表面活性剂化学第三章SA功能和应用汇总课件.ppt

1、上章主要内容2.1表面张力与表面活性2.2表面活性剂胶束2.3表面活性剂结构与性能的关系表面活性剂化学表面活性剂化学第三章第三章表面活性剂的功能与应用表面活性剂的功能与应用2022-8-6 表面活性剂显著地降低了体系的表面张力，当浓度表面活性剂显著地降低了体系的表面张力，当浓度超过超过CMC CMC 时，溶液内部形成胶束，从而产生增溶、乳化、时，溶液内部形成胶束，从而产生增溶、乳化、润湿、分散、起泡和洗涤等多方面的作用。其应用领域从润湿、分散、起泡和洗涤等多方面的作用。其应用领域从洗涤剂和化妆品等日化工业扩展到各个部门，如食品、药洗涤剂和化妆品等日化工业扩展到各个部门，如食品、药物、纺织、金属

2、加工、石油、建筑等行业。物、纺织、金属加工、石油、建筑等行业。2022-8-63.13.1增溶作用增溶作用3.1.1 增溶作用的定义和特点增溶作用增溶作用：指由于指由于SASA胶束的存在，使得在胶束的存在，使得在溶剂中难溶乃至不溶的物质溶解度显著增溶剂中难溶乃至不溶的物质溶解度显著增加的作用。加的作用。增溶作用可使被增溶物的化学势降低，使增溶作用可使被增溶物的化学势降低，使体系更加稳定，是自发进行的过程。体系更加稳定，是自发进行的过程。2-2-硝基二苯胺在月桂酸钾硝基二苯胺在月桂酸钾水溶液中的溶解度水溶液中的溶解度 特点：特点：1.1.增溶后溶液的沸点、凝固点和渗透压等没有明增溶后溶液的沸点、

3、凝固点和渗透压等没有明 显改变。溶质并非以分子或离子形式存在，显改变。溶质并非以分子或离子形式存在，而而 是以分子团簇分散在表面活性剂溶液中。是以分子团簇分散在表面活性剂溶液中。2.2.增溶后没有两相界面，属热力学稳定体系与乳增溶后没有两相界面，属热力学稳定体系与乳化不同。化不同。3.3.增溶作用与使用混合溶剂提高溶解度不同。增溶作用与使用混合溶剂提高溶解度不同。2022-8-63.1.2 增溶作用的方式增溶作用的方式通过通过X X射线衍射、紫外光谱、核磁共振等分析方法，增溶作用主要射线衍射、紫外光谱、核磁共振等分析方法，增溶作用主要有有四种方式：四种方式：1.1.非极性分子在胶束内核的增溶非

4、极性分子在胶束内核的增溶2.2.在表面活性剂分子间的增溶在表面活性剂分子间的增溶3.3.在胶束表面的吸附增溶在胶束表面的吸附增溶4.4.聚氧乙烯链间的增溶聚氧乙烯链间的增溶（1 1）加溶于胶团内核）加溶于胶团内核 饱和脂肪烃、环烷烃及苯等不易极化的非极饱和脂肪烃、环烷烃及苯等不易极化的非极性有机化合物，一般被加溶于胶团的内核中，就性有机化合物，一般被加溶于胶团的内核中，就像溶于非极性碳氢化合物液体中一样像溶于非极性碳氢化合物液体中一样。加溶后的加溶后的紫外光谱或核磁共振谱表明被加溶物处于非极性紫外光谱或核磁共振谱表明被加溶物处于非极性环境中，环境中，X X射线表明在加溶后胶团变大。射线表明在加

5、溶后胶团变大。（2 2）加溶于表面活性剂分子间的）加溶于表面活性剂分子间的“栅栏栅栏”处处 长链醇、胺等极性有机分子，一般以非极性长链醇、胺等极性有机分子，一般以非极性碳氢链插入胶团内部，而极性头处于表面活性剂碳氢链插入胶团内部，而极性头处于表面活性剂极性基之间，并通过氢键或偶极子相互作用。加极性基之间，并通过氢键或偶极子相互作用。加溶溶后的后的X X射线表明胶团未变大射线表明胶团未变大。若极性有机物分子。若极性有机物分子的极性很弱，加溶时插入胶团的程度会增加，甚的极性很弱，加溶时插入胶团的程度会增加，甚至极性基也会被带入胶团内核。至极性基也会被带入胶团内核。（3 3）吸附于胶团表面）吸附于胶

6、团表面 一些既不溶于水也不溶于非极性烃的小分子一些既不溶于水也不溶于非极性烃的小分子极性有机化合物，如极性有机化合物，如苯二甲酸二甲酯苯二甲酸二甲酯以及一些以及一些染染料料，吸附于胶团的外壳或部分进入表面活性剂极，吸附于胶团的外壳或部分进入表面活性剂极性基层而被加溶性基层而被加溶。这些加溶物的光谱表明，这些加溶物的光谱表明，它们它们处于极性环境中处于极性环境中。在非离子表面活性剂溶液中，。在非离子表面活性剂溶液中，此类物质加溶于胶团的聚氧乙烯外壳中。此类物质加溶于胶团的聚氧乙烯外壳中。（4 4）聚氧乙烯链间的增溶）聚氧乙烯链间的增溶 对短链芳香烃类的苯、乙苯对短链芳香烃类的苯、乙苯 、苯酚等较

