表面活性劑的作用原理

關(guān)于表面活性劑的作用原理1.11、表面活性劑的基本功能

表面活性劑在表（界）面上吸附，形成吸附膜（一般是單分子膜）AdsorptionofSurface-ActiveAgentsatInterfaces降低表（界）面張力，改變體系表（界）面的物理化學(xué)性質(zhì)起泡、消泡、乳化、破乳、分散、絮凝、潤濕、鋪展、滲透、潤滑、抗靜電、殺菌等表面活性劑在溶液內(nèi)部自聚形成多種類型的分子有序組合體Self-assembly增溶作用膠團(tuán)催化、形成微乳狀液、作為間隔化反應(yīng)介質(zhì)和微反應(yīng)器、藥物載體、洗滌等表面活性劑分子有序組合體質(zhì)點(diǎn)大小或聚集分子層厚度接近納米級(jí)可作為制備超細(xì)微粒的模板（模板功能）表面活性劑的特性第2頁,共71頁，2024年2月25日，星期天1.12．表面活性劑的用途１．工業(yè)清洗２．工業(yè)助劑（一）陰離子型水溶性的：疏水基是直鏈型的主要用作洗滌劑，清潔劑憎水劑是支鏈型的則作為滲透劑，潤濕劑及纖維印染助劑使用（二）陽離子型抗靜電劑，纖維的柔軟劑，選礦中的捕獲劑或是浮選劑，金屬制品的緩蝕劑等，也可用于防霉和殺菌．（三）兩性型抗靜電，纖維柔軟，特種洗滌劑以及香波，化妝品等．（四）非離子型各種復(fù)配劑型表面活性劑的生產(chǎn)．第3頁,共71頁，2024年2月25日，星期天41、

在食品工業(yè)中的應(yīng)用表面活性劑在食品工業(yè)中是作為

添加劑、加工助劑或清潔劑它的種類和性質(zhì)有嚴(yán)格的法規(guī)限制第4頁,共71頁，2024年2月25日，星期天1988年，世界衛(wèi)生組織(WHO)和糧農(nóng)組織共同批準(zhǔn)在食品中允許使用的表面活性劑有第5頁,共71頁，2024年2月25日，星期天6抗粘劑41種面粉處理劑7種面團(tuán)改良劑34種洗滌去皮劑22種乳化劑19種加工助劑、消泡劑42種澄清劑25種脂肪結(jié)晶改良劑4種大部分用途是作為乳化劑、起泡劑、消泡劑、潤濕劑、分散劑、增稠劑、結(jié)晶防止劑、抗菌劑，抗氧化劑或與蛋白質(zhì)和淀粉形成復(fù)合體及洗滌清潔劑第6頁,共71頁，2024年2月25日，星期天7食品添加劑的一般要求1毒理學(xué)鑒定，在限量范圍內(nèi)人體長期攝入無毒無害。2能正常參與人體代謝或能被正常解毒排出體外或不參與消化直接排出體外不能在體內(nèi)分解或與其他物質(zhì)反應(yīng)生成有毒物質(zhì)3不能破壞食品營養(yǎng)，不能影響食品質(zhì)量和風(fēng)味第7頁,共71頁，2024年2月25日，星期天84

應(yīng)該在低劑量下產(chǎn)生相應(yīng)效果且不能用于掩蓋食品腐敗變質(zhì)的缺陷5

最好在達(dá)到效果后被除去不進(jìn)入人體6添加后能被分析鑒定出來第8頁,共71頁，2024年2月25日，星期天9起泡劑蓬松劑第9頁,共71頁，2024年2月25日，星期天10澄清劑第10頁,共71頁，2024年2月25日，星期天11增稠劑乳化劑色素甜味素第11頁,共71頁，2024年2月25日，星期天12

洗滌劑通常的主要組分2、在洗滌劑生產(chǎn)中的應(yīng)用表面活性劑輔助組分——助洗劑、添加劑等組成。第12頁,共71頁，2024年2月25日，星期天13

