精细化工工艺学-工艺学-3-表面活性剂课件.ppt
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- 精细化工 工艺学 表面活性剂 课件
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1、精细化工工艺学杜可杰杜可杰南华大学南华大学 化学化工学院化学化工学院第三章 表面活性剂 表面活性剂是精细化工品的重要门类之一,表面活性剂是精细化工品的重要门类之一,在在日常生活、工业生产和科技领域有着非常重要的日常生活、工业生产和科技领域有着非常重要的作用和广泛的应用作用和广泛的应用。它是许多部门必要的化学助剂,。它是许多部门必要的化学助剂,其用量虽小,但收获甚大,往往能起到意想不到的其用量虽小,但收获甚大,往往能起到意想不到的效果,被誉为效果,被誉为“工业味精工业味精”的美称。的美称。表面活性剂:是指在加入很少量时就能显著降低溶液的表面张力,改变体系界面状态,从而产生润湿、乳化、起泡、增溶等
2、一系列作用,以达到实际应用要求的物质。表面活性剂在溶液中达到一定浓度以上,会形成分子有序组合体,从而产生一系列重要功能。单硬脂酸甘油酯(单甘酯)乳化剂水黾的高明之处:1、既不会划破水面,也不会浸湿自己的腿。2、它在水面上每秒钟可滑行100倍于身体长度的距离,这相当于一位身高1.8米的人以每小时400英里的速度游泳。3.1 表面活性和表面张力表面张力 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。这种作用力使表面有自动收缩到最小的趋势,并使表面层显示出一些独特性质
3、,如表面张力、表面吸附、毛细现象、过饱和状态等。表面张力物理意义:作用于表面单位长度上使表面收缩的力。单位:mN/m。在一定条件下任何液体,均有一定的表面张力,不同液体表面张力大小不同。另外,溶液与纯液体表面张力也不同。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影响表面张力的因素表面张力是一种强度性质,纯液体的表面张力通常是指液体与饱和了本身蒸气的空气而言。影响表(界)面张力的因素主要有:液体本身的性质有关外,还与共存的另一相的性质有关;温度:温度增加,表面张力降低。压力:压力增加,表面张力降低。1 表面张力随溶液浓度的增加而稍有增大;(无机盐、多羟基有机物)2 表面张力随溶液浓度的增加而逐渐减小;(极性有机物)3 溶液的浓度
5、较低时,表面张力急剧地降低,浓度到一定值后,表面张力几乎不变化。(表面活性剂)第3类物质:表面活性剂(surface active agents,surfactants)具体地讲,表面活性剂应当是这样一类物质,在加入量很少时即能显著降低溶剂(通常为水)的表面(或界面)张力,改变物系的界面状态,能够产生润湿,乳化、起泡、增溶及分散等一系列作用,从而达到实际应用的要求。结构特点结构特点双亲性双亲性3.2 表面活性剂的结构特点3.2.1 表面活性剂的结构表面活性剂从结构上看均为两亲分子,即同时具有亲水的极性基团和憎水的非极性基团。疏水基 亲水基H2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2COHCH
6、2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CO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有规则地定向排列着,水的表面就像覆盖一层薄的表面膜,称之为单分子膜(monomolecular film)。界面吸附及定向排列离子型表面活性剂在水中的溶解度随温度的上升逐渐增加,当达到某一特定温度时,溶解度急剧陡升时的温度此点也是离子表面活性剂在该温度下胶束形成温度,在Tk时,其溶解度等于临界胶束浓度CMC临界溶解温度:又称(krafft.point)Tk 它是指1%的表面
7、活性剂溶液在加热时由混浊忽然变澄清时相应的温度 krafft点越低,说明该表面活性剂的低温水溶性越好 krafft点越高,其溶解度降低。同系物表面活性剂的Tk值一般随着亲油链长的增加而上升当表面活性剂浓度继续增大,多余的分子在溶液中形成胶束。表面活性剂分子在溶剂中缔合形成胶束的最低浓度即为临界胶束浓度 (CMC)临界胶束浓度 (CMC)的测量在CMC附件,表面活性剂溶液的许多性质都会出现转折,比如表面张力、电导率、去污能力等。临界胶束浓度 (CMC)的测量优缺点优缺点表面张力(测定cmc的标准方法)简单方便;对各类表面活性剂普遍适用;灵敏度不受表面活性剂类型、活性高低、浓度高低、是否有无机盐等
8、因素的影响电导率(测定cmc的经典方法)优点:简便;局限性:只限于测定离子型表面活性剂。染料法有时颜色变化不够明显,使cmc不易准确测定浊度法局限性:非极性有机物光散射法利用散射光强度-溶液浓度曲线中的突变点可以测定cmc。要求溶液非常干净,任何尘埃质点都对测定有显著影响表面活性剂的亲水基亲水基(亲水基(hydrophilic group):对极性表面具有明显的):对极性表面具有明显的亲和性,易溶于水。亲和性,易溶于水。亲水基离子型亲水基非离子型亲水基阴离子型阳离子型两性离子型亲水基类型羧酸盐:-COOM磺酸盐硫酸盐聚醚硫酸酯盐磷酸盐聚醚性磷酸盐亲水基类型铵盐季铵盐氨基酸甜菜碱醚键 羟基 表面
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