表面活性劑和液晶

1、表面活性劑表面活性劑及其應(yīng)用及其應(yīng)用1、基本概念（1）表面與界面(Surface and Interface)物質(zhì)相與相之間的“接界面”或“接觸面”。 (a)物質(zhì)(Substances)同種或異種物質(zhì)之間； (b)相(Phases)物質(zhì)的化學(xué)、物理性質(zhì)相同的集合體。物質(zhì)有G,L,S三種聚集態(tài)，兩兩組合扣去G-G無接界面外，自然界中存在五種界面：G-L, G-S, L-L, L-S, S-S。 （2）表面與界面張力 (a) 本體相分子 (b) 表面相分子(c) 表面張力(Tension of surface)-shrink force in surface). 液體表面的自動收縮現(xiàn)象； 自然狀態(tài)

2、的水滴、氣泡、西瓜等等表面活性劑的一般結(jié)構(gòu)表面活性劑的一般結(jié)構(gòu)表面活性劑表面活性劑從結(jié)構(gòu)上看均為從結(jié)構(gòu)上看均為兩親分子兩親分子，即同時具有親，即同時具有親水的極性基團(tuán)和憎水的非極性基團(tuán)。水的極性基團(tuán)和憎水的非極性基團(tuán)。極性頭極性頭818C 長鏈烷基等非極性基團(tuán)長鏈烷基等非極性基團(tuán) 親油基（疏水基）：親油基（疏水基）：與與油具有親和性油具有親和性，如長鏈烴，如長鏈烴 -CH2-CH2-CH2-CH2 - 親水基：親水基：容易溶于容易溶于水或易被水所潤濕水或易被水所潤濕的原子團(tuán)，如的原子團(tuán)，如羧基、磺酸基、硫酸酯基、醚鍵、氨基、羧基羧基、磺酸基、硫酸酯基、醚鍵、氨基、羧基CH3CH2CH2CH2C

3、H2CH2CH2CH2CH2CH2COONa肥皂中的表面活性劑：脂肪酸鈉鹽肥皂中的表面活性劑：脂肪酸鈉鹽3、表面活性劑的結(jié)構(gòu)特征 （1）雙親結(jié)構(gòu) 非極性的親油基 極性的親水基 通過連接基或直接連接而成的不對稱化合物例如肥皂，硬脂酸鈉學(xué)名十八烷基酸鈉：（二）親水親油平衡值（二）親水親油平衡值定義：定義：HLB(hydrophile-HLB(hydrophile-lipophilelipophile balance) balance)系系表面活性劑中親水和親表面活性劑中親水和親油基團(tuán)對油或水的綜合油基團(tuán)對油或水的綜合親合力，是用來表示表親合力，是用來表示表面活性劑的親水親油性面活性劑的親水親油性強(qiáng)

4、弱的數(shù)值。強(qiáng)弱的數(shù)值。 HLBHLB值范圍：值范圍： HLB 0HLB 04040，其中非離，其中非離子表面活性劑子表面活性劑HLB 0HLB 02020，即石蠟為，即石蠟為0 0，聚氧，聚氧乙烯為乙烯為2020。（2）冰山結(jié)構(gòu)(a) 氫鍵 神奇液體水（例如：s l) 主要原因是氫鍵。一個水分子可形成四個氫鍵形成六元環(huán)結(jié)構(gòu)，在液態(tài)時也會形成冰結(jié)構(gòu)，為假晶結(jié)構(gòu)(b)Iceberg structure 加入表面活性劑于水中，破壞了水原有的氫鍵結(jié)構(gòu)，但在表面活性劑的親油基附近形成另種類似于疊羅漢那樣規(guī)整的冰結(jié)構(gòu)Iceberg structure有序度高、熵小不穩(wěn)定，從而驅(qū)使體系向破壞該結(jié)構(gòu)方向變化，