7、易极、苯酚等较易极化的碳氢化合物，开始加溶时被吸附于化的碳氢化合物，开始加溶时被吸附于胶团胶团-水界水界面处面处，加溶量增多后，插入定向排列的表面活性，加溶量增多后，插入定向排列的表面活性剂极性基之间，进而更深地进入胶团内核。在聚剂极性基之间，进而更深地进入胶团内核。在聚氧乙烯基为亲水基的非离子表面活性剂胶团溶液氧乙烯基为亲水基的非离子表面活性剂胶团溶液中，苯加溶于胶团的聚氧乙烯外壳中。中，苯加溶于胶团的聚氧乙烯外壳中。2022-8-62022-8-6四种形式的胶束增溶作用增容量如下：四种形式的胶束增溶作用增容量如下：增溶量：增溶量：向向100mL100mL已标定浓度的表面活性剂溶液中滴加被增

8、溶已标定浓度的表面活性剂溶液中滴加被增溶物，当达到饱和时被增溶物析出，溶液变浑浊，此时已滴物，当达到饱和时被增溶物析出，溶液变浑浊，此时已滴入溶液中的物质的量即为。入溶液中的物质的量即为。增溶力增溶力：增溶量除表面活性剂物质的量即为。增溶量除表面活性剂物质的量即为。增溶力是表示其对难溶或不溶物质增溶的能力，是衡增溶力是表示其对难溶或不溶物质增溶的能力，是衡量表面活性剂性能的重要指标之一。量表面活性剂性能的重要指标之一。2022-8-63.1.3 增溶作用的主要影响因素增溶作用的主要影响因素表面活性剂的化学结构表面活性剂的化学结构 1.1.具有相同亲油基的具有相同亲油基的SASA，对烃类及极性有

9、机物的增溶作用大小为，对烃类及极性有机物的增溶作用大小为：非：非离子离子阳离子阳离子 阴离子阴离子 2.2.胶束越大，对增溶到胶束内部的物质增溶量越大胶束越大，对增溶到胶束内部的物质增溶量越大2022-8-63.3.亲油基部分带有分支结构的亲油基部分带有分支结构的SASA增溶作用较直连的小。增溶作用较直连的小。4.4.带有不饱和结构的带有不饱和结构的SASA或在活性剂分子上引入第二极性基团或在活性剂分子上引入第二极性基团时，对烃类的增溶作用减小，而对长链极性物增溶量增加。时，对烃类的增溶作用减小，而对长链极性物增溶量增加。2022-8-6被增溶物的化学结构被增溶物的化学结构 脂肪烃与烷烃、芳烃

10、被增溶的程度随其链长脂肪烃与烷烃、芳烃被增溶的程度随其链长的增加而减小，随不饱和度及环化程度的增加而的增加而减小，随不饱和度及环化程度的增加而增加。增加。P30P30 烷烃的氢原子被羟基、氨基等极性基团取代烷烃的氢原子被羟基、氨基等极性基团取代后，其被增溶的程度明显增加。图后，其被增溶的程度明显增加。图3-43-4温度的影响温度的影响 随随SASA类型和增溶物结构的不同而不同。类型和增溶物结构的不同而不同。多数情况，温度升高，增溶作用增大。多数情况，温度升高，增溶作用增大。2022-8-6 对于含聚氧乙烯基的非离子对于含聚氧乙烯基的非离子SASA，温度升高，聚氧乙烯，温度升高，聚氧乙烯基与水分

11、子间的氢键遭破坏，水化作用减少，胶束易生成，基与水分子间的氢键遭破坏，水化作用减少，胶束易生成，聚集数增大，对非极性碳氢化合物以及卤代烃等的增溶作聚集数增大，对非极性碳氢化合物以及卤代烃等的增溶作用有很大提高。用有很大提高。添加无机电解质的影响添加无机电解质的影响 在离子型表面活性剂溶液中添加少量无机电解质，可在离子型表面活性剂溶液中添加少量无机电解质，可增加烃类物质的增溶程度，但使极性有机物的增溶程度减增加烃类物质的增溶程度，但使极性有机物的增溶程度减少。少。P31 P31 图图3-53-5有机物添加剂的影响有机物添加剂的影响2022-8-6 添加有机物后，使其对极性及非极性化合物的增溶程添

12、加有机物后，使其对极性及非极性化合物的增溶程度增加。度增加。增加了一种极性有机物后，会使表面活性剂对另一种增加了一种极性有机物后，会使表面活性剂对另一种极性有机物的增溶程度降低。极性有机物的增溶程度降低。2022-8-63.1.4 3.1.4 增溶作用的应用增溶作用的应用 目前，增溶作用主要应用在乳液聚合、石油开采，胶片生产及洗目前，增溶作用主要应用在乳液聚合、石油开采，胶片生产及洗涤等方面。涤等方面。乳液聚合是使原料分散于水中形成乳状液，在催化剂作用下进行乳液聚合是使原料分散于水中形成乳状液，在催化剂作用下进行聚合的过程。聚合的过程。石油工业中，增溶作用被利用来驱油，以提高石油的开采率。利石

