1、第二章第二章表面活性剂物理化学表面活性剂物理化学第一节 表面活性剂的概念表面活性剂是这样一种物质，它在加入量很少时即能大大降低溶剂（一般为水）的表面张力（或溶液界面张力），改变体系界面状态，从而产生润湿反润湿、乳化或破乳、起泡或消泡、洗涤、分散抗静电、润滑加溶等一系列作用，以达到实际应用的要求。第二节 表面活性剂的结构与分类 结构:典型的不对称双亲结构，表 面活性剂都有两部分组成，一部分易溶于水，具有亲水性，叫作亲水基，一部分易溶于油，具有亲油性，称之为亲油基，表面活性剂离子型非离子型阴离子型阳离子型两性型分类:可以按亲水基的类型分，按分子量大小分，也可按其用途来分，最常用最方便的分类方法是按
2、亲水基的类型来分。第三节 表面活性剂水溶液的特性 一、表面吸附 表面吸附，指表面活性剂分子的亲水端插在水中真正的溶解，而憎水端整齐的排列在界面上。二、溶液内部胶团的形成 1、胶团的形成2、胶团的形状3、胶团聚集数4、临界胶束浓度（cmc）表面张力渗透力 CMC表面活性剂浓度去污力起泡力溶液性质图2-3 表面活性剂浓度与 溶液性质的关系第四节 表面活性剂的应用原理一、润湿作用 自最普遍的意义而言，表面上的一种流体被另一种流体所取代的过程即是润湿，因此，润湿作用必须涉及三相而至少其中两相为流体，固体表面与液体表面接触时，原来的气-固界面消失，形成新的液-固界面，这种现象称为完全润湿。（一）固体表面
3、的润湿性质（二）表面活性剂在高能固体表 面的吸附（三）表面活性剂的润湿作用二、乳化作用 乳化是一种液-液界面现象，两种互不相溶的液体，如油和水，通过加入合适的表面活性剂，在强烈的搅拌下，油层被分散，表面活性剂的憎水端被吸附在油珠的界面层，亲水端与水相溶形成均匀的细液滴乳化液，这种互不相溶且不起化学反应的两相液中的一相以微粒状分散于另一相的过程称为乳化，。（一）乳状液的分类（二）乳状液的类型及表面活性剂的作用（三）破乳三、增溶作用 增溶作用是表面活性剂的一个重要性质，它与胶团的形成直接相关，增溶作用是指在溶剂中完全不溶或微溶的物质，借助于添加第三种成分-表面活性剂而得到溶解，并形成热力学上稳定的
4、各向同性的均一溶液，这种作用称为增溶作用，起到增溶作用的表面活性剂称为增溶剂，被增溶的物质称为增溶质.增溶作用与一般的溶解、水溶助长现象及乳化作用有本质的区别。（一）增溶作用的几种模型a、夹心型增溶b、栏栅型增溶c、吸附型增溶d、在氧乙烯链之间增溶（二）增溶作用的影响因素1、表面活性剂结构的影响2、增溶物结构的影响3、电解质的影响4、有机物的影响5、温度的影响四、洗净作用 洗涤作用是将固体（通常称作基体）表面上的污垢清除的过程，它包括机械作用及表面物理化学作用，在此过程中是借助于洗涤剂的表面物化学作用减弱污垢与固体表面之间的吸附作用，并通过机械力将它们分离，而分离后的污垢不会重新沉积在固体表面
5、上，从而达到清洁的表面。其过程可表示为：基体-污垢+洗涤剂 基体-洗涤剂+污垢-洗涤剂，（一）洗涤机理 洗涤通常包括有两个过程：1.将污垢从基体上除去，2.使污垢在洗涤液中形成悬浮状态，从而阻止它再次在基体上沉积。（1）基体与污垢之间的相互作用 机械力范德华吸引力电作用力氢键力（2）固体污垢的清除用水洗涤液将固体污垢除去有二个过程：基体和污垢粒子被洗涤液润湿，固体污垢对基体的粘附力会由于浸入水中而减小，因为水既与基体作用，又可与固体污垢作用，而导致在基体-液体及污垢-液体界面上形成双电层，它们的表面带有相同电荷而产生排斥力，另外，水可以导致基体表面，尤其是纤维素而发生水化膨胀，从而增加了基体与
