表面活性剂概述及表面活性剂作用原理.pptx

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1、2023/2/181第1页/共67页2023/2/182第2页/共67页2023/2/183第3页/共67页2023/2/184第4页/共67页2023/2/185第5页/共67页2023/2/186第6页/共67页2023/2/187第7页/共67页2023/2/188第8页/共67页2023/2/189第9页/共67页2023/2/1810指甲油第10页/共67页2023/2/1811香 水第11页/共67页2023/2/18121 消毒杀菌2 腈纶匀染剂3 抗静电剂4 矿物浮选剂5 相转移催化剂6 织物柔软剂食品加工印染金属加工电镀采矿采油第12页/共67页2023/2/1813表面活性

2、剂一词来自英文Surfactant。它实际上是短语Surface（表面）Active（活性）Agent（添加剂）的缩合词。它还有一个名字叫做Tenside。表面活性剂是这样一种物质，它活跃于表面和界面上，具有极高的降低表、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有序组合体，从而具有一系列应用功能。第13页/共67页2023/2/1814 降低表面张力为正吸附，溶质在溶液表面的浓度大于其在溶液本体中的浓度 此溶质为表面活性物质 增加表面张力为负吸附，溶质在溶液表面的浓度小于其在溶液本体中的浓度 此溶质为表面惰性物质 溶入少量就能显著降低表面张力的物质也称表面活性物质或表面活性剂。第1

3、4页/共67页2023/2/1815第15页/共67页2023/2/1816(a)(b)第16页/共67页2023/2/18171.1 表面活性剂分类n n表面活性剂分子表面活性剂分子表面活性剂分子表面活性剂分子 非极性烃链（疏水）非极性烃链（疏水）极性基团（亲水）极性基团（亲水）H2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2COHCH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CO硬脂酸第17页/共67页2023/2/1818阴离子表面活性剂RCOONa羧酸盐R-OSO3Na 硫酸酯盐R-SO3Na磺酸盐R-OPO3Na2磷酸酯盐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按

4、离子类型按离子类型第18页/共67页2023/2/1819阳离子表面活性剂R-NH2HCl伯胺盐 CH3|R-N-HCl仲胺盐|H CH3|R-N-HCl叔胺盐|CH3 CH3|R-N+-CH3Cl-季胺盐|CH3第19页/共67页2023/2/1820两性表面活性剂R-N+HCH2-CH2COO-H 氨基酸型 CH3|R-N+-CH2COO-H 甜菜碱型|CH3第20页/共67页2023/2/1821R-(C6H4)-O(C2H4O)nH烷基酚聚氧乙烯醚非离子表面活性剂R2N-(C2H4O)nH聚氧乙烯烷基胺R-CONH(C2H4O)nH聚氧乙烯烷基酰胺R-COOCH2(CHOH)3H多元醇

5、型R-O-(CH2CH2O)nH脂肪醇聚氧乙烯醚第21页/共67页2023/2/1822按亲水基的结构分类按亲水基的结构分类极性基团：羧酸、磺酸、硫酸、磷酸酯盐、氨基或胺基及其盐（伯、仲、叔、季）鎓盐型（磷、砷、硫、碘化合物）羟基、酰胺基、醚键等。第22页/共67页2023/2/1823按疏水基的种类分类按疏水基的种类分类1.直链烷基2.支链烷基3.烷基苯基4.烷基萘基通常为烃基构成5.松香衍生物6.高分子质量聚氧丙烷基7.长链全氟(或高氟代)烷基8.聚硅氧烷基第23页/共67页2023/2/1824硅表面活性剂氟表面活性剂 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是指碳

6、氧链上的氢（碳）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元素表面活性剂第24页/共67页2023/2/1825高分子表面活性剂3.合成高分子表面活性剂聚乙烯醇、聚丙烯酸盐、聚丙烯酰胺2.部分合成高分子表面活性剂羧甲基纤维素、羧甲基淀粉1.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）第25页/共67页2023/2/1826生物表面活性剂1.糖脂系 鼠李糖脂、海藻糖脂、槐糖脂 2.酰基缩氨酸系 硫放线菌素、脂缩氨酸。由酵母、细菌作用于培养液。生成有特殊结构的表面活性剂第26页/共67页2023/2/1827冠醚型表面活性剂冠醚能与金属多价离子络合作，用作相转移催化剂

7、、萃取剂等 第27页/共67页2023/2/1828其他分类方法其他分类方法 广泛应用于洗涤、医药、石油、食品、农业等各个领域。水溶性的油溶性的低分子量的高分子量的 表面活性剂具有润湿、分散、乳化、增溶、起泡、消泡、保湿、润滑、洗涤、渗透、杀菌、防腐等功能，第28页/共67页2023/2/18291.2 表面活性剂的国内外发展1表面活性剂要易于生物降解，原料可再生，广泛使用后，对环境无污染，对人、畜安全温和。2表面活性剂要高效、多功能，除有清洁作用外，还要 有抑菌、杀菌、滋润皮肤等作用，并应不断开发新用途。3耐硬水、低温洗涤效果好，浓缩的表面活性剂洗涤用品 是一个发展方向，这包括浓缩洗衣粉和浓

8、缩液体洗涤剂。第29页/共67页2023/2/1830表面活性剂的作用原理第二章 第30页/共67页2023/2/18312.1 表面张力与表面活性当任意两相接触时当任意两相接触时,两相之间决非是一个没有厚两相之间决非是一个没有厚度的纯几何面度的纯几何面,而是一个具有相当厚度的过渡区而是一个具有相当厚度的过渡区,这一过渡区通常称之为这一过渡区通常称之为界面界面。若其中一相为气体，这种界面通常称为若其中一相为气体，这种界面通常称为表面表面。但由于历史的原因但由于历史的原因,这两个概念常常混用。这两个概念常常混用。常见的界面有：常见的界面有：气气-液液界面，界面，气气-固固界面，界面，液液-液液界

