1、1.1 表面活性剂的发展历史表面活性剂的发展历史1.2 表面活性和表面活性剂表面活性和表面活性剂1.3 表面活性剂的分子结构特点表面活性剂的分子结构特点1.4 表面活性剂的分类表面活性剂的分类表面活性剂表面活性剂一词来自英文一词来自英文Surfactant。它实际上是短语它实际上是短语Surface（表面）（表面）Active（活性）（活性）Agent（添加剂）的缩合词。（添加剂）的缩合词。它还有一个名字叫做它还有一个名字叫做Tenside。一般认为一般认为表面活性剂表面活性剂是这样一种物质，它活跃于是这样一种物质，它活跃于表、表、界面界面上，具有上，具有极高极高的降低表、界面张力的能力和效的
2、降低表、界面张力的能力和效率。在一定浓度以上的溶液中形成分子率。在一定浓度以上的溶液中形成分子有序组合体有序组合体，从而具有一系列应用功能。从而具有一系列应用功能。1.1 表面活性剂的发展历史表面活性剂的发展历史 公元前公元前2000年以前年以前古罗马古罗马，美索不达米亚，美索不达米亚，Sapo(肥皂肥皂)山上山上进行祭祀，要焙烧大量的山羊肉进行祭祀，要焙烧大量的山羊肉做为祭品供奉罗马诸神，焙烧时做为祭品供奉罗马诸神，焙烧时流出的流出的油脂油脂流到流到草木灰草木灰中，从而中，从而生成大量的肥皂物质，后被雨水生成大量的肥皂物质，后被雨水冲到冲到sapo山脚下，被河岸的泥土山脚下，被河岸的泥土吸收
3、，这里的泥土的去污效果，吸收，这里的泥土的去污效果，被善男信女误认为是神意。被善男信女误认为是神意。第一阶段（以天然油脂为原料）第一阶段（以天然油脂为原料）：肥皂的起源：肥皂的起源：肥皂的起源：肥皂的起源：另也有大量传说称肥皂起源在五千多年前。另也有大量传说称肥皂起源在五千多年前。古代埃及古代埃及一个给国王做饭的厨师，不慎把一盆一个给国王做饭的厨师，不慎把一盆油打翻在炭灰里，当他赶忙扔掉后回来洗手时，油打翻在炭灰里，当他赶忙扔掉后回来洗手时，发现手洗得特别干净，他觉得很惊奇抓来一些发现手洗得特别干净，他觉得很惊奇抓来一些叫其他厨师试用，效果也一样。国王知道后便叫其他厨师试用，效果也一样。国王知
4、道后便叫人仿制，这就是肥皂的雏形。叫人仿制，这就是肥皂的雏形。OOCR2OOCR3OOCR1OH-羧酸盐、单甘酯、二甘酯和甘油草木灰的主要成分是碳酸钾草木灰的主要成分是碳酸钾化学原理：化学原理：1831年，福海梅最先用橄榄油和苦杏仁油制作出年，福海梅最先用橄榄油和苦杏仁油制作出土耳其红油土耳其红油1875年，土耳其红油被用于工业生产中年，土耳其红油被用于工业生产中土耳其红油土耳其红油：橄榄油或苦杏仁油（都属于三甘酯：橄榄油或苦杏仁油（都属于三甘酯）与硫酸反）与硫酸反应，深度磺化的产物，耐酸耐硬水（应属于磺酸盐型阴离子应，深度磺化的产物，耐酸耐硬水（应属于磺酸盐型阴离子表面活性剂）表面活性剂）1
5、9世纪中叶，一方面肥皂开始实现工业化大生产，另一方面，世纪中叶，一方面肥皂开始实现工业化大生产，另一方面，也出现了化学也出现了化学合成的表面活性剂合成的表面活性剂第二阶段（以矿物为原料）第二阶段（以矿物为原料）：19世纪初世纪初，矿物原料制备洗涤剂，矿物原料制备洗涤剂 随着石油工业的发展，石油用来制备洗涤剂。随着石油工业的发展，石油用来制备洗涤剂。例如：石油磺酸皂具有良好的水溶性，称例如：石油磺酸皂具有良好的水溶性，称（第一个第一个矿物原料制得的洗涤剂矿物原料制得的洗涤剂）第一次世界大战期间第一次世界大战期间，油脂出现短缺。煤炭产量，油脂出现短缺。煤炭产量煤化工业发展煤化工业发展短链烷基、萘磺