13、油工业中，增溶作用被利用来驱油，以提高石油的开采率。利用用SASA在溶液中形成胶束的性质，将表面活性剂、助剂、油混合在一起，在溶液中形成胶束的性质，将表面活性剂、助剂、油混合在一起，使之形成均匀的胶束溶液。使之形成均匀的胶束溶液。在胶片生产过程中，胶片上常出现微小油脂杂质造成的斑点，在在胶片生产过程中，胶片上常出现微小油脂杂质造成的斑点，在乳化剂中加入适当的表面活性剂，利用胶束的增溶作用可以使斑点消乳化剂中加入适当的表面活性剂，利用胶束的增溶作用可以使斑点消除。除。我要科研我要科研对难溶性药物的增溶：对难溶性药物的增溶：甾体类药物，维生素甾体类药物，维生素A A、D D、E E、K K对抗生素

14、的增溶对抗生素的增溶2022-8-63.2 3.2 乳化与破乳作用乳化与破乳作用乳状液：乳状液：指一种或多种液体以液珠形式分散在与它不相混溶的指一种或多种液体以液珠形式分散在与它不相混溶的液体中形成的分散体系。液体中形成的分散体系。形成的乳状液的颜色和外观与体系中液滴的大小有关，形成的乳状液的颜色和外观与体系中液滴的大小有关，通常乳状液直径在通常乳状液直径在0.10.1 m m以上，属粗分散体。以上，属粗分散体。内相：内相：以液珠形式存在的一相称为以液珠形式存在的一相称为。也叫。也叫不连续相不连续相或或分散相。分散相。另一相连成一片，叫另一相连成一片，叫外相外相，或，或连续相连续相或分散介质。

15、或分散介质。2022-8-63.2.13.2.1乳状液的类型及形成乳状液的类型及形成乳状液的类型和鉴别乳状液的类型和鉴别乳状液通常有以下三种乳状液通常有以下三种：1.1.水包油型（水包油型（O/WO/W）,如，人乳，牛奶。如，人乳，牛奶。2.2.油包水型（油包水型（W/OW/O），如原油、油性化妆品），如原油、油性化妆品3.3.套圈性（套圈性（O/W/OO/W/O）和（）和（W/O/WW/O/W）,由水相和油相一层一层由水相和油相一层一层交替分散形成的乳状液。一般存在于原油中。交替分散形成的乳状液。一般存在于原油中。乳状液的鉴别主要有：乳状液的鉴别主要有：1.稀释法：利用乳状液能够与其外相液体

16、相混溶的特点，稀释法：利用乳状液能够与其外相液体相混溶的特点，一水或油性液体稀释乳状液便可确定其类型。一水或油性液体稀释乳状液便可确定其类型。2.2.染料法染料法 ：将少量水溶性染料加入乳状液中，如整体被将少量水溶性染料加入乳状液中，如整体被染上颜色，表明乳状液是染上颜色，表明乳状液是O/WO/W型，而只有分散的液滴带型，而只有分散的液滴带色，表明乳状液是色，表明乳状液是W/OW/O。1.1.电导法：电导法：O/WO/W型乳状液的电导性好，型乳状液的电导性好，W W /O/O型乳状液的型乳状液的导电性差。导电性差。2022-8-64.4.滤纸润湿法：将一滴乳状液滴于滤纸上，滤纸润湿法：将一滴乳

17、状液滴于滤纸上，若液体迅速铺展，在中心留下油滴，则表若液体迅速铺展，在中心留下油滴，则表明该乳状液为明该乳状液为O/WO/W。主要适用于某些重油。主要适用于某些重油与水形成的乳状液的鉴定。与水形成的乳状液的鉴定。上一内容下一内容回主目录O返回2022-8-6检验水包油乳状液加入水溶性染料如亚甲基蓝，说明水是连续相。加入油溶性的染料红色苏丹，说明油是不连续相。影响乳状液类型的主要因素影响乳状液类型的主要因素1.相体积（Ostwald）当液珠体积分数大于当液珠体积分数大于74.02%74.02%时，乳状时，乳状液就会被破坏或发生转型。如油的相体液就会被破坏或发生转型。如油的相体积分数大于积分数大于

18、74.02%74.02%时，只能形成时，只能形成 W W /O/O型乳状液，如果少于型乳状液，如果少于25.95%25.95%就只能形成就只能形成 O/WO/W乳状液。而事实也并非如此。乳状液。而事实也并非如此。2022-8-62.2.乳化剂的分子结构和性质乳化剂的分子结构和性质 一价的金属盐极性头的横截面积大于非极性碳氢链的横一价的金属盐极性头的横截面积大于非极性碳氢链的横截面积，在该类乳化剂的作用下容易生成截面积，在该类乳化剂的作用下容易生成O/WO/W型乳状液。型乳状液。二价的金属盐为乳化剂时，容易生成二价的金属盐为乳化剂时，容易生成W/OW/O乳状液。因乳状液。因为二价金属盐的亲油基由

19、两个碳氢链组成，亲油基的很截为二价金属盐的亲油基由两个碳氢链组成，亲油基的很截面积大于极性头的面积。但该理论也有较多面积大于极性头的面积。但该理论也有较多缺陷缺陷。如银盐。如银盐为乳化剂形成的是为乳化剂形成的是W/OW/O型乳液。型乳液。除分子形态外，乳化剂的亲水性和溶解度的影响也是不除分子形态外，乳化剂的亲水性和溶解度的影响也是不可忽视的。可忽视的。Bancroft Bancroft提出，油、水两相中对乳化剂溶解度提出，油、水两相中对乳化剂溶解度大的一相将成为外相，即分散介质。大的一相将成为外相，即分散介质。3.3.乳化器的材质乳化器的材质 乳化过程中，器壁的亲水亲油性对形成乳状液乳化过程中

