表面活性剂概述1课件.pptx
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- 表面活性剂 概述 课件
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1、 界面(界面(interface)interface)是指两相接触的约是指两相接触的约几个分子几个分子厚度的过渡区厚度的过渡区,若其中一相为气体,这种界面通常,若其中一相为气体,这种界面通常称为表面称为表面(surface)(surface)。1、习惯上把液体或固体与空气的界面称为液体或习惯上把液体或固体与空气的界面称为液体或固体的表面。固体的表面。1 常见的界面有:气常见的界面有:气-液界面,气液界面,气-固界面,液固界面,液-液界面,液液界面,液-固界面,固固界面,固-固界面。固界面。2表面张力表面张力 使液体表面分子向内收缩至最小面积的这种力使液体表面分子向内收缩至最小面积的这种力。液体
2、的表面张力来源来源于物质的分子或原子于物质的分子或原子间的范德华力。间的范德华力。表面张力是由于表表 面分子和液体内部面分子和液体内部 分子所处的环境不分子所处的环境不 一样形成的。一样形成的。3 如果在活动边框上挂一重物,使重物质量W2与边框质量W1所产生的重力F(F=(W1+W2)g)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。42、某些物某些物质的加入量很少时,就可使水的质的加入量很少时,就可使水的表面张力显著下降表面张力显著下降;5 如 油 酸 钠 就是这样一种物质。671、表面活
3、性剂的结构、表面活性剂的结构表面活性剂分子表面活性剂分子 非极性亲油基团(烃非极性亲油基团(烃链)链)极性亲水基团极性亲水基团两亲分子;两亲分子;不对称、极性;不对称、极性;8亲水基亲水基是容易溶于水或容易被水所润湿的原子是容易溶于水或容易被水所润湿的原子团,如磺酸基、羧基、硫酸酯基、羟基、氨基等团,如磺酸基、羧基、硫酸酯基、羟基、氨基等;亲油基亲油基又称疏水基、憎水基,由烃链又称疏水基、憎水基,由烃链(CH2)n-组组成,链有长有短,有的具有支链,或者被杂原子或环成,链有长有短,有的具有支链,或者被杂原子或环状原子团所中断:状原子团所中断:-(CH2)n-O-(CH2)m-,(CH2)n-P
4、h9亲油基对油有亲合性。可分为以下几类亲油基对油有亲合性。可分为以下几类:直链烷基直链烷基 支链烷基支链烷基 烷基苯基烷基苯基 烷基萘基烷基萘基 长链全氟或高氟代烷基长链全氟或高氟代烷基 全氟聚氧丙烯基(低分子量)全氟聚氧丙烯基(低分子量)高分子量聚氧丙烯基高分子量聚氧丙烯基 聚硅氧烷基聚硅氧烷基H3CCCH3CH3SiCH3CH3()4SiCH3CH3OC17H35R102、表面活性剂的分类、表面活性剂的分类 一般以一般以亲水基团的结构亲水基团的结构为依据。为依据。表面活性剂可如下归类:表面活性剂可如下归类:阳离子型阳离子型阴离子型阴离子型两性型两性型离子型离子型非离子型非离子型表面活性剂表
5、面活性剂11 阴离子表面活性剂阴离子表面活性剂溶于水后生成离子,其亲水基团为带负电的原子团;溶于水后生成离子,其亲水基团为带负电的原子团;应用比较多、产量大,约占表面活性剂使用量的应用比较多、产量大,约占表面活性剂使用量的70%,主要用作乳化剂、分散剂、润湿剂等,大多用作洗涤剂主要用作乳化剂、分散剂、润湿剂等,大多用作洗涤剂12(1)(1)羧酸盐羧酸盐 RCOO RCOO(2)(2)例如:例如:肥皂中的表面活性成分肥皂中的表面活性成分硬脂酸钠硬脂酸钠等等(2)(2)磺酸盐磺酸盐 R-SO3 例如:例如:洗衣粉中的洗衣粉中的十二烷基苯磺酸钠十二烷基苯磺酸钠(ABS)(ABS)等等(3)(3)硫酸
6、酯盐硫酸酯盐 R-OSO R-OSO3 3 (4)(4)磷酸酯盐磷酸酯盐 R-OPO R-OPO3 32 213 阳离子表面活性剂阳离子表面活性剂溶于水后生成的亲水基团是带正电的原子团溶于水后生成的亲水基团是带正电的原子团工业上的阳离子表面活性剂都是有机氮化合物的衍生物,工业上的阳离子表面活性剂都是有机氮化合物的衍生物,水溶性大,在酸性和碱性溶液中较稳定水溶性大,在酸性和碱性溶液中较稳定,具有良好的表面活具有良好的表面活性和杀菌作用;性和杀菌作用;14(1)(1)伯胺盐伯胺盐 R-NH3 (2)(2)季铵盐季铵盐 CH3|例如例如 C16H33-N+-CH3Br|CH3 十六烷基溴化铵十六烷基