6、酸盐类表面活性剂，如短链烷基、萘磺酸盐类表面活性剂，如丙基萘磺酸盐、丁基萘磺酸盐。丙基萘磺酸盐、丁基萘磺酸盐。第二次世界大战第二次世界大战更是加速了矿物原料制备表面活性更是加速了矿物原料制备表面活性剂的进程。剂的进程。第三阶段（重新考虑以天然油脂为原料）第三阶段（重新考虑以天然油脂为原料）：20世纪中叶，随着现代工业发展，人类对煤、石油世纪中叶，随着现代工业发展，人类对煤、石油等不可再生性资源依赖越来越强。等不可再生性资源依赖越来越强。不可再生资源的不可再生资源的有限性有限性迫使人类不得不迫使人类不得不重新考虑重新考虑用用天然油脂制备表面活性剂。天然油脂制备表面活性剂。纵观表面活性剂的发展，其
7、实也是洗涤剂的发展，近纵观表面活性剂的发展，其实也是洗涤剂的发展，近半个世纪中，对洗涤剂的要求：半个世纪中，对洗涤剂的要求：1.洗涤效率高2.对皮肤和粘膜刺激小3.对环境无污染4.易于生物降解1.2 表面活性和表面活性剂表面活性和表面活性剂1.界面与表面界面与表面界面（界面（interface）：两相之间的接触层，即物质相与相之间的分界面称为界面。包括气液气液、气固气固、液液、固固和固液五种；界面不是简单几何面，约有几个分子厚；具有不同于构成界面两相的独特性质。表面表面(surface)：有一相为气相的界面称为表面。包括液体表面、固体表面。表面是界面的一种，本课程将主要讨论表面是界面的一种，本
8、课程将主要讨论表面表面。2.表面张力（表面张力（surface tension）(a)(b)表面张力表面张力：是指一种使表面分子具有向内运：是指一种使表面分子具有向内运动的趋势，并使表面自动收缩至最小面积的动的趋势，并使表面自动收缩至最小面积的力。这就是当一滴单一成分的液体在力。这就是当一滴单一成分的液体在恒温、恒温、恒压恒压条件下达平衡时，则总呈球状，即具有条件下达平衡时，则总呈球状，即具有最小的表面积。由于表面分子受力不平衡而最小的表面积。由于表面分子受力不平衡而产生的张力。产生的张力。如果在活动边框上挂一重物，使重物质量W2与边框质量W1所产生的重力F（F=（W1+W2）g）与总的表面张
9、力大小相等方向相反，则金属丝不再滑动。受力平衡：2Fl l 是滑动边的长度，因膜有两个面，所以边界总长度为2l，就是垂直作用于单位边界上的表面张力。2Fl表面张力：表面张力的物理意义表面张力的物理意义：垂直垂直通过液体表面上的任一单位长度单位长度与液面相切液面相切的收缩的表面力，单位常用mN/m。从能量的角度看从能量的角度看 液体的表面张力来源于物质的分子或原子间的范德范德华力华力。体相内部每个分子所受其周围分子作用力对称。液体表面上的分子所受液相分子的引力比气相分子对它的引力强，结果产生了表面分子受到指向液体内部并垂直于界面的引力。因此，液体表面有自动收缩现象。3.3.表面活性和表面活性剂的
10、概念表面活性和表面活性剂的概念；某些物质的某些物质的加入量很少时，就可使水的表面张加入量很少时，就可使水的表面张力显著下降力显著下降 如油酸钠就是如油酸钠就是这样一种物质。这样一种物质。上述上述1类物质无表面活类物质无表面活性，因而属于非表面性，因而属于非表面活性剂；活性剂；2类物质具有类物质具有表面活性，但不是表表面活性，但不是表面活性剂；面活性剂；只有只有3类物类物质质才可成为表面活性才可成为表面活性剂。剂。1.3 表面活性剂的分子结构特点表面活性剂的分子结构特点 表面活性剂由结构上不对称的两部分组成，表面活性剂由结构上不对称的两部分组成，为双亲化合物。为双亲化合物。极性基团。极性基团。易