洗滌劑的種類按除污垢的類型分為重垢型洗滌劑輕垢型洗滌劑重垢型常指洗滌棉、麻織物的洗滌劑。我國大部分洗衣粉，都屬此類。輕垢型常指洗滌絲、毛等精細(xì)織物的洗滌劑洗滌蔬菜，水果等的洗滌劑也是輕垢型洗滌劑。第13頁,共71頁，2024年2月25日，星期天14污垢的種類人體污垢

---C14-18飽和、不飽和脂肪酸及其甘油酯---C14-25飽和、不飽和脂肪醇---C27烴---C36蠟（固態(tài)烴）

被服污垢（油性污垢、固體污垢、硅污垢、炭質(zhì)污垢、特殊污垢）住宅污垢、餐具＆炊具污垢、工業(yè)污垢按化學(xué)成分：水溶性污垢、色素類、脂肪、蛋白質(zhì)、碳水化合物、可漂白物按被洗滌對象分：第14頁,共71頁，2024年2月25日，星期天15洗滌劑:外形分為粉狀、塊狀、膏狀，漿狀和液體等多種形態(tài):用途可分為工業(yè)用和家用家庭用品分為衣用、廚房用、餐具用、居室用、衛(wèi)生間用、消毒用和硬表面用……第15頁,共71頁，2024年2月25日，星期天16選擇表面活性劑的幾個(gè)問題去污性能好加工時(shí)工藝上易于處理經(jīng)濟(jì)性對人體和環(huán)境安全第16頁,共71頁，2024年2月25日，星期天17去污性能方面應(yīng)考慮如下一些因素吸附性污垢去除能力抗硬水性污垢分散性污垢抗沉積性溶解性潤濕性泡沫特性氣味、色澤貯存穩(wěn)定性等第17頁,共71頁，2024年2月25日，星期天18功能性洗滌劑加酶漂白抗靜電殺菌第18頁,共71頁，2024年2月25日，星期天19化學(xué)洗滌劑是人類健康的大敵滲透累積致癌無毒無公害的清潔劑第19頁,共71頁，2024年2月25日，星期天203在化妝品生產(chǎn)中的應(yīng)用

化妝品是直接與人體皮膚及各部位接觸的因此所用表面活性劑應(yīng)確保對人體無毒、無刺激、無相互作用，且應(yīng)具有舒適感?；瘖y品對表面活性劑的要求第20頁,共71頁，2024年2月25日，星期天

香皂與肥皂相比，游離堿少，脂肪酸含量最高，因此對皮膚的刺激也較小，其去油脂的功能不是特別強(qiáng)，不會(huì)過度除掉皮膚表面的油脂，但能達(dá)到良好的清潔作用

香皂

目前我國市場上銷售的香皂有普通香皂、透明香皂、兒童香皂、美容香皂、卸妝香皂以及藥物香皂等幾種類型第21頁,共71頁，2024年2月25日，星期天22普通香皂:一般以堿液與動(dòng)植物油脂作為原料皂化制成。其香味類型很多，如茉莉香型、玫瑰香型、蘭香型、桂花型、水果香型等。透明香皂:一般以高級(jí)脂肪酸的鈉鹽為主體再加人透明劑如砂糖、甘油、乙醇等制成第22頁,共71頁，2024年2月25日，星期天透明香皂對人體皮膚刺激較小、潤膚效果好、去污力強(qiáng)，屬于香皂中較好的一種類型。第23頁,共71頁，2024年2月25日，星期天24兒童香皂:兒童皮膚細(xì)嫩、抵抗力差的特點(diǎn)，在香皂中加入優(yōu)質(zhì)潤膚劑與營養(yǎng)劑，呈中性或弱酸性。第24頁,共71頁，2024年2月25日，星期天

美容香皂:營養(yǎng)型香皂，其中含有優(yōu)質(zhì)潤膚劑，并加入營養(yǎng)物質(zhì)如維生素、氨基酸、磷脂、骨膠原、蜂蜜、瓜汁、果汁等，用以促進(jìn)皮膚的新陳代謝和營養(yǎng)吸收，有良好的美容和護(hù)膚作用。第25頁,共71頁，2024年2月25日，星期天26