5、逃逸水。（3）疏水相互作用(Hydrophobic interaction) 為避免形成冰山結(jié)構(gòu)，表面活性劑的親油劑在水中會向逃逸水的方向移動疏水相互作用。親油基逃逸水疏水基（4）表面活性表面活性劑疏水作用的直接結(jié)果: (a) 表（界）面吸附； (b) 膠束作用。 此兩個基本特性則引發(fā)了一系列作用：v 吸附潤濕、乳化、分散、泡沫等；v 膠束增溶。表面活性劑的種類：表面活性劑的種類：1、陰離子型：陰離子型：親水親水基團(tuán)為帶有基團(tuán)為帶有負(fù)電負(fù)電的原子團(tuán)的原子團(tuán)。2、陽離子型：陽離子型：親水親水基團(tuán)為帶有基團(tuán)為帶有正電正電荷的原子團(tuán)荷的原子團(tuán)。3、兩性離子型：兩性離子型：帶有帶有兩個親水兩個親水基團(tuán)

6、，在水中帶有基團(tuán)，在水中帶有正負(fù)正負(fù)兩種電荷，在酸性溶液中呈陽離子表面活性，在堿兩種電荷，在酸性溶液中呈陽離子表面活性，在堿性溶液中呈陰離子表面活性，在中性溶液中呈非離性溶液中呈陰離子表面活性，在中性溶液中呈非離子表面活性。子表面活性。4、非離子型：非離子型： 在水中不會離解成離子，也在水中不會離解成離子，也不帶電荷不帶電荷。5、混合型：混合型：兩個親水基團(tuán)，一個帶電，一個不帶電。兩個親水基團(tuán)，一個帶電，一個不帶電。常用表面活性劑常用表面活性劑1.1.陰離子表面活性劑陰離子表面活性劑(1)(1) 羧酸鹽羧酸鹽 RCOO RCOO 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鈉硬

7、脂酸鈉等等(2) (2) 磺酸鹽磺酸鹽 R-SO3 例如：例如： 洗衣粉中的洗衣粉中的十二烷基苯磺酸鈉十二烷基苯磺酸鈉(ABS)(ABS)等等(3) (3) 硫酸酯鹽硫酸酯鹽 R-OSO R-OSO3 3 (4) (4) 磷酸酯鹽磷酸酯鹽 R-OPO R-OPO3 32 22.2.陽離子表面活性劑陽離子表面活性劑 具有易吸附于一般固體表面及殺菌性兩個特點具有易吸附于一般固體表面及殺菌性兩個特點(1)(1)伯胺鹽伯胺鹽 R-NH3 (2)(2)季胺鹽季胺鹽 CH3 |例如例如 C16H33-N+-CH3Br | CH3 十六烷基溴化銨十六烷基溴化銨( (俗稱俗稱1631)1631)(3) (3)

8、 吡啶鹽吡啶鹽 例如例如 C C1212H H2525(NC(NC5 5H H5 5) )+ + 常用表面活性劑常用表面活性劑季胺鹽水溶液具有強(qiáng)殺菌性，常用作消毒、殺菌劑常用表面活性劑常用表面活性劑3.3.兩性表面活性劑兩性表面活性劑(3) (3) 卵磷脂類卵磷脂類 屬天然表面活性劑，常用作食品添加劑屬天然表面活性劑，常用作食品添加劑 (1) 氨基酸型氨基酸型 R-NH2CH2-CH2COO 洗滌性能良好，常作為特殊洗滌劑洗滌性能良好，常作為特殊洗滌劑(2)(2)甜菜堿型甜菜堿型 CH3 R-N+-CH2COO- CH3去污力強(qiáng)，對纖維有保護(hù)作用4.4.非離子表面活性劑非離子表面活性劑(1)脂

