表面活性劑概述及表面活性劑作用原理

1、 2021-6-202表面活性劑概述及表面活性劑作用原理 冰淇淋是我們最喜愛的食物；有了洗滌劑我冰淇淋是我們最喜愛的食物；有了洗滌劑我 們的生活才能如此美好。若沒有表面活性劑，們的生活才能如此美好。若沒有表面活性劑， 這兩樣?xùn)|西都不會有。這真是太可悲了。這兩樣?xùn)|西都不會有。這真是太可悲了。 但是，如果真的沒有了表面活性劑，也不會有但是，如果真的沒有了表面活性劑，也不會有 人為沒有冰淇淋和洗滌劑而哭泣。因為沒有表人為沒有冰淇淋和洗滌劑而哭泣。因為沒有表 面活性劑，人也沒有了。面活性劑，人也沒有了。 英國著名界面化學(xué)家英國著名界面化學(xué)家Ckint 2021-6-203表面活性劑概述及表面活性劑作用

2、原理 2021-6-204表面活性劑概述及表面活性劑作用原理 2021-6-205表面活性劑概述及表面活性劑作用原理 2021-6-206表面活性劑概述及表面活性劑作用原理 2021-6-207表面活性劑概述及表面活性劑作用原理 2021-6-208表面活性劑概述及表面活性劑作用原理 2021-6-209表面活性劑概述及表面活性劑作用原理 2021-6-2010表面活性劑概述及表面活性劑作用原理 2021-6-2011表面活性劑概述及表面活性劑作用原理 2021-6-2012表面活性劑概述及表面活性劑作用原理 指甲油指甲油 2021-6-2013表面活性劑概述及表面活性劑作用原理 香香 水水

3、2021-6-2014表面活性劑概述及表面活性劑作用原理 1 消毒殺菌消毒殺菌 2 腈綸勻染劑腈綸勻染劑 3 抗靜電劑抗靜電劑 4 礦物浮選劑礦物浮選劑 5 相轉(zhuǎn)移催化劑相轉(zhuǎn)移催化劑 6 織物柔軟劑織物柔軟劑 食品加工食品加工 印染印染 金屬加工金屬加工 電鍍電鍍 采礦采礦 采油采油 2021-6-2015表面活性劑概述及表面活性劑作用原理 表面活性劑表面活性劑一詞來自英文一詞來自英文Surfactant。 它實際上是短語它實際上是短語Surface（表面）（表面） Active（活性）（活性） Agent（添加劑）的縮合詞。（添加劑）的縮合詞。 它還有一個名字叫做它還有一個名字叫做Tensi

4、de。 表面活性劑是這樣一種物質(zhì)，它活躍于表面和界面表面活性劑是這樣一種物質(zhì)，它活躍于表面和界面 上，具有極高的降低表、界面張力的能力和效率。上，具有極高的降低表、界面張力的能力和效率。 在一定濃度以上的溶液中形成分子有序組合體，從在一定濃度以上的溶液中形成分子有序組合體，從 而具有一系列應(yīng)用功能。而具有一系列應(yīng)用功能。 2021-6-2016表面活性劑概述及表面活性劑作用原理 2021-6-2017表面活性劑概述及表面活性劑作用原理 2021-6-2018表面活性劑概述及表面活性劑作用原理 (a) (b) 2021-6-2019表面活性劑概述及表面活性劑作用原理 1.1 非極性烴鏈（疏水）非

5、極性烴鏈（疏水） 極性基團（親水）極性基團（親水） H2 C H2 C H2 C H2 C H2 C H2 C H2 C H2 C OH C H2 C H2 C H2 C H2 C H2 C H2 C H2 C H2 C H2 C O 硬脂酸硬脂酸 2021-6-2020表面活性劑概述及表面活性劑作用原理 陰離子表面活性劑 RCOONa羧酸鹽 R-OSO3Na 硫酸酯鹽 R-SO3Na磺酸鹽 R-OPO3Na2磷酸酯鹽 1.離子型 2.非離子型 陽離子型 陰離子型 兩性型 表面活性劑 1.1.1 按離子類型按離子類型 2021-6-2021表面活性劑概述及表面活性劑作用原理 陽離子表面活性劑