9、面，界面，液液-固固界面，界面，固固-固固界面。界面。第31页/共67页2023/2/1832气气-液界面液界面第32页/共67页2023/2/1833气气-固界面固界面第33页/共67页2023/2/1834液液-液界面液界面第34页/共67页2023/2/1835液液-固界面固界面第35页/共67页2023/2/1836固-固界面第36页/共67页2023/2/1837表面张力和表面自由能第37页/共67页382023/2/18（a）（b）第38页/共67页392023/2/18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）与总的表面张力大小相

10、等方向相反，则金属丝不再滑动。这时 l是滑动边的长度，因膜有两个面，所以边界总长度为2l，就是作用于单位边界上的表面张力。第39页/共67页402023/2/18 由于表面层分子的受力情况与本体中不同，因此如果要把分子从内部移到界面，或可逆的增加表面积，就必须克服系统内部分子之间的作用力，对系统做功。温度、压力和组成恒定时，可逆使表面积增加dA所需要对系统作的功，称为表面功。用公式表示为：把作用于单位边界线上的这种力称为表面张力，用 表示，单位是N/m。也是增加单位表面积时所必须对系统做的功，单位J/m2第40页/共67页2023/2/1841表面张力的测定1.滴重法W=2Rf=W/2Rf第4

11、1页/共67页2023/2/1842滴落的高速摄影示意图那为什么有个系数呢？第42页/共67页2023/2/18432.毛细管上升法r 毛细管半径界面两相的密度差g 重力加速度h 高度差第43页/共67页2023/2/18443.环法4.吊片法5.最大汽泡压力法6.滴外形法第44页/共67页2023/2/1845浓度12表面活性和表面活性剂 具有第三类曲线的物质才叫表面活性剂。特劳贝规则3第45页/共67页2023/2/1846表面活性剂的结构特点第46页/共67页472023/2/18第47页/共67页482023/2/182.2 表面活性剂胶束胶束的形成第48页/共67页492023/2/

12、18胶束结构示意图第49页/共67页2023/2/1850临界胶束浓度 CMC Critical Micell Concentration表面活性剂在水中随着浓度增大，表面上聚集的活性剂分子形成定向排列的紧密单分子层，多余的分子在体相内部也三三两两的以憎水基互相靠拢，聚集在一起形成胶束，这开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度临界胶束浓度。第50页/共67页512023/2/18 这时溶液性质与理这时溶液性质与理想性质发生偏离，在想性质发生偏离，在表面张力对浓度绘制表面张力对浓度绘制的曲线上会出现转折。的曲线上会出现转折。继续增加活性剂浓度，继续增加活性剂浓度，表面张力不再降低，表面张力不再降

13、低，而体相中的胶束不断而体相中的胶束不断增多、增大。增多、增大。第51页/共67页2023/2/1852临界胶束浓度的测定方法1.表面张力法界面张力仪第52页/共67页2023/2/18532.电导法3.增溶作用法4.染料法第53页/共67页2023/2/18545.光散射法第54页/共67页2023/2/1855影响临界胶束浓度的因素表面活性剂的碳氢链长碳氢链分支 极性基团的位置碳氢链中其它取代基的影响亲水基团的种类疏水链的性质温度离子型 Krafft point非离子型 浊点 cloud point 第55页/共67页2023/2/1856胶束的形状和大小球 状第56页/共67页2023/

14、2/1857第57页/共67页2023/2/1858第58页/共67页2023/2/1859胶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页/共67页2023/2/18602.3 表面活性剂结构与性能的关系表面活性剂的亲水性 HLB亲 水 亲 油 平 衡 值(Hydrophile-Lipophile Balance)表面活性剂分子中亲水和亲油基团对油或水的综合亲合力，是用来表示表面活性剂的亲水亲油性强弱的数值。Griffin第60页/共67页612023/2/18HLB值=亲水基质量亲水基质量+憎水基质量100/5HLB的确定非离子型多元醇脂肪酸酯HLB=20(1-S/A)聚氧乙烯型

15、皂化值不易得到的HLB=(E+P)/5第61页/共67页622023/2/18离子型HLB=(亲水基团HLB)+(亲油基团HLB)+7混合型HLB混合=(HLBi qi)第62页/共67页2023/2/1863 亲油|亲水 HLB值 0 1 3 6 7 8 10 12 13 15 18 20|消泡|润湿剂|增溶剂|石蜡 W/O乳化剂|去污|聚乙二醇|渗透作用|O/W 乳化剂|HLB与表面活性剂应用关系第63页/共67页2023/2/1864亲油基的影响氟代烃基 硅氧烃基 脂肪族烷烃基,环烷烃基 脂肪族烯烃 脂肪族芳香烃 芳香烃 带弱亲水基的烃基疏水性亲水基的影响第64页/共67页2023/2/1865分子形态的影响亲水基的相对位置位于分子中间时湿润性能比较强位于分子末端时去污能力比较强亲油基的支链有分支结构的湿润性和渗透性的较好 去污能力较差亲水基分子第65页/共67页2023/2/1866分子量的影响分子量小的的湿润性和渗透性的较好分子量大的洗涤、分散、乳化能力较好表面活性剂的溶解度表面活性剂的安全性和温和性表面活性剂的生物降解性第66页/共67页2023/2/18表面活性剂化学67感谢您的观看。第67页/共67页