卸妝香皂:其特點(diǎn)是以非離子型表面活性劑為主體，加入凡士林、羊毛脂、香料等精制而成，其主要用于卸妝清潔、對油彩及顏料膜的清潔能力強(qiáng)、刺激性小。第26頁,共71頁，2024年2月25日，星期天

藥物香皂:即藥皂，也稱為抗菌皂。是在制造香皂的同時(shí)加人一定最的藥物成分，使其具有殺菌、消毒和治療某些皮膚病的特殊功能第27頁,共71頁，2024年2月25日，星期天28包裝和商標(biāo)：有些香皂的包裝很洋氣，商標(biāo)全是英文。但請注意其是否標(biāo)明生產(chǎn)廠家和廠址。如沒有，則可能是假冒偽劣品。香皂鑒別原則看顏色：以自然的純色為好，如白色，應(yīng)是奶白色或珍珠白色。有些顏色很不自然，使人感覺是粗糙的土黃、蒼白或土綠色，都是劣質(zhì)品。添加熒光增白劑的，看似很白，但屬不正常的白色，不但洗滌效果很差，而且對皮膚有害。第28頁,共71頁，2024年2月25日，星期天29聞香味:香味應(yīng)以淡雅、柔和為佳。如果過濃甚至刺鼻，則可能有害。使用鑒別:使用時(shí)皂體應(yīng)柔滑，溶解性好，泡沫細(xì)膩，連續(xù)擦洗沒有砂粒感;否則便是加工工藝不良，是粗制濫造的產(chǎn)品。穩(wěn)定性鑒別:經(jīng)多次使用，皂體應(yīng)完整不開裂;如無長時(shí)間泡水，不應(yīng)出現(xiàn)糊爛狀，更不應(yīng)裂成一層層的碎片。第29頁,共71頁，2024年2月25日，星期天30化妝水

化妝水是用來保護(hù)皮膚、增加皮膚美的一種液體化妝品。爽膚水、保濕水第30頁,共71頁，2024年2月25日，星期天其初始原料為天然物質(zhì)的液汁，以其為基料，添加入甘油、丙二醇、油醇、乙醇、香料配制而成?；瘖y水的成分輕淡，是溫和的滋潤劑?？稍诨瘖y前使用，平衡皮膚的酸堿度，使粉底更能平滑的附著于皮膚。第31頁,共71頁，2024年2月25日，星期天32化妝水可分為堿性、中性和酸性三種

堿性化妝水俗稱古龍水，具有軟化皮膚的作用。它能溶解老化角質(zhì)，清除皮膚上的污物，使肌膚變得光滑。它對粗糙的肌膚別具效果，但千萬不能讓它一直留在皮膚上。

中性化妝水多半含有保濕劑，它具有保留水分于角質(zhì)層中的功能，因此能使肌膚濕潤。第32頁,共71頁，2024年2月25日，星期天33加入檸檬酸等，并加入相當(dāng)?shù)木凭煞?。由于酒精的蒸發(fā)、會(huì)使皮膚冷卻，又由于酸的收斂效果，會(huì)抑制汗水和皮脂的分泌。

酸性化妝水因此，這是適用于夏季或相當(dāng)嚴(yán)重的油性皮膚與多汗的人。對于干性皮膚或一般性皮膚的人而言，如果在分泌作用較低的秋冬期間連續(xù)使用，將成為引起小皺紋的主因。第33頁,共71頁，2024年2月25日，星期天34Glycerin，又名Glycerol，也就是甘油，極其大路的一個(gè)成分，在大量護(hù)膚品中都可以看到它的身影。Glycerin甘油根據(jù)INCI的定義，Glycerin在護(hù)膚品中主要作用是保濕劑(humectant)和溶劑(solvent)溫和穩(wěn)定便宜有效水性保濕成分吸附水第34頁,共71頁，2024年2月25日，星期天35Petrolatum凡士林油性保濕成分"鎖水"液態(tài)烴和固態(tài)烴的混合物與甘油組成保濕成分的最佳拍檔

