子膜。列的单分子膜。表面活性剂在溶液中超过某表面活性剂在溶液中超过某一特定浓度时(界面吸附达一特定浓度时(界面吸附达饱和)可通过碳氢键的疏水饱和)可通过碳氢键的疏水作用(作用(Hydrophobic Interaction)或)或“疏水效应疏水效应”缔合成胶团缔合成胶团。表面活性剂在其溶液表面的定表面活性剂在其溶液表面的定向吸附和在溶液内部形成胶团向吸附和在溶液内部形成胶团 2.定向排列(定向排列(or表面吸附)表面吸附)1.显著降低表面张力显著降低表面张力性能特点:结束结束表面活性剂在溶液中超过某一特定浓度时(界面吸附达饱和)可通过碳氢表面活性剂在溶液中
15、超过某一特定浓度时(界面吸附达饱和)可通过碳氢键的疏水作用(键的疏水作用(Hydrophobic Interaction)或)或“疏水效应疏水效应”缔合成胶缔合成胶团团。3.定向排列(定向排列(or表面吸附)表面吸附)2.显著降低表面张力显著降低表面张力性能特点:1.溶解性溶解性表面活性剂分子在其水溶液中很容易表面活性剂分子在其水溶液中很容易被吸附于气被吸附于气-水水(或油或油-水水)界面上形成独界面上形成独特的定向排列的单分子膜。特的定向排列的单分子膜。4.形成胶束形成胶束 结束结束 表面活性剂的分类方法有以下几种:表面活性剂的分类方法有以下几种:三、表面活性剂的分类三、表面活性剂的分类在这
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