9、肪醇脂肪醇聚氧乙烯醚聚氧乙烯醚 R-O-(CH2CH2O)nH 俗稱平平加系列，具良好濕潤性能俗稱平平加系列，具良好濕潤性能(2)(2)烷基酚聚氧乙烯醚烷基酚聚氧乙烯醚 R-(C6H4)-O(C2H4O)nH 俗稱俗稱 OPOP系列，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，抗氧化性能強(qiáng)系列，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，抗氧化性能強(qiáng)(3)(3)聚氧乙烯烷基酰胺聚氧乙烯烷基酰胺 R-CONH(C2H4O)nH 常用作起泡劑、增粘劑 (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聚氧乙烯加成物 Span類 及 Tween類表面活性劑即屬此類 具有低毒的特點，廣泛用于醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)以及生化實驗親水基多為聚氧乙烯基構(gòu)成，由所

10、含氧乙烯基數(shù)目控制其親水性。親水基多為聚氧乙烯基構(gòu)成，由所含氧乙烯基數(shù)目控制其親水性。穩(wěn)定性高，與其他類型表面活性劑相容性好，可混合使用穩(wěn)定性高，與其他類型表面活性劑相容性好，可混合使用OOHOHOOHCORSpanOOO(C2H4O)yHOO(C2H4O)zHCORH(OC2H4)xTween常用表面活性劑性能參數(shù)常用表面活性劑性能參數(shù)1. C20 ：降低溶液表面張力 20mNm-1 時所需的表面活性劑濃度,該值愈小表明表面活性劑在界面的吸附能力愈強(qiáng)。2. 表面活性劑有效值 能夠把水的表面張力降低到的最小值。顯然，能把水的表面張力降得愈低，該表面活性劑愈有效。C20有效值雜質(zhì)的原因20mN/

11、m常用表面活性劑性能參數(shù)常用表面活性劑性能參數(shù)CMC 在表面張力對濃度繪制的在表面張力對濃度繪制的曲線曲線 上會出現(xiàn)轉(zhuǎn)折。繼續(xù)增上會出現(xiàn)轉(zhuǎn)折。繼續(xù)增加活性劑濃度，表面張力不再加活性劑濃度，表面張力不再降低，降低，3. 3. 臨界膠束濃度臨界膠束濃度 ( CMC( CMC ) ) ( (Critical Micelle ConcentrationCritical Micelle Concentration) ) 表面活性劑溶液中表面活性劑溶液中開始形成膠束的最低濃度稱為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。臨界膠束濃度臨界膠束濃度(critical micelle concent

12、ration)表面活性劑濃度變大表面活性劑濃度變大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，分子自發(fā)聚集，形成球狀、發(fā)聚集，形成球狀、層狀膠束，將憎水基層狀膠束，將憎水基埋在膠束內(nèi)部埋在膠束內(nèi)部膠束膠束(micelle) 兩親分子溶解在水中達(dá)一定濃度時，其非極性部分兩親分子溶解在水中達(dá)一定濃度時，其非極性部分會會互相吸引互相吸引，從而使得分子自發(fā)形成有序的聚集體，使，從而使得分子自發(fā)形成有序的聚集體，使憎水基向里、親水基向外，減小了憎水基與水分子的接憎水基向里、親水基向外，減小了憎水基與水分子的接觸，使體系能量下降，觸，使體系能量下降，這種多分子有序聚集體稱為

13、膠束。這種多分子有序聚集體稱為膠束。 隨著親水基不同和濃度不同，形成的膠束可呈現(xiàn)隨著親水基不同和濃度不同，形成的膠束可呈現(xiàn)棒狀棒狀、層狀或球狀等層狀或球狀等多種形狀。多種形狀。 球形膠束球形膠束棒狀膠束棒狀膠束層狀膠束層狀膠束臨界膠束濃度臨界膠束濃度(critical micelle concentration) 臨界膠束濃度簡稱臨界膠束濃度簡稱CMCCMC 表面活性劑在溶液中表面活性劑在溶液中開始形成膠束的最低濃度稱為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。 在在CMCCMC附近，表面活性劑溶液的許多性質(zhì)都會出現(xiàn)轉(zhuǎn)附近，表面活性劑溶液的許多性質(zhì)都會出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，如表面張力、電導(dǎo)率、