礦物性油脂，不具有修補(bǔ)皮膚的作用，但對皮膚也幾乎沒有負(fù)面作用，既不會(huì)導(dǎo)致暗瘡，也不會(huì)引起過敏，屬于安全的護(hù)膚品成分。第35頁,共71頁，2024年2月25日，星期天36Urea又叫carbamide是NMF中的一員。NMF是人類皮膚角質(zhì)層本身就具有的保濕成分，其成分一般為40%的氨基酸、12%的PCA(Pyrolidonecarboxylacid)吡咯烷酮羧酸、12%的乳酸鈉，7%的尿素再加上其他各類成分。Urea尿素天然保濕因子(NMF，NaturalMoisturizingFactor)滲透保濕殺菌第36頁,共71頁，2024年2月25日，星期天2）增溶:脂溶性強(qiáng)的物質(zhì)在與本身性質(zhì)相似的膠束中，溶解度可明顯增大，形成透明溶液，這一作用稱為增溶。增溶體系為熱力學(xué)上穩(wěn)定的各向同性溶液。一定濃度的表面活性劑溶液中溶解的被增溶物質(zhì)的飽和濃度稱為：增容量1）潤濕：液體和固體表面接觸時(shí)，原來的固－氣界面消失，形成新的固－液界面的現(xiàn)象。是溶液表面張力下降，溶液表面具有吸附現(xiàn)象的結(jié)果。如：農(nóng)藥應(yīng)附于植物、蟲體表面1.2.4.表面活性劑的基本作用：第37頁,共71頁，2024年2月25日，星期天3）乳化：互不相溶的兩液相，一相液體以液滴狀態(tài)分散于另一相中，形成非均勻相液體分散體系（稱為乳劑），這一作用稱為乳化作用。表面活性劑在此又稱為乳化劑，它使一相液體以非常微小液滴狀態(tài)均勻分散于另一相中。屬于熱力學(xué)不穩(wěn)定體系；被增溶物的濃度大于增容量時(shí)以乳化狀態(tài)存在于溶液中；乳化劑的憎水基與被乳化物的結(jié)構(gòu)越接近，它們間的親和力、相容性越好，否則起不到乳化作用。少量油分散于大量水中：水包油型（O/W)牛奶、雪花膏少量水分散于大量油中：油包水型(W/O)嫩白霜、晚霜等第38頁,共71頁，2024年2月25日，星期天溶液劑（低分子溶液劑，高分子溶液劑）：

<1nm，澄明液體，體系穩(wěn)定溶膠劑（膠體溶液）：

1～100nm，膠態(tài)分散形成多相體系，有聚結(jié)不穩(wěn)定性乳劑：

>100nm，液體微粒分散形成多相體系，有聚結(jié)和重力不穩(wěn)定性混懸劑：

>500nm，固體微粒分散形成多相體系，有聚結(jié)和重力不穩(wěn)定性破乳：消除乳液的穩(wěn)定化條件，使其分層。如：萃取某些有機(jī)物需破乳。第39頁,共71頁，2024年2月25日，星期天4）起泡作用泡沫：使空氣進(jìn)入溶液中，液體薄膜包圍著氣體形成泡，由于溶液浮力而升到溶液表面，最終逸出液面形成雙分子薄膜。是氣體分散在液體中的分散體系。若溶液的表面張力越低，則起泡力越好，溶液粘度越大，膜的強(qiáng)度越高。主要是親水性較強(qiáng)，HLB值較高的表面活性物質(zhì)。利弊如：泡沫滅火劑；萃取、濃縮、污水處理中消泡作用（消泡劑）：若在上述泡沫中加入親油性較強(qiáng)（HLB值在1～3）的表面活性物質(zhì)，它們會(huì)進(jìn)入雙分子定向膜，破壞其力學(xué)平衡而達(dá)到破壞泡沫的目的，但本身不能形成穩(wěn)定的液膜。5）洗滌作用：第40頁,共71頁，2024年2月25日，星期天6）消毒（殺菌）作用：有些表面活性劑與細(xì)菌生物膜蛋白的強(qiáng)烈相互作用使其變性而失去功能。消毒劑：多數(shù)陽離子和兩性離子表面活性劑，及少數(shù)陰離子表面活性劑。如：苯扎溴（氯）銨：（帶芐基的季銨鹽）烷基三甲基銨鹽等第41頁,共71頁，2024年2月25日，星期天親水親油平衡值（HLB）：表面活性劑分子中親水，親油基團(tuán)對油或水的綜合親和力。對于非離子型表面活性劑的HLB：0～20規(guī)定：