20、，器壁的亲水亲油性对形成乳状液类型有一定的影响。通常器壁的亲水性强容易得类型有一定的影响。通常器壁的亲水性强容易得到到 O/WO/W乳状液。表乳状液。表3-33-32022-8-64.两相的聚集速度 1957年Davies经过研究指出，在乳化剂，油、水一起摇荡时，油相和水相都破裂成液滴，最终形成的乳状液类型取决于两种液滴的聚结速度。液滴的聚结速度与乳化剂的亲水亲油性质油很大关系。当乳化剂的亲水性较强时，亲水部分对油滴的聚结有较大的阻碍作用，使油滴的聚集速度减慢，而水滴的聚集速度大于油滴的聚集速度，最终使水成为连续相。2022-8-63.2.2 3.2.2 影响乳状液稳定性的因素影响乳状液稳定性

21、的因素乳状液的稳定性乳状液的稳定性：指防止相同液滴聚结在一起导致两个液相：指防止相同液滴聚结在一起导致两个液相分离的能力。分离的能力。u影响乳状液稳定性的因素主要有以下几个方面：影响乳状液稳定性的因素主要有以下几个方面：1.1.表面张力表面张力 低的油低的油-水表面张力有助于体系的稳定。水表面张力有助于体系的稳定。2.2.界面膜的性质界面膜的性质 较低的表面张力主要表明乳状液易生成，但不是影较低的表面张力主要表明乳状液易生成，但不是影响乳状液稳定的唯一因素。乳化剂浓度越高，则乳化液响乳状液稳定的唯一因素。乳化剂浓度越高，则乳化液的稳定性越高的稳定性越高3.3.界面电荷界面电荷 大部分稳定的乳状

22、液液滴表面都带有电荷。分散相液大部分稳定的乳状液液滴表面都带有电荷。分散相液滴表面的电荷对乳液稳定起十分重要的作用。滴表面的电荷对乳液稳定起十分重要的作用。2022-8-6（1 1）离子型表面活性剂作为乳化剂时，乳化剂分子吸附于油）离子型表面活性剂作为乳化剂时，乳化剂分子吸附于油-水水界面，极性基团伸入水相发生解离而使液滴带电界面，极性基团伸入水相发生解离而使液滴带电电荷的来源途径有三：（2 2）非离子）非离子SASA做乳化剂时，液滴主要通过从水相中吸附离子使做乳化剂时，液滴主要通过从水相中吸附离子使自身带电荷自身带电荷（3 3）液滴与分散介质发生摩擦，使液滴表面带电。所带电荷与）液滴与分散介

23、质发生摩擦，使液滴表面带电。所带电荷与两相的介电常数有关，介电常数大的一相带正电荷。两相的介电常数有关，介电常数大的一相带正电荷。液滴表面带电后，其周围会形成双电层，从而阻止了液滴间的聚结。故液滴表面电荷密度越大，乳状液稳定性越高。2022-8-64.4.乳状液分散介质的黏度乳状液分散介质的黏度 Stocks Stocks 沉降速度公式沉降速度公式 在乳状液中加入高分子化合物或其它能溶于分在乳状液中加入高分子化合物或其它能溶于分散介质的增稠剂，能提高乳液的稳定性。散介质的增稠剂，能提高乳液的稳定性。5.5.固体粉末的加入固体粉末的加入 固体粉末增加了界面膜的机械强度。常用粉末固体粉末增加了界面

24、膜的机械强度。常用粉末有炭黑、松香、有炭黑、松香、CaCO3CaCO3、SiO2SiO2、氢氧化铁等、氢氧化铁等2022-8-63.2.3 3.2.3 乳化剂及其选择依据乳化剂及其选择依据 主要的乳化剂品种有：表面活性剂、高分子化合物、主要的乳化剂品种有：表面活性剂、高分子化合物、天然化合物、固体粉末四大类。其中，表面活性剂主要是天然化合物、固体粉末四大类。其中，表面活性剂主要是阴离子型和非离子型。阴离子型和非离子型。高分子化合物主要是动物胶和植物胶，植物胶主要高分子化合物主要是动物胶和植物胶，植物胶主要为酸性和中性多糖。如魔芋胶、田菁胶等。为酸性和中性多糖。如魔芋胶、田菁胶等。将两种液体乳化

25、制成乳状液，关键在于选择合适的乳化将两种液体乳化制成乳状液，关键在于选择合适的乳化剂。剂。目前，乳化剂的选择最常用的方法是目前，乳化剂的选择最常用的方法是HLBHLB法和法和PITPIT（相转变温度）法。（相转变温度）法。（1 1）HLBHLB法法（2 2）PIT PIT 法法2022-8-63.2.4 3.2.4 乳状液的破乳乳状液的破乳乳液的破坏有乳液的破坏有分层、变型、破乳分层、变型、破乳三种方式。三种方式。分层：分层：由于分散相和分散介质的密度不同，在重力和其它外力作用下，由于分散相和分散介质的密度不同，在重力和其它外力作用下，分散相液滴上升或下降的现象。分散相液滴上升或下降的现象。变