11、溶于水，具有亲水性质。易溶于水，具有亲水性质。易溶于油，具有亲油性质。易溶于油，具有亲油性质。(疏水基疏水基)(疏疏油油基基)十二烷十二烷基硫酸基硫酸钠钠十二醇十二醇聚氧乙聚氧乙烯基醚烯基醚n是洗洁精的主要成分。常用于DNA提取过程中-使蛋白质变性后与DNA分开。n特点：乳化性很强，并较肥皂类稳定，主要用作外用软膏剂的乳化剂。十二烷基硫酸钠十二烷基硫酸钠1.4 表面活性剂的分类表面活性剂的分类分类方法按亲水基是否电离分类(公认)按疏水基结构分类按特殊性分类按亲水基结构分类其他分类1.离子型2.非离子型阳离子型阴离子型两性型表面活性剂1.按亲水基是否电离分类按亲水基是否电离分类阴离子表面活性剂R
12、COOM羧酸盐R-OSO3M硫酸(酯)盐R-SO3M磺酸盐R-OPO3M2磷酸(酯)盐lM为为Na+、K+、NH4+等阳离子等阳离子。应用比较多、产量大，约占表面活性剂使用量的应用比较多、产量大，约占表面活性剂使用量的70%，主要用作乳化剂、分散剂、润湿剂等，大多用作洗涤剂。主要用作乳化剂、分散剂、润湿剂等，大多用作洗涤剂。溶于水后生成离子，其亲水基团为带负电的原子团；溶于水后生成离子，其亲水基团为带负电的原子团；(1)(1)羧酸盐羧酸盐 RCOO RCOO 例如：例如：肥皂中的表面活性成分硬脂酸钠等肥皂中的表面活性成分硬脂酸钠等(2)(2)磺酸盐磺酸盐 R-SO3 例如：例如：洗衣粉中的十二
13、烷基苯磺酸钠洗衣粉中的十二烷基苯磺酸钠(ABS)(ABS)等等(3)(3)硫酸酯盐硫酸酯盐 R-OSO R-OSO3 3 例如：例如：洗洁精中的洗洁精中的十二烷基硫酸钠等十二烷基硫酸钠等(4)(4)磷酸酯盐磷酸酯盐 R-OPO R-OPO3 32 2阳离子表面活性剂 CH3|R-N+-H Cl-仲胺盐|H CH3|R-N+-H Cl-叔胺盐|CH3 CH3|R-N+-CH3Cl-季胺盐|CH3l溶于水后生成的亲水基团是带正电的原子团溶于水后生成的亲水基团是带正电的原子团R-NH2HCl伯胺盐脂肪胺盐烷基咪唑啉盐烷基吡啶盐吗啉盐鏻化合物l工业上的阳离子表面活性剂都是工业上的阳离子表面活性剂都是有
14、机氮化合物有机氮化合物的衍生物，的衍生物，水溶性大，在酸性和碱性溶液中较水溶性大，在酸性和碱性溶液中较稳定稳定,具有良好的表面活具有良好的表面活性和杀菌作用，但对皮肤有一定性和杀菌作用，但对皮肤有一定刺激刺激。(1)(1)伯胺盐伯胺盐 R-NH3 (2)(2)季季铵铵盐盐 CH3|例如例如 C16H33-N+-CH3Br|CH3 十六烷基十六烷基三甲基三甲基溴化铵溴化铵 (俗称俗称 )(3)(3)吡啶盐吡啶盐 例如例如 C C1212H H2525(NC(NC5 5H H5 5)+16311631 为天然、合成橡胶、硅油的乳化剂乳化剂；沥青及沥青防水涂料的乳化剂乳化剂；合成纤维、天然纤维和玻璃
15、纤维的抗静电剂、抗静电剂、柔软剂柔软剂；相转移催化剂；乳液起泡剂等。十六烷基十六烷基三甲基三甲基溴化铵溴化铵(俗称俗称1631)两性表面活性剂R-N+H2CH2-CH2COO-氨基酸型 CH3|R-N+-CH2COO-甜菜碱型|CH3l同时具有同时具有阴阴离子、离子、阳阳离子的表面活性剂，两性离子的表面活性剂，两性表面活性剂。从它的结构来看，与亲油基相连接表面活性剂。从它的结构来看，与亲油基相连接的既有阳离子，也有阴离子。的既有阳离子，也有阴离子。l两性表面活性剂两性表面活性剂在在酸性酸性溶液中呈溶液中呈阳阳离子表面活性，离子表面活性，在在碱性碱性溶液中呈溶液中呈阴阴离子表面活性，在离子表面活