完全由疏水的C、H基團(tuán)組成的石蠟分子的HLB＝0；完全由親水的氧乙稀基團(tuán)組成的聚氧乙烯分子的HLB＝20；HLB值越大，其親水性越強(qiáng)，作為水包油型乳化劑；反之當(dāng)HLB值相同，憎水基和親水基種類也相同時(shí)，分子量成為影響性質(zhì)的主要因素：分子量小的滲透力好，分子量大的則去污、乳化、分散力好。（如甲醇等小分子試劑很易吸入皮膚）HLB值只是選擇的參考因素之一，具體需由實(shí)驗(yàn)來決定。1.2.5.表面活性劑相關(guān)性質(zhì)1.親水性大小的量度第42頁,共71頁，2024年2月25日，星期天2.Kraft點(diǎn)，濁點(diǎn)（曇點(diǎn)）溫度對增溶作用的影響：Kraft點(diǎn)：對于離子型表面活性劑，溫度增加到某個(gè)溫度，表面活性劑的溶解度急劇升高，這一溫度即Kraft點(diǎn)。濁點(diǎn)（曇點(diǎn)）：對于非離子型表面活性劑，溫度增加到某個(gè)溫度，表面活性劑的溶解度急劇下降，溶液出現(xiàn)渾濁，這一溫度即濁點(diǎn)。3.表面活性劑的復(fù)配：表面活性劑相互間，或與其它化合物配合使用能提高增溶能力，降低用量。4.表面活性劑的生物學(xué)性質(zhì)：表面活性劑的毒性；刺激性第43頁,共71頁，2024年2月25日，星期天2.1.1表面活性劑的性能參數(shù)臨界膠束濃度（CMC）（定義掌握）表面活性劑的親疏平衡值（HLB）

表面活性劑作用原理第44頁,共71頁，2024年2月25日，星期天膠束的形成兩親分子溶解在水中達(dá)一定濃度時(shí)，其非極性部分會(huì)互相吸引，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觸，使體系能量下降，這種多分子有序聚集體稱為膠束。膠束第45頁,共71頁，2024年2月25日，星期天第46頁,共71頁，2024年2月25日，星期天臨界膠束濃度CMCCriticalMicellConcentration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。第47頁,共71頁，2024年2月25日，星期天（a）是極稀溶液，界面上沒聚集很多的表面活性劑，空氣和水直接接觸，水的表面張力下降不多，接近于純水的狀態(tài)。第48頁,共71頁，2024年2月25日，星期天b）濃度相對升高，很快地聚集到水表面上，即表面吸附量大為增加、空氣和水的接觸相對減少，水表面張力下降第49頁,共71頁，2024年2月25日，星期天（c）表面活性劑濃度逐漸升高，表面活性劑毫無間隙地密集于液面上，形成了單分子吸附膜?？諝馀c水處于完全隔離狀態(tài)，表面吸附達(dá)飽和。在溶液內(nèi)部，增加表面活性劑,先是三三兩兩以疏水基互相靠攏，形成球形膠束的最初形式。水表面張力急劇下降。第50頁,共71頁，2024年2月25日，星期天膠束結(jié)構(gòu)示意圖第51頁,共71頁，2024年2月25日，星期天臨界膠束濃度(criticalmicelleconcentration)臨界膠束濃度簡稱CMC表面活性劑在溶液中開始形成膠束的最低濃度稱為臨界膠束濃度。在CMC附近，表面活性劑溶液的許多性質(zhì)都會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，如表面張力、電導(dǎo)率、去污能力等.第52頁,共71頁，2024年2月25日，星期天可以利用測定表面張力，電導(dǎo)率等方法達(dá)到測定臨界膠束濃度目的;