6、R-NH2HCl伯胺鹽 CH3 | R-N-HCl仲胺鹽 | H CH3 | R-N-HCl叔胺鹽 | CH3 CH3 | R-N+-CH3Cl-季胺鹽 | CH3 2021-6-2022表面活性劑概述及表面活性劑作用原理 兩性表面活性劑 R-N+HCH2-CH2COO-H 氨基酸型 CH3 | R-N+-CH2COO-H 甜菜堿型 | CH3 2021-6-2023表面活性劑概述及表面活性劑作用原理 R-(C6H4)-O(C2H4O)nH 烷基酚聚氧乙烯醚 非離子表面活性劑 R2N-(C2H4O)nH 聚氧乙烯烷基胺 R-CONH(C2H4O)nH 聚氧乙烯烷基酰胺 R-COOCH2(CHO

7、H)3H 多元醇型 R-O-(CH2CH2O)nH 脂肪醇聚氧乙烯醚 2021-6-2024表面活性劑概述及表面活性劑作用原理 1.1.2 按親水基的結(jié)構(gòu)分類按親水基的結(jié)構(gòu)分類 極性基團：極性基團： 羧酸、磺酸、硫酸、磷酸酯鹽、羧酸、磺酸、硫酸、磷酸酯鹽、 氨基或胺基及其鹽（伯、仲、叔、季）氨基或胺基及其鹽（伯、仲、叔、季） 鎓鹽型（磷、砷、硫、碘化合物）鎓鹽型（磷、砷、硫、碘化合物） 羥基、酰胺基、醚鍵等羥基、酰胺基、醚鍵等。 2021-6-2025表面活性劑概述及表面活性劑作用原理 1.1.3 按疏水基的種類分類按疏水基的種類分類 直鏈烷基直鏈烷基 支鏈烷基支鏈烷基 3. 烷基苯基烷基苯基

8、 4. 烷基萘基烷基萘基 通常為烴基構(gòu)成通常為烴基構(gòu)成 5. 松香衍生物松香衍生物 6. 高分子質(zhì)量聚氧丙烷基高分子質(zhì)量聚氧丙烷基 7. 長鏈全氟長鏈全氟(或高氟代或高氟代)烷基烷基 8. 聚硅氧烷基聚硅氧烷基 2021-6-2026表面活性劑概述及表面活性劑作用原理 硅表面活性劑硅表面活性劑 氟表面活性劑氟表面活性劑 1.1.4 按表面活性劑的特殊性分類按表面活性劑的特殊性分類 元素表面活性劑是指碳氧鏈上的元素表面活性劑是指碳氧鏈上的 氫（碳）原子被其它元素所代替，氫（碳）原子被其它元素所代替， 而顯現(xiàn)出與普通表面活性劑不同而顯現(xiàn)出與普通表面活性劑不同 的性能的性能 元素表面活性劑元素表面活

9、性劑 2021-6-2027表面活性劑概述及表面活性劑作用原理 高分子表面活性劑高分子表面活性劑 3.合成高分子表面活性劑合成高分子表面活性劑 聚乙烯醇、聚丙烯酸鹽、聚丙烯酰胺聚乙烯醇、聚丙烯酸鹽、聚丙烯酰胺 2. 部分合成高分子表面活性劑部分合成高分子表面活性劑 羧甲基纖維素、羧甲基淀粉羧甲基纖維素、羧甲基淀粉 1.天然高分子表面活性劑天然高分子表面活性劑 阿拉伯樹膠、皂、蛋白質(zhì)（大豆蛋白、牛乳）阿拉伯樹膠、皂、蛋白質(zhì)（大豆蛋白、牛乳） 2021-6-2028表面活性劑概述及表面活性劑作用原理 生物表面活性劑生物表面活性劑 1.糖脂系糖脂系 鼠李糖脂、海藻糖脂、槐糖脂鼠李糖脂、海藻糖脂、槐糖

