第一章表面活性剂化学课件.ppt
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- 第一章 表面活性剂 化学课件
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1、 表面活性剂化学表面活性剂化学 Surfactant Chemistry 宗丽娜:化学化工系物理化学教研室宗丽娜:化学化工系物理化学教研室 电话:电话:15154685926 0546-7396241 E-mail:Main Contents第一章第一章表面活性剂概论表面活性剂概论第二章第二章表面活性剂的类型表面活性剂的类型第三章第三章表面活性剂在界面上的吸附表面活性剂在界面上的吸附第四章第四章表面活性剂溶液的体相性质表面活性剂溶液的体相性质第五章第五章表面活性剂复配原理表面活性剂复配原理第六章第六章表面活性剂的作用表面活性剂的作用第七章第七章表面活性剂的应用表面活性剂的应用第一章第一章 表面
2、活性剂概论表面活性剂概论1.1 1.1 表面活性剂表面活性剂图图1-1 溶液表面张力与浓度的关系溶液表面张力与浓度的关系表面活性剂定义表面活性剂定义表面活性:溶质使溶剂表面张力表面活性:溶质使溶剂表面张力降低降低的性质的性质 加入少量即能加入少量即能大大降低大大降低溶剂(一般溶剂(一般为水)的表面张力(或液为水)的表面张力(或液液界面张液界面张力),改变体系界面状态,从而产生润力),改变体系界面状态,从而产生润湿或反润湿、乳化或破乳、起泡或消泡、湿或反润湿、乳化或破乳、起泡或消泡、加溶等一系列作用的一类物质。加溶等一系列作用的一类物质。51.1.2 2 表面活性剂的结构特点表面活性剂的结构特点
3、结构结构:表面活性剂分子由性质截然不同的两部分组成:表面活性剂分子由性质截然不同的两部分组成:CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7Na+COO-亲油基(也称憎水基)亲油基(也称憎水基)亲水基(也称憎油基)亲水基(也称憎油基)与油有亲和性,如烃类与油有亲和性,如烃类与水有亲和性,如与水有亲和性,如-C00-、-OH、-NH2等等61.1.2 2 表面活性剂的结构特点表面活性剂的结构特点作用原理:作用原理:表面活性剂溶于水,亲表面活性剂溶于水,亲水基受水分子的吸引,水基受水分子的吸引,亲油基受到水分子的排亲油基受到水分子的排斥。为了克服这种不稳斥。为了克服这种不稳定状态,两亲性分子在定状态,两
4、亲性分子在两相界面上定向排列:两相界面上定向排列:亲水基伸向水中,疏水亲水基伸向水中,疏水基伸向气相中基伸向气相中(或油相中或油相中)水水空气,油空气,油图图1-2 1-2 表面活性剂在油(空表面活性剂在油(空气)气)-水界面上的排列示意图水界面上的排列示意图7图图1-3 1-3 表面活性剂在其溶液表面的定向吸附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和在溶液内部形成胶团1.1.2 2 表面活性剂的结构特点表面活性剂的结构特点81.1.2 2 表面活性剂的结构特点表面活性剂的结构特点举例:举例:CH3CH2-CH2CH2Na+COO-CH3CH2-CH2-C6H4Na+SO3-图图
5、1-4 1-4 肥皂的亲油基与亲水基示意图肥皂的亲油基与亲水基示意图图图1-5 1-5 洗衣粉的亲油基与亲水基示意图洗衣粉的亲油基与亲水基示意图(亲油基)(亲油基)(亲油基)(亲油基)(亲水基)(亲水基)(亲水基)(亲水基)1.1.2 2 表面活性剂的结构特点表面活性剂的结构特点表表1-1 1-1 表面活性剂的主要亲油基和亲水基表面活性剂的主要亲油基和亲水基亲油基原子团(亲油基原子团(R为石蜡链为石蜡链烃,碳原子数为烃,碳原子数为818)亲水基原子团亲水基原子团石蜡烃基石蜡烃基R-磺酸基磺酸基-SO3-烷基苯基烷基苯基R硫酸酯基硫酸酯基-O-SO3-R烷基萘基烷基萘基氰基氰基-CN含氟(或高氟
6、代)烷基含氟(或高氟代)烷基羧基羧基-COO-聚硅氧烷基聚硅氧烷基酰胺基酰胺基马来酸烷基酯基马来酸烷基酯基羟基羟基烷基酮基烷基酮基铵基铵基聚氧丙烯基聚氧丙烯基巯基、卤基、氧乙烯基等巯基、卤基、氧乙烯基等O2NN2ClNH2N=NNH2O2N+OHOH注:表面活性剂分子结构的特点注:表面活性剂分子结构的特点是是两亲性分子两亲性分子,但并不是所有的,但并不是所有的两亲性分子都是表面活性剂,只两亲性分子都是表面活性剂,只有亲油部分有足够长度的两亲性有亲油部分有足够长度的两亲性物质才是表面活性剂。如脂肪酸物质才是表面活性剂。如脂肪酸钠盐系列,通常以钠盐系列,通常以C10C18作为亲作为亲油基的研究对象