6、固体污垢之间的距离，减弱粘附作用。表面活性剂及助洗剂的组分在基体-液体及固体污垢-液体界面上吸附，从而减少使基体-污垢分离所需要的功。通过两个过程要除去基体上的污垢，还要加入机械力而达到清洁基体表面的目的。（3）液体污垢的清除它可通过“卷缩机理”来实现，液体油污原来是一铺开的油膜存在于基体表面，在洗涤液优先润湿的作用下，逐渐卷缩成为油珠，然后，洗涤液将油污从基体表面置换下来。（4）阻止已分离油污再沉积 形成电斥力及空间斥力位垒，增溶机理，乳化机理。因此，一良好的洗涤剂必须具备以下条件：具有良好的润湿作用，具有将污垢移入或有助于移入洗涤液中的能力，具有溶解（增溶）或分散的能力使污垢不再沉积。（二
7、）表面活性剂的化学结构与洗涤之间的关系 表面活性剂的化学结构与洗涤之间的关系是很复杂的，因为它涉及到污垢及基体的性质，助洗剂加入的数量及种类、温度及水的硬度等因素，因此在讨论这一关系时，只有固定其它变数才有确切的意义。（1）污垢及基体的影响 要从硬的固体表面或纤维表面除去油污，当表面活性剂在洗涤液中浓度大于cmc时，洗涤效果最大，这说明此时油污的清除机理主要是增溶作用或乳化作用，对于非极性基体，非离子表面活性剂除油污更有效，而对于棉花等亲水纤维，阴离子表面活性剂更有效，而两都都优于阳离子表面活性剂。（2）表面活性剂亲油基团的影响 良好的洗涤剂应具有较长的直链烷基及亲水基在分子一端或紧靠一端的结
8、构特征，但烃链也不宜太长，否则影响其溶解度。（3）表面活性剂亲水基团的影响 阳离子表面活性剂对带负电荷的表面特别是在碱性条件下洗涤效果差，阴离子表面活性剂对带正电荷表面特别是在酸性条件下洗涤效果较差。对聚氧乙烯型非离子表面活性剂，氧乙烯基数量增加，会导致它在许多物质表面上吸附减少，因而洗涤效果变差。五、浮选作用 浮选的情况比较复杂，涉及到气液固三相，首先是采用能大量起泡的表面活性剂起泡剂。当在水中通入空气或 由于水的搅动引起空气进入水中，表面活性剂的憎水端在气液界面并朝向空气一端，亲水端仍在溶液内，形成气泡。另一种起捕集作用的表面活性剂以亲水基吸附在固体矿粉的表面，憎水端部分插入气泡内，在浮选
9、过程中随气泡被带走，达到选矿的目的。第五节 表面活性剂的亲水亲油平衡值 任何表面活性剂都有任何表面活性剂都有“双亲结构双亲结构”，其，其表面活性由亲水基的亲水性及亲油基的亲表面活性由亲水基的亲水性及亲油基的亲油性的强弱来决定，如亲水基的亲水性强油性的强弱来决定，如亲水基的亲水性强于亲油基的亲油性，表面活性剂易溶于水，于亲油基的亲油性，表面活性剂易溶于水，反之易溶于油，反之易溶于油，HLB值是衡量表面活性剂值是衡量表面活性剂亲水性和亲油性平衡的尺度，是一个重要亲水性和亲油性平衡的尺度，是一个重要的特征指标。的特征指标。HLB值之所以重要是因为它不但值之所以重要是因为它不但与表面活性剂的亲水亲油性