26、型：变型：乳状液从一种类型转变为另一种类型。乳状液从一种类型转变为另一种类型。破乳：破乳：乳状液完全被破坏，发生油水分层的现象。乳状液完全被破坏，发生油水分层的现象。破乳的方法有：破乳的方法有：机械法机械法：是利用外力使乳液破乳的方法，如，离心分离法。：是利用外力使乳液破乳的方法，如，离心分离法。物理法物理法：常用的有电沉积法、超声波法、过滤法。：常用的有电沉积法、超声波法、过滤法。化学法化学法：主要通过改变乳状液的类型或界面性质，降低乳液的稳定性从：主要通过改变乳状液的类型或界面性质，降低乳液的稳定性从 而破乳。而破乳。2022-8-6破乳剂破乳的机理：破乳剂破乳的机理：顶替作用：新加入乳化

27、剂代替原来的乳化剂润湿作用：在以固体粉末为乳化剂的乳状液中絮凝-聚结作用：主要为分子量较大的非离子表面活性剂破坏界面膜：在加热或搅拌条件下进行破乳剂的的种类有阴离子型、非离子型和阳离子型。2022-8-63.2.5 3.2.5 乳化和破乳的应用乳化和破乳的应用乳状液在工农业生产及日常生活中具有十分广泛的应用：农药的配制、乳状液在工农业生产及日常生活中具有十分广泛的应用：农药的配制、原油开采、纺织制革、食品、医药及日用品。原油开采、纺织制革、食品、医药及日用品。在农药中的应用在农药中的应用：在农药制剂中应用最广的一种体系就是乳状液。使：在农药制剂中应用最广的一种体系就是乳状液。使用时制成适于不同

28、条件使用的乳状液。目前常用到的农药乳状液主要用时制成适于不同条件使用的乳状液。目前常用到的农药乳状液主要有三类：有三类：可溶解性乳状液可溶解性乳状液：由亲水性较大的原药组成的所谓可溶解性乳油。：由亲水性较大的原药组成的所谓可溶解性乳油。DDV,DDV,乐果等。形成类似真溶液的乳状液。乳化时加入乳化剂主要功能是稳定乐果等。形成类似真溶液的乳状液。乳化时加入乳化剂主要功能是稳定乳液，并赋予乳液铺展、润湿和渗透性能。乳液，并赋予乳液铺展、润湿和渗透性能。水包油型乳状液水包油型乳状液：增溶性乳油兑水而成。：增溶性乳油兑水而成。浓乳状液浓乳状液：由乳化性乳油或浓乳剂兑水而得。：由乳化性乳油或浓乳剂兑水而

29、得。2022-8-6在金属加工中的应用在金属加工中的应用 使用合适的金属切削液可以起到降低切削温度、放系减少切削力使用合适的金属切削液可以起到降低切削温度、放系减少切削力的润湿作用、去除切屑的清洗作用。切削液使用最广的是的润湿作用、去除切屑的清洗作用。切削液使用最广的是O/WO/W型乳状型乳状液。其组成成分主要有矿物油、表面活性剂、防锈剂、防蚀剂和其它液。其组成成分主要有矿物油、表面活性剂、防锈剂、防蚀剂和其它添加剂。表面活性剂其乳化作用。添加剂。表面活性剂其乳化作用。在化妆品中的应用在化妆品中的应用 化妆品以乳状液为主，化妆品使用的乳化剂主要有合成乳化剂、化妆品以乳状液为主，化妆品使用的乳化

30、剂主要有合成乳化剂、天然乳化剂和固体粉末乳化剂。合成乳化剂中非离子乳化剂对水的硬天然乳化剂和固体粉末乳化剂。合成乳化剂中非离子乳化剂对水的硬度不敏感，不受介质度不敏感，不受介质pHpH值的限制，使用方面，是化妆品中应用最为广值的限制，使用方面，是化妆品中应用最为广泛的乳化剂。泛的乳化剂。阴离子乳化剂主要有油酸及其钠盐和钾盐、烷基芳磺酸盐、三乙阴离子乳化剂主要有油酸及其钠盐和钾盐、烷基芳磺酸盐、三乙醇胺有机酸酯，月桂基硫酸钠。阳离子乳化剂使用很少。醇胺有机酸酯，月桂基硫酸钠。阳离子乳化剂使用很少。2022-8-6乳化沥青乳化沥青 乳化沥青是将沥青机械粉碎成细微颗粒，分散在含有表面活性剂的乳化沥青

31、是将沥青机械粉碎成细微颗粒，分散在含有表面活性剂的水溶液中，乳化剂吸附于沥青水溶液中，乳化剂吸附于沥青-水界面上，防止沥青颗粒的絮凝和聚水界面上，防止沥青颗粒的絮凝和聚结。结。乳化沥青可以在常温下使用，凝固时间短，设备简单，无臭气。乳化沥青可以在常温下使用，凝固时间短，设备简单，无臭气。制备乳化沥青的乳化剂如硬脂酸钠、烷基芳磺酸盐等阴离子表面活制备乳化沥青的乳化剂如硬脂酸钠、烷基芳磺酸盐等阴离子表面活性剂。性剂。2022-8-6在原油开采中的应用在原油开采中的应用 据统计现在世界上原油据统计现在世界上原油25%25%是以乳状液的形式开采出来的。乳化原是以乳状液的形式开采出来的。乳化原油不仅给集