16、性，在中性中性溶液中呈溶液中呈非非离子表面活性。离子表面活性。(1)氨基酸型氨基酸型 R-N+H2CH2-CH2COO 洗涤性能良好，常作为代磷助剂，具有洗涤性能良好，常作为代磷助剂，具有酶稳定性、漂白与护色作用。酶稳定性、漂白与护色作用。(2)(2)甜菜碱型甜菜碱型 CH3 R-N+-CH2COO-CH3 去污力强，对纤维有保护作用去污力强，对纤维有保护作用 由于两性表面活性剂特殊结构，具有许多优异由于两性表面活性剂特殊结构，具有许多优异性能，如良好的去污、起泡和乳化性能，耐硬水性性能，如良好的去污、起泡和乳化性能，耐硬水性好，对酸碱和多种金属离子都比较稳定，具有抗静好，对酸碱和多种金属离子
17、都比较稳定，具有抗静电、杀菌、防腐蚀等使用性能，特别是其电、杀菌、防腐蚀等使用性能，特别是其极低毒性极低毒性和和无刺激性无刺激性以及以及良好的生物降解性能良好的生物降解性能，使其在日用，使其在日用化学品应用中前景广阔。同时在纺织、印染、化纤、化学品应用中前景广阔。同时在纺织、印染、化纤、除锈方面都有相当用途。除锈方面都有相当用途。R-(C6H4)-O(C2H4O)nH烷基酚聚氧乙烯醚非离子表面活性剂R-CONH(C2H4O)nH聚氧乙烯烷基酰胺型R-COOCH2(CHOH)3H多元醇型R-O-(CH2CH2O)nH脂肪醇聚氧乙烯醚l在水中不离解成离子，也不带电荷在水中不离解成离子，也不带电荷(
18、1)脂肪醇脂肪醇聚氧乙烯醚聚氧乙烯醚 R-O-(CH2CH2O)nH 俗称平平加系列，具良好湿润性能俗称平平加系列，具良好湿润性能(2)(2)烷基酚聚氧乙烯醚烷基酚聚氧乙烯醚 R-(C6H4)-O(C2H4O)nH 俗称俗称 OPOP系列，化学性质稳定，抗氧化性能强系列，化学性质稳定，抗氧化性能强(4)(4)多元醇型多元醇型 主要是失水山梨醇的脂肪酸酯类Span(Span(司盘司盘)及其聚氧乙烯加成物TweenTween(吐温吐温)类表面活性剂即属此类；具有低毒的特点，广泛用于医药工业、食品工业以及生化实验(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
19、剂、增粘剂 OOHOHOOHCORSpanOOO(C2H4O)yHOO(C2H4O)zHCORH(OC2H4)xTween 非离子型表面活性剂非离子型表面活性剂稳定性高稳定性高，不易受强电解质，不易受强电解质无机盐类存在的影响，也不易受酸碱的影响；无机盐类存在的影响，也不易受酸碱的影响；与其它与其它类型表面活性剂的相容性好类型表面活性剂的相容性好；在水及有机溶剂中皆有；在水及有机溶剂中皆有良好的溶解性能良好的溶解性能，具有良好的乳化、润湿、渗透性、，具有良好的乳化、润湿、渗透性、以及起泡、洗涤、稳泡、抗静电等作用，且无毒以及起泡、洗涤、稳泡、抗静电等作用，且无毒；广泛用作纺织业、化妆品、食品、
20、药物等的乳广泛用作纺织业、化妆品、食品、药物等的乳化剂、消泡剂、增稠剂，以及医疗方面的杀菌剂以化剂、消泡剂、增稠剂，以及医疗方面的杀菌剂以及洗涤、润湿剂等。及洗涤、润湿剂等。2.按亲水基的结构分类按亲水基的结构分类极性基团：极性基团：羧酸羧酸盐盐、磺酸、磺酸盐盐、硫酸、硫酸酯盐酯盐、磷酸酯盐、磷酸酯盐 氨基或胺基的盐（伯、仲、叔、季）氨基或胺基的盐（伯、仲、叔、季）羟基、酰胺基、醚键、羟基、酰胺基、醚键、特殊极性键特殊极性键等等。CH3|R-N O十二烷基氧化胺|CH33.按疏水基的结构分类按疏水基的结构分类1.直链烷基直链烷基2.支链烷基支链烷基3.烷基苯基烷基苯基4.烷基萘基烷基萘基疏水基