7、溴化铵(俗称俗称1631)1631)(3)(3)吡啶盐吡啶盐 例如例如 C C1212H H2525(NC(NC5 5H H5 5)+15 非离子表面活性剂非离子表面活性剂在水中不离解成离子,也不带电荷在水中不离解成离子,也不带电荷;16(1)脂肪醇脂肪醇聚氧乙烯醚聚氧乙烯醚 R-O-(CH2CH2O)nH 俗称平平加系列,具良好湿润性能俗称平平加系列,具良好湿润性能(2)(2)烷基酚聚氧乙烯醚烷基酚聚氧乙烯醚 R-(C6H4)-O(C2H4O)nH 俗称俗称 OP OP系列,化学性质稳定,抗氧化性能强系列,化学性质稳定,抗氧化性能强(4)(4)多元醇型多元醇型 主要是失水山梨醇的脂肪酸酯及其
8、聚氧乙烯加成物Span类 及 Tween类表面活性剂即属此类;具有低毒的特点,广泛用于医药工业、食品工业以及生化实验(3)(3)聚氧乙烯烷基酰胺聚氧乙烯烷基酰胺 R-CONH(C2H4O)nH 常用作起泡剂、增粘剂 OOHOHOOHCORSpanOOO(C2H4O)yHOO(C2H4O)zHCORH(OC2H4)xTween17 非离子型表面活性剂非离子型表面活性剂稳定性高稳定性高,不易受强电解质,不易受强电解质无机盐类存在的影响,也不易受酸碱的影响;无机盐类存在的影响,也不易受酸碱的影响;与其它与其它类型表面活性剂的相容性好类型表面活性剂的相容性好;在水及有机溶剂中皆有;在水及有机溶剂中皆有
9、良好的溶解性能良好的溶解性能,具有良好的乳化、润湿、渗透性、具有良好的乳化、润湿、渗透性、以及起泡、洗涤、稳泡、抗静电等作用,且无毒以及起泡、洗涤、稳泡、抗静电等作用,且无毒;广泛用作纺织业、化妆品、食品、药物等的乳广泛用作纺织业、化妆品、食品、药物等的乳化剂、消泡剂、增稠剂,以及医疗方面的杀菌剂以化剂、消泡剂、增稠剂,以及医疗方面的杀菌剂以及洗涤、润湿剂等。及洗涤、润湿剂等。18 两性表面活性剂两性表面活性剂同时具有阴离子、阳离子或同时具有非离子同时具有阴离子、阳离子或同时具有非离子和阴离子的、有两种离子性质的表面活性剂;和阴离子的、有两种离子性质的表面活性剂;结构上同时存在性质相反的离子,
10、在结构上同时存在性质相反的离子,在H溶溶液中呈阳离子表面活性,在碱性溶液中呈阴离子液中呈阳离子表面活性,在碱性溶液中呈阴离子表面活性,在中性溶液中呈非离子表面活性表面活性,在中性溶液中呈非离子表面活性;氨基酸型:氨基酸型:R-NH+2-CH2CH2COO甜菜碱型:甜菜碱型:R-N+(CH3)2-COO19(1)氨基酸型氨基酸型 R-NH2CH2-CH2COO 洗涤性能良好,常作为特殊洗涤剂洗涤性能良好,常作为特殊洗涤剂(2)(2)甜菜碱型甜菜碱型 CH3 R-N+-CH2COO-CH3 去污力强,对纤维有保护作用去污力强,对纤维有保护作用20-由于其特殊结构,具有许多优异性能,如良好由于其特殊
11、结构,具有许多优异性能,如良好的去污、起泡和乳化性能,耐硬水性好,对酸碱和的去污、起泡和乳化性能,耐硬水性好,对酸碱和多种金属离子都比较稳定,具有抗静电、杀菌、防多种金属离子都比较稳定,具有抗静电、杀菌、防腐蚀等使用性能,特别是其腐蚀等使用性能,特别是其极低毒性极低毒性和和无刺激性无刺激性以以及及良好的生物降解性能良好的生物降解性能,使其在日用化学品应用中,使其在日用化学品应用中前景广阔。同时在纺织、印染、化纤、除锈方面都前景广阔。同时在纺织、印染、化纤、除锈方面都有相当用途。有相当用途。212.2 表面活性剂应用原理表面活性剂应用原理2.2.1 界面吸附和形成胶束界面吸附和形成胶束 当表面活