32、输工作造成麻烦，还会在炼制时由于含水，含盐引起腐蚀，油不仅给集输工作造成麻烦，还会在炼制时由于含水，含盐引起腐蚀，结垢、冲塔。所以在石油外输时先需脱水，使油中含水量少于结垢、冲塔。所以在石油外输时先需脱水，使油中含水量少于0.5%0.5%，脱出的污水含油量小于脱出的污水含油量小于0.05%0.05%。早期的破乳剂以羧酸盐、硫酸酯盐、磺酸盐等阴离子表面活性剂早期的破乳剂以羧酸盐、硫酸酯盐、磺酸盐等阴离子表面活性剂为主，价格便宜但用量大，易受电解质影响。后使用低分子非离子表为主，价格便宜但用量大，易受电解质影响。后使用低分子非离子表面活性剂，它耐酸、耐碱但用量依然较大。面活性剂，它耐酸、耐碱但用量

33、依然较大。2020世纪世纪6060年代后开发了高年代后开发了高分子型非离子型表面活性剂，主要是聚氧乙烯分子型非离子型表面活性剂，主要是聚氧乙烯-聚氧丙烯嵌段共聚物。聚氧丙烯嵌段共聚物。乳化钻井液是钻井中必须使用的，有乳化钻井液是钻井中必须使用的，有O/WO/W和和W/OW/O型两类。钻井液型两类。钻井液的功能包括从井中清除岩屑、清除井底、控制地下压力、冷却与润滑的功能包括从井中清除岩屑、清除井底、控制地下压力、冷却与润滑钻头防止底层坍塌等。钻头防止底层坍塌等。2022-8-63.3 3.3 润湿功能润湿功能 润湿润湿：一种流体被另一种流体从固体表面或固：一种流体被另一种流体从固体表面或固-液界

34、面所取代的过程。液界面所取代的过程。在洗涤、印染、润滑、农药喷洒、胶片涂布、原油的开采及集输等均在洗涤、印染、润滑、农药喷洒、胶片涂布、原油的开采及集输等均以润湿为基础。以润湿为基础。2022-8-63.3.13.3.1润湿过程润湿过程润湿过程主要分为三类，沾湿、浸湿、铺展。润湿过程主要分为三类，沾湿、浸湿、铺展。沾湿 主要指液-气和固-气面上的气体被液体取代的过程。SG+LG sl 浸湿：指固体浸入液体的过程SG SL 铺展：液体取代固体表面上的气体，将固-气界面用固-液面代替的同时，液体表面能够扩展的现象 SG sl+LG 2022-8-6对于同一体系，如果液体能在固体表面铺展，则沾湿和浸

35、湿现象必然对于同一体系，如果液体能在固体表面铺展，则沾湿和浸湿现象必然会发生。会发生。固体表面自由能越大，液体表面张力越低，对润湿越有利。固体表面自由能越大，液体表面张力越低，对润湿越有利。接触角接触角:在气、液、固三相交界点，自固在气、液、固三相交界点，自固-液界面经过液体内部到气液界面经过液体内部到气-液界液界面的夹角，通常用面的夹角，通常用表示表示。lsgANM s-l s-g l-g 2022-8-6coss gs ll gdldldlcoss gs ll g越小，润湿性能越好，当越小，润湿性能越好，当为零或不存在时叫铺展，为零或不存在时叫铺展，90叫叫不润湿，小于不润湿，小于90叫润

36、湿。叫润湿。2022-8-6完全不润湿完全不润湿不能润湿不能润湿能润湿能润湿完全润湿完全润湿接触角的示意图2022-8-62022-8-62022-8-6表面活性剂在润湿过程中的作用表面活性剂在润湿过程中的作用一般来说，一般来说，固体表面能愈高固体表面能愈高，即，即 固固/气气越大，越大，愈易润湿愈易润湿。一般液体的表面张力都在一般液体的表面张力都在0.1N.m0.1N.m-1-1以下，大于此值的固体称为高以下，大于此值的固体称为高能表面固体，能表面固体，如金属及其氧化物、硫化物、无机盐等无机固体如金属及其氧化物、硫化物、无机盐等无机固体。高能固体表面如与一般液体接触，体系表面的高能固体表面如

37、与一般液体接触，体系表面的吉布斯自由能吉布斯自由能将有较将有较大降低，故能为一般液体所润湿；低能固体表面一般润湿性能不好。大降低，故能为一般液体所润湿；低能固体表面一般润湿性能不好。2022-8-6润湿剂：润湿剂：能使液体润湿或加速润湿固体表面的表面活性剂称为。能使液体润湿或加速润湿固体表面的表面活性剂称为。渗透剂：渗透剂：能使液体渗透或加速渗进入孔性固体内表面的表面活性剂能使液体渗透或加速渗进入孔性固体内表面的表面活性剂叫。叫。润湿剂的分子结构特点：疏水链应具有侧链，且亲水基应位于中部。润湿剂的分子结构特点：疏水链应具有侧链，且亲水基应位于中部。作为润湿剂的主要是作为润湿剂的主要是阴离子阴离

38、子和和非离子非离子型表面活性剂型表面活性剂2022-8-63.3.1 3.3.1 表面活性剂的润湿作用表面活性剂的润湿作用表面活性剂的润湿作用具体表现在两个方面：表面活性剂的润湿作用具体表现在两个方面：在固体表面发生定向吸附 提高液体的润湿能力2022-8-63.3.1 3.3.1 表面活性剂在润湿方面的应用表面活性剂在润湿方面的应用矿物的泡沫浮选矿物的泡沫浮选 矿物浮选法是指利用矿物表面疏水矿物浮选法是指利用矿物表面疏水-亲水性的差别从矿浆中浮出矿亲水性的差别从矿浆中浮出矿物的富集过程。物的富集过程。浮选法的基本原理是借助气泡浮力来浮游矿石，实现矿石和脉石分离的浮选法的基本原理是借助气泡浮力