7、油基的研究对象。101.1.3 3 表面活性剂的表面活性剂的分类分类1.3.1 按离子类型分类按离子类型分类111.1.3 3 表面活性剂的表面活性剂的分类分类1.3.2 溶解性分类溶解性分类1.3.3 按相对分子质量分类按相对分子质量分类 水溶性表面活性剂水溶性表面活性剂 油溶性表面活性剂油溶性表面活性剂 高分子表面活性剂(高分子表面活性剂(1000010000)中分子表面活性剂(中分子表面活性剂(1000-100001000-10000)低分子表面活性剂(低分子表面活性剂(100-1000100-1000)121.1.3 3 表面活性剂的表面活性剂的分类分类1.3.4 按用途分类按用途分类
8、1.3.5 特种表面活性剂特种表面活性剂表面张力降低剂、渗透剂、润湿剂、乳化剂、增表面张力降低剂、渗透剂、润湿剂、乳化剂、增溶剂、分散剂、絮凝剂、消溶剂、分散剂、絮凝剂、消泡剂、泡剂、起泡剂、杀菌起泡剂、杀菌剂、抗静电剂、缓蚀剂、防水剂、织物整理剂、剂、抗静电剂、缓蚀剂、防水剂、织物整理剂、均染剂等。均染剂等。有机金属表面活性剂、含硅表面活性剂、含氟表面活性有机金属表面活性剂、含硅表面活性剂、含氟表面活性剂、含磷表面活性剂、含硼表面活性剂和反应性特种表面剂、含磷表面活性剂、含硼表面活性剂和反应性特种表面活性剂。活性剂。131.4 表面活性剂的亲水亲油性表面活性剂的亲水亲油性1.4.1 表面活性
9、剂的溶解度表面活性剂的溶解度 表面活性剂在水中溶解度大亲水性强而亲油性就差;表面活性剂在水中溶解度大亲水性强而亲油性就差;在水中的溶解度小则亲油性就相对强。在水中的溶解度小则亲油性就相对强。对于离子型表面活性剂在低温时溶解度较对于离子型表面活性剂在低温时溶解度较低,随着温度升高其溶解度缓慢地增加,溶解低,随着温度升高其溶解度缓慢地增加,溶解度随温度的变化存在明显的转折点,达到某一度随温度的变化存在明显的转折点,达到某一温度后其溶解度突然迅速增加,该点的温度即温度后其溶解度突然迅速增加,该点的温度即为为克拉夫(克拉夫(Krafft)点)点。同系物的碳氢链越长,。同系物的碳氢链越长,其克拉夫点的温
10、度越高,同一温度时,在水中其克拉夫点的温度越高,同一温度时,在水中的溶解度越小。的溶解度越小。对于非离子型表面活性剂,其亲水基主要是聚氧乙对于非离子型表面活性剂,其亲水基主要是聚氧乙烯基。升高温度会破坏聚氧乙烯基同水分子的结合,往烯基。升高温度会破坏聚氧乙烯基同水分子的结合,往往使其溶解度下降甚至析出。若缓慢加热非离子型表面往使其溶解度下降甚至析出。若缓慢加热非离子型表面活性剂的透明水溶液,到某一定温度后溶液发生浑浊,活性剂的透明水溶液,到某一定温度后溶液发生浑浊,表明表面活性剂开始析出。溶液呈现浑浊的最低温度叫表明表面活性剂开始析出。溶液呈现浑浊的最低温度叫做做“浊点浊点”。在亲油基相同的同
11、系物中,加成的环氧乙烷在亲油基相同的同系物中,加成的环氧乙烷分子数越多,亲水性越强,浊点就越高。分子数越多,亲水性越强,浊点就越高。141.4 表面活性剂的亲水亲油性表面活性剂的亲水亲油性1.4.2 亲水亲油平衡值亲水亲油平衡值(HLB)HLB是是Hydrophile and Lyophile Balance的缩写,的缩写,即亲水亲油平衡。即亲水亲油平衡。HLB值最早是在值最早是在1949年,由年,由W.C.Griffin在在“美国化妆品化学协会期刊美国化妆品化学协会期刊”上,发表上,发表题为题为“表面活性剂按表面活性剂按HLB分类分类”的论文,提出了的论文,提出了HLB值的概念,从而将定性的
12、非数概念值的概念,从而将定性的非数概念HLB引申为定量化引申为定量化的有数概念。的有数概念。1、定义定义基准:基准:石蜡石蜡HLB=0 油酸油酸HLB=1 油酸钠油酸钠HLB=20 十二烷基硫酸钠十二烷基硫酸钠HLB=40一般认为,一般认为,HLB10 亲油性强亲油性强 HLB10 亲水性强亲水性强通过有关公式计算,通过有关公式计算,非离子型表面活性剂非离子型表面活性剂的的HLB值处值处于于1-20之间,之间,阴离子型和阳离子型阴离子型和阳离子型表面活性剂的表面活性剂的HLB值在值在1-40均有。均有。亲亲油油基基亲亲油油性性亲亲水水基基亲亲水水性性HLB151.4 表面活性剂的亲水亲油性表面