12、性剂溶于水时,其亲水基有进入溶液中当表面活性剂溶于水时,其亲水基有进入溶液中的倾向,而疏水基有趋向离开水而伸向空气中。结的倾向,而疏水基有趋向离开水而伸向空气中。结果使表面活性剂分子在两相界面上发生相对聚集。果使表面活性剂分子在两相界面上发生相对聚集。表面活性剂在界面上发生相对聚集的这种现表面活性剂在界面上发生相对聚集的这种现象即称为象即称为“吸附吸附”.22(b b)浓度相对升高,很快地聚集)浓度相对升高,很快地聚集到水表面上,即到水表面上,即表面吸附量大表面吸附量大为增加为增加、空气和水的接触相对、空气和水的接触相对减少,水表面张力下降。减少,水表面张力下降。(a a)是极稀溶液,界面上)
13、是极稀溶液,界面上没聚集很多的表面活性剂,没聚集很多的表面活性剂,空气和水直接接触,水的表空气和水直接接触,水的表面张力下降不多,面张力下降不多,接近于纯接近于纯水的状态水的状态。23(c)表面活性剂浓度逐渐升高,表面活性剂毫无间隙地密集于液面上,形成了单分子吸附膜。空气与水处于完全隔离状态,表面吸附达饱和。在溶液内部,增加表面活性剂,先是三三两两以疏水基互相靠拢,形成球形胶束的最初形式。水表面张力急剧下降。242.2.2 胶束及临界胶束浓度胶束及临界胶束浓度 两亲分子溶解在水中达一定浓度时,其非极两亲分子溶解在水中达一定浓度时,其非极性部分会互相吸引,从而使得分子自发形成性部分会互相吸引,从
14、而使得分子自发形成有有序的聚集体序的聚集体,使憎水基向里、亲水基向外,减,使憎水基向里、亲水基向外,减小了憎水基与水分子的接触,使体系能量下降,小了憎水基与水分子的接触,使体系能量下降,这种多分子有序聚集体称为胶束。这种多分子有序聚集体称为胶束。随着亲水基不同和浓度不同,形成的胶束可随着亲水基不同和浓度不同,形成的胶束可呈现呈现棒状棒状、层状或球状等层状或球状等多种形状。多种形状。胶束胶束25球形胶束球形胶束26棒状胶束棒状胶束27层状胶束层状胶束28脂质双层与细胞膜脂质双层与细胞膜29临界胶束浓度临界胶束浓度(critical micelle concentration)临界胶束浓度简称临界
15、胶束浓度简称CMCCMC 表面活性剂在溶液中表面活性剂在溶液中开始形成胶束的最低浓度开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度。称为临界胶束浓度。在在CMCCMC附近,表面活性剂溶液的许多性质都会出现转附近,表面活性剂溶液的许多性质都会出现转折,如表面张力、电导率、去污能力等折,如表面张力、电导率、去污能力等.30表面活性剂浓度变大表面活性剂浓度变大C CMC溶液中的分子的憎水溶液中的分子的憎水基相互吸引,分子自基相互吸引,分子自发聚集,形成球状、发聚集,形成球状、层状胶束,将憎水基层状胶束,将憎水基埋在胶束内部埋在胶束内部31 可以利用可以利用测定表面张力,测定表面张力,电导率等方法电导率等方法
16、达到测定临界达到测定临界胶束浓度目的胶束浓度目的;表 面 活 性表 面 活 性剂水溶液其浓剂水溶液其浓度只有稍高于度只有稍高于其其CMC值时,值时,才能充分显示才能充分显示其作用。其作用。CMC32-与表面活性剂降低水的表面张力基本性质直接与表面活性剂降低水的表面张力基本性质直接相关的效用有:相关的效用有:润湿、渗透、乳化、分散、润湿、渗透、乳化、分散、增溶、发泡、消泡和洗涤作用;增溶、发泡、消泡和洗涤作用;-与表面活性剂降低水的表面张力基本性质间接与表面活性剂降低水的表面张力基本性质间接相关的效用有:相关的效用有:平滑、柔软、匀染、平滑、柔软、匀染、抗静电、杀菌、防锈抗静电、杀菌、防锈332
17、.2.3 界面电荷界面电荷扩散双电层扩散双电层 在分散相粒子带电的情况下,加入离子型表面在分散相粒子带电的情况下,加入离子型表面活性剂,由于活性剂,由于界面吸附界面吸附而产生界面电荷的变化,而产生界面电荷的变化,形成扩散双电层,形成扩散双电层,对接触角、界面张力对接触角、界面张力等界面现等界面现象或者分散体系特有的象或者分散体系特有的凝聚凝聚和和分散分散、沉降沉降、扩散扩散等具有重要地位;等具有重要地位;34如固液界面固液界面:固相表面因为固相表面因为本本身电离身电离或或吸附溶液吸附溶液中的离子中的离子而带电,而带电,在其周围必吸引着在其周围必吸引着与其电性相反、电与其电性相反、电量相等的离子
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