14、去污能力等折，如表面張力、電導(dǎo)率、去污能力等可以利用測定可以利用測定表面張力，電表面張力，電導(dǎo)率等方法達(dá)導(dǎo)率等方法達(dá)到測定臨界膠到測定臨界膠束濃度的目的束濃度的目的常用表面活性劑性能參數(shù)親水親油常用表面活性劑性能參數(shù)親水親油平衡值平衡值(hydrophile-lipophile balance)GriffinGriffin提出了用一個相對的值即提出了用一個相對的值即HLBHLB值值來衡量表面活性物來衡量表面活性物質(zhì)的親水性。質(zhì)的親水性。對非離子型的表面活性劑，對非離子型的表面活性劑，HLBHLB的計算公式為：的計算公式為：HLBHLB值值= =親親水基質(zhì)量水基質(zhì)量親水基質(zhì)量親水基質(zhì)量+ +憎水

15、基質(zhì)量憎水基質(zhì)量2020 石蠟無親水基，所以石蠟無親水基，所以HLB=0HLB=0 聚乙二醇，全部是親水基，聚乙二醇，全部是親水基，HLB=20HLB=20。其余非離子型表面活性劑的其余非離子型表面活性劑的HLBHLB值介于值介于0 02020之間。之間。在表面活性劑的應(yīng)用中，需根據(jù)不同目的選擇具備適當(dāng)在表面活性劑的應(yīng)用中，需根據(jù)不同目的選擇具備適當(dāng)親水親油性的表面活性劑親水親油性的表面活性劑HLB值值 根據(jù)需要，可根據(jù)根據(jù)需要，可根據(jù)HLBHLB值選擇合適的表面活性劑。例值選擇合適的表面活性劑。例如：如：HLBHLB值在值在2 26 6之間，可作油包水型的乳化劑；之間，可作油包水型的乳化劑；

16、8 81010之之間作潤濕劑；間作潤濕劑；12121818之間作為水包油型乳化劑。之間作為水包油型乳化劑。HLBHLB值值 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 | | | | | | 石蠟石蠟 W/O乳化劑乳化劑 潤濕劑潤濕劑 洗滌劑洗滌劑 增溶劑增溶劑 | | | | | 聚乙二醇聚乙二醇 O/W乳化劑乳化劑表面活性劑的重要作用表面活性劑的重要作用 表面活性劑的用途極廣，主要有五個方面：表面活性劑的用途極廣，主要有五個方面：1 1. .潤濕作用潤濕作用 2 2. .起泡作用起泡作用 4.4.增溶作用增溶作用 3.3.

17、乳化作用乳化作用5 5. .洗滌作用洗滌作用 表面活性劑的性質(zhì)表面活性劑的性質(zhì)1、潤濕和滲透性質(zhì)、潤濕和滲透性質(zhì) 洗滌劑溶液很容易潤濕織物纖維，并浸入纖維洗滌劑溶液很容易潤濕織物纖維，并浸入纖維的微孔中。的微孔中。2、乳化性質(zhì)、乳化性質(zhì) 洗滌劑的洗滌劑的親油基親油基溶入溶入油滴油滴，親水基親水基留在留在水水中，中，能降低油水兩相的表面張力，攪拌后能幫助油乳能降低油水兩相的表面張力，攪拌后能幫助油乳化?；?、分散性質(zhì)、分散性質(zhì) 洗滌劑分子能鉆進(jìn)固體粒子的縫隙，減弱固體粒洗滌劑分子能鉆進(jìn)固體粒子的縫隙，減弱固體粒子的內(nèi)聚力，使粒子破裂成微小質(zhì)點而分散在水中。子的內(nèi)聚力，使粒子破裂成微小質(zhì)點而分散