表面活性劑水溶液其濃度只有稍高于其CMC值時(shí)，才能充分顯示其作用。CMC第53頁,共71頁，2024年2月25日，星期天球形膠束第54頁,共71頁，2024年2月25日，星期天棒狀膠束第55頁,共71頁，2024年2月25日，星期天第56頁,共71頁，2024年2月25日，星期天層狀膠束第57頁,共71頁，2024年2月25日，星期天第58頁,共71頁，2024年2月25日，星期天膠束的作用乳化作用泡沫作用分散作用增溶作用催化作用第59頁,共71頁，2024年2月25日，星期天潤濕作用乳化作用分散作用起泡與消泡增溶作用洗滌作用肥皂、洗滌劑化妝品食品加工紡織工業(yè)金屬加工石油、建筑功能應(yīng)用第60頁,共71頁，2024年2月25日，星期天影響CMC的因素表面活性劑的結(jié)構(gòu)：主要包括表面活性劑的碳?xì)滏滄滈L（C↑，CMC↓），碳?xì)滏湻种?shù)目（分支多，烴鏈間作用力↓，CMC↑）、極性基位置（極性基位于烴鏈中間，CMC↑）、碳?xì)滏溨衅渌〈N鏈中有極性基團(tuán)時(shí)，CMC↑）、親水基團(tuán)（CMC離子>CMC非離子）外部條件溫度（T↑，CMC非離子↓）第61頁,共71頁，2024年2月25日，星期天

表面活性劑分子結(jié)構(gòu)的最基本特征是分子內(nèi)至少有一個(gè)親水基團(tuán)和一個(gè)親油基團(tuán)。表面活性劑的這種兩親性質(zhì)，使其在水溶液或油溶液中具有某些其他有機(jī)化合物所不具備的特性。有關(guān)表面活性劑的性能、應(yīng)用、理論、解釋，都是圍繞這種基本特征派生出來的。

2.1.5表面活性劑的親水親油平衡(HLB)第62頁,共71頁，2024年2月25日，星期天一般而論作為一種乳化劑，表面活性劑必須滿足：

a在所應(yīng)用的體系中具有良好的表面活性，產(chǎn)生低的界面張力。這就表明，此種表面活性劑有趨集于界面的傾向，而不易留存于界面兩邊的體相中。因而，要求表面活性劑的親水、親油部分有恰當(dāng)?shù)?平衡)比例。在任一體相中有過大的溶解性，則不利于產(chǎn)生低界面張力(即不易吸附)。

b在界面上形成相當(dāng)結(jié)實(shí)的吸附膜。根據(jù)分子結(jié)構(gòu)的要求，希望界面上的吸附分子間有較大的側(cè)向引力，這也和表面活性劑分子的親水、親油部分的大小、比例有關(guān)。第63頁,共71頁，2024年2月25日，星期天

1949年，W.C.Gimn首次正式提出HLB的概念，認(rèn)為它是分子中親水基和親油基這兩個(gè)相反基的大小和力量的平衡，并給每個(gè)表面活性劑一個(gè)數(shù)值，以表示分子內(nèi)部平衡后整個(gè)分子的綜合傾向是親水的還是親油的。這種綜合親水親油效應(yīng)強(qiáng)弱的度量，即是表面活性劑本身的HLB值。第64頁,共71頁，2024年2月25日，星期天雙親分子中極性基團(tuán)極性越強(qiáng)，HLB值越大，親水性越強(qiáng)；雙親分子中非極性基團(tuán)越