10、脂 2.?；s氨酸系酰基縮氨酸系 硫放線菌素、脂縮氨酸。硫放線菌素、脂縮氨酸。 由酵母、細菌作用于培養(yǎng)液。生成有由酵母、細菌作用于培養(yǎng)液。生成有 特殊結(jié)構(gòu)的表面活性劑特殊結(jié)構(gòu)的表面活性劑 2021-6-2029表面活性劑概述及表面活性劑作用原理 冠醚型表面活性劑冠醚型表面活性劑 冠醚能與金屬多價離子絡(luò)合作，用作冠醚能與金屬多價離子絡(luò)合作，用作 相轉(zhuǎn)移催化劑、萃取劑等相轉(zhuǎn)移催化劑、萃取劑等 2021-6-2030表面活性劑概述及表面活性劑作用原理 1.1.5 其他分類方法其他分類方法 廣泛應(yīng)用于洗滌、醫(yī)藥、石油、食品、農(nóng)廣泛應(yīng)用于洗滌、醫(yī)藥、石油、食品、農(nóng) 業(yè)等各個領(lǐng)域。業(yè)等各個領(lǐng)域。 水溶性的

11、水溶性的 油溶性的油溶性的 低分子量的低分子量的 高分子量的高分子量的 表面活性劑具有潤濕、分散、乳化、增溶、表面活性劑具有潤濕、分散、乳化、增溶、 起泡、消泡、保濕、潤滑、洗滌、滲透、殺菌、起泡、消泡、保濕、潤滑、洗滌、滲透、殺菌、 防腐等功能，防腐等功能， 2021-6-2031表面活性劑概述及表面活性劑作用原理 1.2 1表面活性劑要易于生物降解，原料可再生，廣泛使用后，表面活性劑要易于生物降解，原料可再生，廣泛使用后， 對環(huán)境無污染，對人、畜安全溫和。對環(huán)境無污染，對人、畜安全溫和。 2表面活性劑要高效、多功能，除有清潔作用外，還要表面活性劑要高效、多功能，除有清潔作用外，還要 有抑菌

12、、殺菌、滋潤皮膚等作用，并應(yīng)不斷開發(fā)新用途。有抑菌、殺菌、滋潤皮膚等作用，并應(yīng)不斷開發(fā)新用途。 3耐硬水、低溫洗滌效果好，濃縮的表面活性劑洗滌用品耐硬水、低溫洗滌效果好，濃縮的表面活性劑洗滌用品 是一個發(fā)展方向，這包括濃縮洗衣粉和濃縮液體洗滌劑。是一個發(fā)展方向，這包括濃縮洗衣粉和濃縮液體洗滌劑。 2021-6-20 表面活性劑概述及表面活性劑作用 原理33 2.1 表面張力與表面活性表面張力與表面活性 當(dāng)任意兩相接觸時當(dāng)任意兩相接觸時, , 兩相之間決非是一個沒有厚兩相之間決非是一個沒有厚 度的純幾何面度的純幾何面, ,而是一個具有相當(dāng)厚度的過渡區(qū)而是一個具有相當(dāng)厚度的過渡區(qū), , 這一過渡區(qū)