13、活性剂的亲水亲油性1.4.2 亲水亲油平衡值亲水亲油平衡值(HLB)2、计算、计算 HLB值的估计法值的估计法 因为因为HLB值反映表面活性剂分子的亲水性,因此由它值反映表面活性剂分子的亲水性,因此由它在水中的溶解情况可以估计该表面活性剂的在水中的溶解情况可以估计该表面活性剂的HLB值范围。值范围。表表1-2 HLB值的估计范围值的估计范围表面活性剂在水中的形状表面活性剂在水中的形状 HLB值范围值范围 表面活性剂在水中的形状表面活性剂在水中的形状 HLB值范围值范围不分散不分散14稳定的乳状分散体稳定的乳状分散体810分散不好分散不好36半透明至透明分散体半透明至透明分散体1013强烈搅拌可
14、得乳状分散体强烈搅拌可得乳状分散体58透明溶液(完全溶解)透明溶液(完全溶解)13以上以上161.4 表面活性剂的亲水亲油性表面活性剂的亲水亲油性1.4.2 亲水亲油平衡值亲水亲油平衡值(HLB)表表1-3 不同用途表面活性剂的不同用途表面活性剂的HLB值范围值范围主要用途主要用途HLB值范围值范围主要用途主要用途HLB值范围值范围消泡剂消泡剂13润湿剂润湿剂1215油包水型(油包水型(W/O型)乳化剂型)乳化剂36洗涤剂洗涤剂1315水包油型(水包油型(O/W型)乳化剂型)乳化剂818增溶剂增溶剂1518 聚氧乙烯型非离子表面活性剂(聚氧乙烯型非离子表面活性剂(亲水基聚氧乙烯链越亲水基聚氧乙
15、烯链越长,长,HLB值越大)值越大)HLB值值=0-20 171.4 表面活性剂的亲水亲油性表面活性剂的亲水亲油性1.4.2 亲水亲油平衡值亲水亲油平衡值(HLB)基团数法基团数法 HLB=7+(亲水基的基数)(亲水基的基数)-(亲油基的基数)(亲油基的基数)把把HLB看成是整个表面活性剂分子中各单元结构(即亲水基看成是整个表面活性剂分子中各单元结构(即亲水基和亲油基)的作用总和,这些基团各自对和亲油基)的作用总和,这些基团各自对HLB有不同贡献。有不同贡献。表表1-3 不同用途表面活性剂的不同用途表面活性剂的HLB值范围值范围18乳化法乳化法 原理:原理:用表面活性剂来乳化油相介质时,当表面
16、活性剂的用表面活性剂来乳化油相介质时,当表面活性剂的HLBHLB值与油相介质所需的值与油相介质所需的HLBHLB值相同时,生成的乳液稳定性最好。值相同时,生成的乳液稳定性最好。对于一般的水性表面活性剂对于一般的水性表面活性剂,可以使用松节油可以使用松节油(所需所需HLBHLB值为值为16)16)和棉籽油和棉籽油(所需所需HLBHLB 值为值为6)6)配制一系列需要不同配制一系列需要不同HLBHLB值的油相值的油相,每每1515 份油相中加入份油相中加入55 份待测表面活性剂份待测表面活性剂,然后加然后加入入8080 份水份水,搅拌乳化搅拌乳化,其中稳定性最好的试样中油相所需的其中稳定性最好的试
17、样中油相所需的HLBHLB 值就是表面活性剂的值就是表面活性剂的HLBHLB 值。值。1.4 表面活性剂的亲水亲油性表面活性剂的亲水亲油性1.4.2 亲水亲油平衡值亲水亲油平衡值(HLB)191.4 表面活性剂的亲水亲油性表面活性剂的亲水亲油性1.4.2 亲水亲油平衡值亲水亲油平衡值(HLB)对于油性表面活性剂对于油性表面活性剂,可以固定油相为棉籽油可以固定油相为棉籽油,用另用另外一种水溶性较大的表面活性剂如司盘外一种水溶性较大的表面活性剂如司盘60(60(所需所需HLBHLB 值为值为14.9)14.9)与待测表面活性剂配制成不同比例的系列复合乳化与待测表面活性剂配制成不同比例的系列复合乳化
18、剂剂,根据上述相同的方法根据上述相同的方法,也可测出表面活性剂的也可测出表面活性剂的HLBHLB。在应用乳化法时要注意以下两个方面的问题在应用乳化法时要注意以下两个方面的问题:一混合一混合表面活性剂的表面活性剂的HLBHLB 值的计算值的计算,现在基本上都采用重量加和现在基本上都采用重量加和法法,是一种粗略的算法。二是当待测表面活性剂的乳化力是一种粗略的算法。二是当待测表面活性剂的乳化力较强时较强时,测得的测得的HLBHLB值是一个范围。值是一个范围。一般的表面活性剂都可以采用乳化法测出一般的表面活性剂都可以采用乳化法测出 HLBHLB 值。对值。对于特殊新型结构的表面活性剂,采用乳化法也可以
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