21、疏水基通常为烃基通常为烃基5.松香衍生物松香衍生物6.高分子质量聚氧丙烷基高分子质量聚氧丙烷基7.长链全氟长链全氟(或高氟代或高氟代)烷基烷基8.聚硅氧烷基聚硅氧烷基9.木质素（造纸废液聚合物）木质素（造纸废液聚合物）10.含氟、全氟代烷基含氟、全氟代烷基硅表面活性剂硅表面活性剂氟表面活性剂氟表面活性剂 4.按表面活性剂的特殊性分类按表面活性剂的特殊性分类元素表面活性剂元素表面活性剂是指碳氢链上的氢（碳）是指碳氢链上的氢（碳）原子被其它元素所代替，而显现出与普原子被其它元素所代替，而显现出与普通表面活性剂不同的性能。通表面活性剂不同的性能。元素表面活性剂元素表面活性剂氟原子具有最高电负性；氟原
22、子具有最高电负性；F-C键有高的键能、短的键长。键有高的键能、短的键长。具有具有“三高三高”、“两憎两憎”憎憎水、水、憎憎油油例如：聚四氟乙烯的表面上，不仅水不能铺展，碳氢油也不能铺展。高高表面活性、表面活性、高高热稳定性、热稳定性、高高化学惰性化学惰性(耐强酸、耐强酸、强碱强碱抗氧化抗氧化)塑料王塑料王氟表面活性剂氟表面活性剂高高 效效 稳稳 定定CCFFFFn高分子表面活性剂高分子表面活性剂3.合成高分子表面活性剂合成高分子表面活性剂聚乙烯醇、聚丙烯酸盐、聚丙烯酰聚乙烯醇、聚丙烯酸盐、聚丙烯酰胺胺2.部分合成高分子表面活性剂部分合成高分子表面活性剂羧甲基纤维素、羧甲基淀粉羧甲基纤维素、羧甲
23、基淀粉1.天然高分子表面活性剂天然高分子表面活性剂阿拉伯树胶、皂、蛋白质（大豆蛋白、牛乳）阿拉伯树胶、皂、蛋白质（大豆蛋白、牛乳）与普通的低分子表面活性剂相比，高分子与普通的低分子表面活性剂相比，高分子量表面活性剂的表面活性一舱量表面活性剂的表面活性一舱较低较低，所以常，所以常用作用作分散剂分散剂、防垢剂防垢剂、絮凝剂絮凝剂等。等。生物表面活性剂生物表面活性剂 生物表面活性剂是指由生物表面活性剂是指由细菌、酵母细菌、酵母和和真菌真菌等多种微生等多种微生物产生的具有物产生的具有表面活性剂表面活性剂特征的化合物。特征的化合物。微生物在代谢过程中常分泌出一些具有表面活性的微生物在代谢过程中常分泌出一
24、些具有表面活性的代谢产物。如代谢产物。如简单脂类简单脂类、复杂脂类复杂脂类或或类脂衍生物类脂衍生物。在这些物质分子中存在着在这些物质分子中存在着非极性的疏水基团非极性的疏水基团和和极性的亲水基团极性的亲水基团。用微生物制取的表面活性剂产物易于被生物用微生物制取的表面活性剂产物易于被生物完全降解、无毒性完全降解、无毒性，在生态学上是，在生态学上是安全安全的的根据根据亲水基亲水基的类别可分为的类别可分为 糖脂系列糖脂系列酰基缩氨酸系列酰基缩氨酸系列 磷脂系列磷脂系列脂肪酸系列脂肪酸系列 用用废弃的油废弃的油培养微生物，培养微生物，能加速其分解能加速其分解，同时，同时能制取的表面活性剂能制取的表面活
25、性剂同时解决了炼油厂的污染问题同时解决了炼油厂的污染问题又能得到性能很好的表面活性剂又能得到性能很好的表面活性剂v废弃油的处理废弃油的处理冠醚和开链冠醚型表面活性剂冠醚和开链冠醚型表面活性剂冠醚冠醚相转移相转移催化剂催化剂对不同的阳离子有对不同的阳离子有选择性络合选择性络合模拟生物膜模拟生物膜 传输传输开链冠醚开链冠醚柔曲性好、柔曲性好、金属离子络合，金属离子络合，相转移催化剂、萃取剂相转移催化剂、萃取剂5.其他分类方法其他分类方法水溶性的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 广泛应用于洗涤、医药、石油、食品、农广泛应用于洗涤、医药、石油、食品、农业等各个领域。业等各个领域。不同种类的表面活性剂往往具有独特功能，不同种类的表面活性剂往往具有独特功能，再通过相互间的复配更加增强了润湿、分散、再通过相互间的复配更加增强了润湿、分散、乳化、增溶、起泡、消泡、保湿、润滑、洗涤、乳化、增溶、起泡、消泡、保湿、润滑、洗涤、渗透、杀菌、防腐等功能的应用。渗透、杀菌、防腐等功能的应用。