13、通常稱之為界面。這一過渡區(qū)通常稱之為界面。 若其中一相為氣體，這種界面通常稱為表面。若其中一相為氣體，這種界面通常稱為表面。 但由于歷史的原因但由于歷史的原因, , 這兩個概念常?；煊?。這兩個概念常常混用。 常見的界面有：氣常見的界面有：氣- -液界面，氣液界面，氣- -固界面，液固界面，液- -液液 界面，液界面，液- -固界面，固固界面，固- -固界面。固界面。 2021-6-20 表面活性劑概述及表面活性劑作用 原理34 氣氣- -液界面液界面 2021-6-20 表面活性劑概述及表面活性劑作用 原理35 氣氣-固界面固界面 2021-6-20 表面活性劑概述及表面活性劑作用 原理36

14、液液-液界面液界面 2021-6-20 表面活性劑概述及表面活性劑作用 原理37 液液-固界面固界面 2021-6-20 表面活性劑概述及表面活性劑作用 原理38 固-固界面 2021-6-20 表面活性劑概述及表面活性劑作用 原理39 2.1.1 表面張力和表面自由能表面張力和表面自由能 氣氣相相 液液相相 表面活性劑概述及表面活性劑作用原理40 2021-6-20 （a） （b） 表面活性劑概述及表面活性劑作用原理41 2021-6-20 如果在活動邊框上掛一重物，使重 物質(zhì)量W2與邊框質(zhì)量W1所產(chǎn)生的重 力F（F=（W1+W2）g）與總的表面 張力大小相等方向相反，則金屬絲 不再滑動。

15、這時 2Fl l是滑動邊的長度，因膜有兩個面， 所以邊界總長度為2l， 就是作用于 單位邊界上的表面張力。 表面活性劑概述及表面活性劑作用原理42 2021-6-20 由于表面層分子的受力情況與本體中不同，因此 如果要把分子從內(nèi)部移到界面，或可逆的增加表面積， 就必須克服系統(tǒng)內(nèi)部分子之間的作用力，對系統(tǒng)做功。 溫度、壓力和組成恒定時，可逆使表面積增加dA 所需要對系統(tǒng)作的功，稱為表面功。 用公式表示為： 把作用于單位邊界線上的這種力稱為表面張力，把作用于單位邊界線上的這種力稱為表面張力， 用用 表示表示，單位是，單位是N/m。 也是增加單位表面積時也是增加單位表面積時 所必須對系統(tǒng)做的功，單位

16、所必須對系統(tǒng)做的功，單位J/m2 s AGd d 2021-6-2043表面活性劑概述及表面活性劑作用原理 表面張力的測定表面張力的測定 1. 滴重法滴重法 W=2Rf =W/2Rf Vg RR 2f 1 Vg RR F 2021-6-2044表面活性劑概述及表面活性劑作用原理 滴落的高速攝影示意圖滴落的高速攝影示意圖 那為什么有個系數(shù)呢？那為什么有個系數(shù)呢？ 2021-6-20 表面活性劑概述及表面活性劑作用 原理45 2.毛細管上升法毛細管上升法 2 1 g (h+ 3 r ) r r 毛細管半徑毛細管半徑 界面兩相的密度差界面兩相的密度差 g 重力加速度重力加速度 h 高度差高度差 20

17、21-6-20 表面活性劑概述及表面活性劑作用 原理46 3. 環(huán)法環(huán)法 4.吊片法吊片法 5.最大汽泡壓力法最大汽泡壓力法 6. 滴外形法滴外形法 2021-6-20 表面活性劑概述及表面活性劑作用 原理47 濃度濃度 1 2 2.1.2 表面活性和表面活性劑表面活性和表面活性劑 具有第三類曲線的物質(zhì)具有第三類曲線的物質(zhì) 才叫表面活性劑。才叫表面活性劑。 特勞貝規(guī)則特勞貝規(guī)則 3 2021-6-20 表面活性劑概述及表面活性劑作用 原理48 2.1.3 表面活性劑的結(jié)構(gòu)特點表面活性劑的結(jié)構(gòu)特點 表面活性劑概述及表面活性劑作用原理49 2021-6-20 表面活性劑概述及表面活性劑作用原理50