39、来浮游矿石，实现矿石和脉石分离的选矿技术。浮选使用的浮选剂由捕集剂、起泡剂和调整剂组成。选矿技术。浮选使用的浮选剂由捕集剂、起泡剂和调整剂组成。调整剂包括活化剂、抑制剂、调整剂包括活化剂、抑制剂、pHpH调整剂、絮凝剂、分散剂等。调整剂、絮凝剂、分散剂等。捕集剂和起泡剂是各种类型的表面活性剂。捕集剂和起泡剂是各种类型的表面活性剂。首先将粗矿磨碎，倾入浮选池中。在池水中加入捕集剂和起泡剂等表面活性剂。搅拌并从池底鼓气，带有有效矿粉的气泡聚集表面，收集并灭泡浓缩，从而达到了富集的目的。不含矿石的泥砂、岩石留在池底，定时清除。2022-8-6浮浮 游游 选选 矿矿浮游选矿的原理图 当矿砂表面有5%被

40、捕集剂覆盖时，就使表面产生憎水性，它会附在气泡上一起升到液面，便于收集。选择合适的捕集剂，使它的亲水基团只吸在矿砂的表面，憎水基朝向水。2022-8-6金属的防蚀与缓蚀金属的防蚀与缓蚀 应用缓蚀剂、改变腐蚀介质的性质是防止金属电化学应用缓蚀剂、改变腐蚀介质的性质是防止金属电化学腐蚀的一种重要方法。腐蚀的一种重要方法。缓蚀剂按照其对电极过程发生的主要影响可分为阳极缓蚀剂按照其对电极过程发生的主要影响可分为阳极缓蚀剂、阴极缓蚀剂和混合型缓蚀剂。按其化学成分可分缓蚀剂、阴极缓蚀剂和混合型缓蚀剂。按其化学成分可分为无机缓蚀剂和有机缓蚀剂。按形态可分为油溶性缓蚀剂、为无机缓蚀剂和有机缓蚀剂。按形态可分为

41、油溶性缓蚀剂、挥发性缓蚀剂、水溶性缓蚀剂。挥发性缓蚀剂、水溶性缓蚀剂。金属防锈常用金属缓蚀剂金属防锈常用金属缓蚀剂2022-8-6织物的防水防油处理织物的防水防油处理1.1.织物的防水处理织物的防水处理 对纤维进行防水处理的较好方法是在纤维表面形成极薄的强疏水性对纤维进行防水处理的较好方法是在纤维表面形成极薄的强疏水性涂层。涂层。2.2.织物的防油处理织物的防油处理 防油处理主要使用碳氟表面活性剂，在织物表面形成充填防油处理主要使用碳氟表面活性剂，在织物表面形成充填-CF-CF3 3基团基团的表面层。的表面层。在农药中的应用在农药中的应用 许多的植物、害虫和杂草表面常覆盖一层地表面能的疏水蜡质

42、层，许多的植物、害虫和杂草表面常覆盖一层地表面能的疏水蜡质层，这使其表面不易被水和药液润湿。为此需要在药液中添加润湿剂和渗透这使其表面不易被水和药液润湿。为此需要在药液中添加润湿剂和渗透剂。有利于药液在植物叶片上的铺展。剂。有利于药液在植物叶片上的铺展。用作润湿剂的渗透剂主要是阴离子和非离子表面活性剂。用作润湿剂的渗透剂主要是阴离子和非离子表面活性剂。3.43.4气泡和消泡作用气泡和消泡作用3.4.13.4.1泡沫的形成及其稳定性泡沫的形成及其稳定性泡沫是气体分散于液体中的分散体系，气体为分散相，液体为分散介质泡沫是气体分散于液体中的分散体系，气体为分散相，液体为分散介质。有些情况下泡沫的产生

43、是有利的，如，矿物浮选，泡沫灭火器。有有些情况下泡沫的产生是有利的，如，矿物浮选，泡沫灭火器。有些情况是不利的，污水处理，抗生素的发酵等。些情况是不利的，污水处理，抗生素的发酵等。2022-8-62022-8-62022-8-6 泡沫中的旗袍被一层极薄的的液膜隔开，形成多面体，在气泡交泡沫中的旗袍被一层极薄的的液膜隔开，形成多面体，在气泡交界处形成了界处形成了plateau边界，据边界，据Laplace公式公式 p=2r/R2022-8-6泡沫破坏的原因：泡沫破坏的原因：1.Plateau边界的存在。边界的存在。2.受重力影响的向下排液受重力影响的向下排液3.气泡内气体的扩散气泡内气体的扩散4

44、.液面气泡因跑内压力大于大气液面气泡因跑内压力大于大气压而破坏压而破坏2022-8-6影响气泡稳定性的因素：影响气泡稳定性的因素：（1）表面张力）表面张力 低的表面张力有利于气泡的形成，是泡沫产生的重要低的表面张力有利于气泡的形成，是泡沫产生的重要条件，但不是泡沫稳定的决定性因素。条件，但不是泡沫稳定的决定性因素。（2）界面膜的性质）界面膜的性质 界面膜的强度是决定泡沫稳定性的关键因素。界面膜界面膜的强度是决定泡沫稳定性的关键因素。界面膜的亲睹取决于液膜的表面黏度、液膜弹性、膜内液体的黏的亲睹取决于液膜的表面黏度、液膜弹性、膜内液体的黏度。度。理想的液膜应该是高粘度和高弹性的聚集膜。理想的液膜