10、有关，而与表面活性剂的亲水亲油性有关，而且与它的基本性能有关，另外还与它且与它的基本性能有关，另外还与它的应用性能有关。的应用性能有关。石蜡石蜡HLB=0，亲油性较强的油酸的，亲油性较强的油酸的HLB=1亲水性较强的油酸钾的亲水性较强的油酸钾的HLB=20，然后相对的定出各个表面，然后相对的定出各个表面活性剂的活性剂的HLB值，值，HLB值越大，水溶值越大，水溶性越好，反之油溶性越好，根据不同性越好，反之油溶性越好，根据不同的表面活性剂类型有不同的公式确定的表面活性剂类型有不同的公式确定HLB值。值。习题:1.简述精细化学品和专用化学品的区别.2.精细化工产品的经济特性是什么?3.简述表面活性
11、物质和表面活性剂的相同与不同之处.4.表面活性剂的结构特征是什么?5.表面活性剂水溶液的特性表现在哪两个方面?6.举例说明胶团聚集数的影响因素.7.表面活性剂临界胶束浓度的影响因素有哪些?8.高能固体表面和低能固体表面有何特征,简述表面活性剂在高能和低能固体表面的吸附方式及作用.9.乳状液有-和-两种基本类型.10.欲形成水包油型的乳状液可采用哪些措施?11.电沉降法破乳主要用于_类型乳状液的破乳?12.画图说明增溶作用的几种模型并比较其增溶作用的大小.13.基体和污垢之间的作用力主要有哪些?14.一个良好的洗涤剂应具备的条件是什么?15.作为洗涤剂的主要活性成分-表面活性剂应具备什么样的结构
12、特征?16.HLB值是衡量表面活性剂_性和_平衡的尺度.1 各类表面活性剂的去污性能各有长短，阴离子型表面活性剂对极性污垢的去污效果一般优于非离子，而去油性污垢则以非离子为好，阳离子表面活性剂不宜作洗涤剂。2 多种表面活性剂的复配其性能通常优于单一品种。3 临界胶束浓度、表面张力虽是表面活性剂性能的基本表证，但用作洗涤剂时并非临界胶束浓度、表面张力愈低愈好，还要求在水中有适当的溶解性。4 水硬度对表面活性剂的去污性能影响很大，特别是阴离子表面活性剂。所以必须配入去除钙、镁离子的助剂。可供选择的助剂品种不少，但从价格与综合性能来看，还是三聚磷酸钠最好。5 高PH值洗涤剂的去污效果优于低PH值洗涤
13、剂。这是由于洗涤液pH值升高，可提高基质及固体污垢的表面负电位，从而减少颗粒污垢间的絮凝及在基质上再沉积的倾向。但对于蛋白结构的基质不能采用高碱性 的配方。常用洗涤剂的配方组 分 w%烷基苯磺酸钠 30 25 20 硫酸钠 22.9 28 47脂肪醇聚氧乙烯醚 1 2 0.3 羧甲基纤维素钠 1.4 1.2 1壬基酚聚氧乙烯醚 1.5 2 荧光增白剂 0.2 0.1 三聚磷酸钠 30 24 10 对甲基苯磺酸钠 2.4 1.5 碳酸钠 5 15 硅酸钠 8 10 8水分 适量 适量 适量复配型洗衣粉组组 分分%羊毛脂醇萃取物羊毛脂醇萃取物 2.02.0 Span-8 33.0 Span-8 33.0白油白油 40.040.0凡士林凡士林 35.035.0去离子水去离子水 20.020.0 香料香料 适量适量 洗手液配方洗手液配方组组 分分%脂肪醇聚氧乙烯醚（脂肪醇聚氧乙烯醚（n=9n=9）3 3 脂肪醇聚氧乙烯醚脂肪醇聚氧乙烯醚（n=7n=7）2 2 烷基苯磺酸钠烷基苯磺酸钠 5 5 三乙醇胺三乙醇胺 4 4 苯甲酸钠苯甲酸钠 0.50.5 香精香精 0.50.5 去离子水去离子水 8585餐具洗涤剂配方（洗洁精）餐具洗涤剂配方（洗洁精）