18、 2021-6-20 2.2 2.2.1 膠束的形成膠束的形成 表面活性劑概述及表面活性劑作用原理51 2021-6-20 膠束結(jié)構(gòu)示意圖膠束結(jié)構(gòu)示意圖 2021-6-2052表面活性劑概述及表面活性劑作用原理 2.2.2 臨界膠束濃度臨界膠束濃度 CMC Critical Micell Concentration 表面活性劑在水中隨著濃度增大，表面上聚集的活性劑分 子形成定向排列的緊密單分子層，多余的分子在體相內(nèi)部 也三三兩兩的以憎水基互相靠攏，聚集在一起形成膠束， 這開始形成膠束的最低濃度稱為臨界膠束濃度臨界膠束濃度。 表面活性劑概述及表面活性劑作用原理53 2021-6-20 這時溶液性

19、質(zhì)與理這時溶液性質(zhì)與理 想性質(zhì)發(fā)生偏離，在想性質(zhì)發(fā)生偏離，在 表面張力對濃度繪制表面張力對濃度繪制 的曲線上會出現(xiàn)轉(zhuǎn)折。的曲線上會出現(xiàn)轉(zhuǎn)折。 繼續(xù)增加活性劑濃度，繼續(xù)增加活性劑濃度， 表面張力不再降低，表面張力不再降低， 而體相中的膠束不斷而體相中的膠束不斷 增多、增大。增多、增大。 2021-6-2054表面活性劑概述及表面活性劑作用原理 2.2.2.1 臨界膠束濃度的測定方法臨界膠束濃度的測定方法 1. 表面張力法表面張力法 界面張力儀界面張力儀 2021-6-2055表面活性劑概述及表面活性劑作用原理 2. 電導(dǎo)法電導(dǎo)法 3. 增溶作用法增溶作用法 4. 染料法染料法 2021-6-20

20、56表面活性劑概述及表面活性劑作用原理 5. 光散射法光散射法 2021-6-2057表面活性劑概述及表面活性劑作用原理 2.2.2.2 影響臨界膠束濃度的因素影響臨界膠束濃度的因素 表面活性劑的碳氫鏈長表面活性劑的碳氫鏈長 碳氫鏈分支碳氫鏈分支 極性基團的位置極性基團的位置 碳氫鏈中其它取代基的影響碳氫鏈中其它取代基的影響 親水基團的種類親水基團的種類 疏水鏈的性質(zhì)疏水鏈的性質(zhì) 溫度溫度 離子型離子型 Krafft point 非離子型非離子型 濁點濁點 cloud point 2021-6-20表面活性劑概述及表面活性劑作用 原理 58 2.2.3 膠束的形狀和大小膠束的形狀和大小 球球

21、狀狀 2021-6-20表面活性劑概述及表面活性劑作用 原理 59 2021-6-20表面活性劑概述及表面活性劑作用 原理 60 2021-6-20 表面活性劑概述及表面活性劑作用 原理61 2.2.4 膠束的作用膠束的作用 乳化作用乳化作用 泡沫作用泡沫作用 分散作用分散作用 增溶作用增溶作用 催化作用催化作用 2021-6-20 表面活性劑概述及表面活性劑作用 原理62 2.3 2.3.1 表面活性劑的親水性表面活性劑的親水性 HLB 親水親油平衡值親水親油平衡值(Hydrophile-Lipophile Balance) 表面活性劑分子中親水和親油基團對油或水的綜合親合表面活性劑分子中親水和親油基團對油或水的綜合親合 力，是用來表示表面活性劑的親水親油性強弱的數(shù)值。力，是用來表示表面活性劑的親水親油性強弱的數(shù)值。 Griffin 表面活性劑概述及表面活性劑作用原理63 2021-6-20 HLB值= 親水基質(zhì)量 親水基質(zhì)量+憎水基質(zhì)量 100/5 2.3.1.1 HLB的確定的確定 非離子型非離子型