18、在水中。4、發(fā)泡性質(zhì)、發(fā)泡性質(zhì) 使氣液兩相間表面張力降低而產(chǎn)生大量泡沫。使氣液兩相間表面張力降低而產(chǎn)生大量泡沫。5、增溶性質(zhì)、增溶性質(zhì) 活性劑把油溶解在膠束的親油基內(nèi)，使油性物質(zhì)活性劑把油溶解在膠束的親油基內(nèi)，使油性物質(zhì)的溶解度增大。的溶解度增大。去污原理：去污原理：1 1、織物纖維和污垢被洗滌劑、織物纖維和污垢被洗滌劑潤濕、滲透潤濕、滲透，織物和污粒上，織物和污粒上定向吸附著活性物的單分子層。定向吸附著活性物的單分子層。2 2、經(jīng)過、經(jīng)過機(jī)械攪拌或搓洗機(jī)械攪拌或搓洗，污粒脫離到水中，產(chǎn)生乳化、，污粒脫離到水中，產(chǎn)生乳化、分散、懸浮等現(xiàn)象。分散、懸浮等現(xiàn)象。3 3、還有一部分污垢（油脂、鈣皂、

19、色料）被、還有一部分污垢（油脂、鈣皂、色料）被增溶增溶到活性到活性物的膠束中，被水洗去。物的膠束中，被水洗去。1.3 1.3 皂類洗滌劑皂類洗滌劑(一) 肥皂的成分與制造主要成分：主要成分：高級脂肪酸的鈉鹽或鉀鹽高級脂肪酸的鈉鹽或鉀鹽C3H5(OOCR)3+3NaOH3RCOONa+C3H5(OH)3 油脂 燒堿 肥皂 甘油油脂：油脂：硬化油、牛油、骨油、豬油、棕櫚油、硬化油、牛油、骨油、豬油、棕櫚油、椰子油、菜籽油、棉籽油、豆油。椰子油、菜籽油、棉籽油、豆油。輔助原料：輔助原料：松香、水玻璃、著色劑、熒光增白松香、水玻璃、著色劑、熒光增白劑、抗氧劑、殺菌劑。劑、抗氧劑、殺菌劑。（二）肥皂的優(yōu)

20、缺點（二）肥皂的優(yōu)缺點優(yōu)點：優(yōu)點：1、原料來源廣泛，制作工藝簡單。、原料來源廣泛，制作工藝簡單。2、價格便宜、去污效果較好，對環(huán)境污染小。、價格便宜、去污效果較好，對環(huán)境污染小。缺點：缺點：1、對、對水質(zhì)要求較苛刻水質(zhì)要求較苛刻。硬水、海水、酸性水不宜使用。硬水、海水、酸性水不宜使用。2、堿性較強(qiáng)堿性較強(qiáng)，不適合洗滌絲、毛織物和某些化學(xué)纖維，不適合洗滌絲、毛織物和某些化學(xué)纖維紡織品。紡織品。3、不適合洗衣機(jī)使用不適合洗衣機(jī)使用。v 普通洗衣粉的普通洗衣粉的pH值值9.510之間之間， 堿性較強(qiáng)。堿性較強(qiáng)。v 它的主要成分是它的主要成分是烷基苯磺酸鈉烷基苯磺酸鈉25，甲苯磺酸，甲苯磺酸鈉鈉2.5，月桂酸單乙醇酸胺，月桂酸單乙醇酸胺3，三聚磷酸鈉三聚磷酸鈉30，無水硅酸鈉，無水硅酸鈉10，CMC2，熒光增白劑，熒光增白劑0.2，硫酸鈉硫酸鈉27.3洗衣粉的成分1.4 洗衣粉1、表面活性劑、表面活性劑v 石油化學(xué)產(chǎn)品石油化學(xué)產(chǎn)品