45、应该是高粘度和高弹性的聚集膜。2022-8-6（3）表面张力的修复作用）表面张力的修复作用 指泡沫的液膜受外界扰动或自排液变薄时，会通过自指泡沫的液膜受外界扰动或自排液变薄时，会通过自身收缩或由其它部位补充恢复原来的现象。纯液体不能形身收缩或由其它部位补充恢复原来的现象。纯液体不能形成稳定的泡沫。成稳定的泡沫。2022-8-62022-8-6（4）表面电荷 如泡沫液膜的表面带有相同电荷，当液膜受挤压，气流如泡沫液膜的表面带有相同电荷，当液膜受挤压，气流冲击，重力排液使液膜变薄时液膜的两个表面将会产生斥冲击，重力排液使液膜变薄时液膜的两个表面将会产生斥力作用以阻止液膜变薄，提高泡沫稳定性力作用以

46、阻止液膜变薄，提高泡沫稳定性。（5）泡内气体的扩散）泡内气体的扩散 泡沫中气泡的大小不均匀，小泡内气体压力较大，透泡沫中气泡的大小不均匀，小泡内气体压力较大，透过液膜向低压的大泡内扩散；另一方面，液面的气泡向大过液膜向低压的大泡内扩散；另一方面，液面的气泡向大气排气。气排气。表面活性剂分子吸附于泡沫的液膜上，形成紧密排列表面活性剂分子吸附于泡沫的液膜上，形成紧密排列的吸附膜，起到了阻止气泡排气的作用。的吸附膜，起到了阻止气泡排气的作用。（6）表面活性剂的分子结构）表面活性剂的分子结构 通常通常12-14个碳原子的疏水链效果最好。表面活性剂的个碳原子的疏水链效果最好。表面活性剂的水化能力越强，泡

47、沫的稳定性增加；分子结构中还有羟基水化能力越强，泡沫的稳定性增加；分子结构中还有羟基、氨基、酰胺基的、氨基、酰胺基的SA 稳泡性能好。稳泡性能好。2022-8-63.4.2 SA 的起泡和稳泡作用的起泡和稳泡作用u表面活性剂的起泡性表面活性剂的起泡性SA SA 的起泡性：指表面活性剂溶液在外界作用下产生泡沫的难易程度。的起泡性：指表面活性剂溶液在外界作用下产生泡沫的难易程度。2022-8-6泡沫形成示意图 在泡沫形成的过程中，气在泡沫形成的过程中，气-液界面的面积急剧增加，体液界面的面积急剧增加，体系的能量也随之增加，因此需外界对体系做功。系的能量也随之增加，因此需外界对体系做功。W外外=E=

48、r A E:为泡沫产生前后体系的能量差为泡沫产生前后体系的能量差 表面活性剂的起泡性可以用其降低水的表面张力的能表面活性剂的起泡性可以用其降低水的表面张力的能力来表征。具有良好起泡性的通常是阴离子表面活性剂。力来表征。具有良好起泡性的通常是阴离子表面活性剂。u表面活性剂的稳泡性表面活性剂的稳泡性 SA的稳泡性：指表面活性剂在水溶液产生泡沫之后，泡沫的持久性或的稳泡性：指表面活性剂在水溶液产生泡沫之后，泡沫的持久性或泡沫寿命的长短。泡沫寿命的长短。常用的稳泡剂主要有：常用的稳泡剂主要有：（1）天然化合物）天然化合物2022-8-6 主要为明胶和皂素两种。二者随降低表面张力的能力不强，但能主要为明

49、胶和皂素两种。二者随降低表面张力的能力不强，但能在泡沫的液膜表面形成高粘度和高弹性的界面膜，故具有较好的稳泡在泡沫的液膜表面形成高粘度和高弹性的界面膜，故具有较好的稳泡效果。效果。（2）高分子化合物）高分子化合物 如聚乙烯醇、甲基纤维素、改性淀粉、羟乙基淀粉等，此类物质如聚乙烯醇、甲基纤维素、改性淀粉、羟乙基淀粉等，此类物质具有良好的水溶性，不仅能提高液相的黏度，阻止液膜排液，同时还具有良好的水溶性，不仅能提高液相的黏度，阻止液膜排液，同时还能形成高强度的界面膜，故稳泡效果好能形成高强度的界面膜，故稳泡效果好（3）合成表面活性剂）合成表面活性剂 一般为非离子一般为非离子SA,分子结构中多含有分

50、子结构中多含有-NH2,-CONH-,-OH,-COOH,-CO-,-COOR,-O-等能够生成氢键的基团，用以提高液膜的表等能够生成氢键的基团，用以提高液膜的表面黏度。面黏度。2022-8-63.4.3 表面活性剂的消泡作用表面活性剂的消泡作用 泡沫在微生物工业，发酵酿造工业，减压蒸馏，溶液浓缩，机械泡沫在微生物工业，发酵酿造工业，减压蒸馏，溶液浓缩，机械洗涤等过程中是有害的。洗涤等过程中是有害的。消泡剂：具有破坏泡沫能力的表面活性剂叫消泡剂：具有破坏泡沫能力的表面活性剂叫-。一般认为，带短聚氧乙烯链的非离子表面活性剂和聚氧乙烯聚氧一般认为，带短聚氧乙烯链的非离子表面活性剂和聚氧乙烯聚氧丙烯