表面活性剂.ppt
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1、表面活性表面活性剂1、定、定义将少量物将少量物质加到溶加到溶剂(溶液溶液)中即可中即可显著降低著降低溶溶剂(溶液溶液)的表的表(界界)面面张力,使体系的表力,使体系的表(界界)面面状状态发生明生明显变化。化。2、分、分类2.1按表面活性按表面活性剂在水中的在水中的电离情况分离情况分类(A)阴离子型表面活性)阴离子型表面活性剂(B)阳离子型表面活性)阳离子型表面活性剂(C)非离子型表面活性)非离子型表面活性剂(D)两性)两性类表面活性表面活性剂使用:一般阴离子型、阳离子型表面活性使用:一般阴离子型、阳离子型表面活性剂不可同不可同时混用混用 表表1-表面活性表面活性剂的主要的主要亲水水亲油基油基团
2、亲油基油基团亲水基水基团烃基基 R羧酸基酸基-COONa烷丙丙烃基基羟基基-OH烷苯基苯基磺酸基磺酸基-SO3Na脂肪酸基脂肪酸基 R-COO-硫酸基硫酸基-OSO3Na脂肪酸脂肪酸酰胺基胺基R-CONH-磷酸基磷酸基脂肪族醇基脂肪族醇基R-O氨基氨基脂肪族胺基脂肪族胺基R-NH-睛基睛基-CN烷基基马来酸来酸酯硫代基硫代基-SH烷基基酮基基R-CO-CH2-卤基基-Cl,-Br等等聚氧丙聚氧丙烯基基-O-(CHCH3CH2-O)n-氧乙氧乙烯基基-CH2-CH2-O-表表-2 表面活性表面活性剂按按亲水基种水基种类分分类 阴离子表面活性阴离子表面活性剂 R-COONa 羧酸酸盐R-OSO3N
3、a 硫酸硫酸酯盐R-SO3Na 磺酸磺酸盐R-O-PO3Na2 磷酸磷酸酯盐非离子表面活性非离子表面活性剂 R-O-(CH2CH2O-)nH 聚氧乙聚氧乙烯型型R-COOCH2C(CH2OH)3 多元醇型多元醇型阳离子表面活性阳离子表面活性剂 R-NH2HCl 伯胺伯胺盐 仲胺仲胺盐 叔胺叔胺盐 季胺季胺盐 两性表面活性两性表面活性剂 R-NHCH2CH2COOH 氨基酸型氨基酸型 甜菜碱型甜菜碱型 2.2 高分子表面活性高分子表面活性剂:通常将分子量在数千以上通常将分子量在数千以上且具有表面活性的物且具有表面活性的物质称称为高分子表面活性高分子表面活性剂2.3 特种表面活性特种表面活性剂(A
4、)有机氟表面活性有机氟表面活性剂:疏水基疏水基为全氟代的全氟代的烷基基(B)有机硅表面活性有机硅表面活性剂:疏水基疏水基为聚二甲基硅氧聚二甲基硅氧链(C)高分子表面活性高分子表面活性剂:天然天然(果胶酸果胶酸钠,羧基淀粉基淀粉,羧甲基甲基纤维素素CMC),合成合成(PVA,聚氧乙聚氧乙烯-聚氧聚氧丙丙烯共聚物共聚物)(D)有机硼表面活性有机硼表面活性剂2.4 生物表面活性生物表面活性剂:利用微生物在一定条件下利用微生物在一定条件下,将某些物将某些物质转化化为具表面活性具表面活性剂特性的代特性的代谢物物.如如:海藻糖脂海藻糖脂,磷脂磷脂类,鼠李糖鼠李糖,蛋白脂蛋白脂-多糖聚合多糖聚合物物3、特征
5、、特征、结构与性构与性质3.1 特征特征两两亲性:性:亲水水亲油性油性溶解性:溶于液相中的某一相溶解性:溶于液相中的某一相界面吸附:达到平衡界面吸附:达到平衡时,其在界面上的其在界面上的浓度要度要大于其作大于其作为溶溶质在溶液整体中的在溶液整体中的浓度度界面定向:在界面上定向排列成分子界面定向:在界面上定向排列成分子层形成胶束:形成胶束:当其在溶当其在溶剂中的中的浓度达到一定度达到一定时,会聚集形成胶束,此会聚集形成胶束,此浓度的极限度的极限值称称为临界胶界胶束束浓度度CMC(Critical Micelle Concentration)多功能性:其溶液通常具有多种复合的功能,多功能性:其溶液
6、通常具有多种复合的功能,如清洗,如清洗,发泡,泡,润湿,乳化,增溶,分散等湿,乳化,增溶,分散等3.2 结构及性构及性质不不对称称结构:构:亲水水亲油基油基团一般分一般分处两端,两端,使其一部分可溶于水而另一部分易自水中逃使其一部分可溶于水而另一部分易自水中逃逸。逸。疏水基疏水基团:脱离水包:脱离水包围的的趋势,自身互相靠,自身互相靠近并聚集,致使其在水溶液表面上吸附,并近并聚集,致使其在水溶液表面上吸附,并在溶液内部形成胶束。在溶液内部形成胶束。表面表面张力力与与lgC:作:作图可确定可确定CMClgC曲曲线表表面面活活性性剂水水溶溶液液的的浓度度与与表面表面张力的关系力的关系 C(浓度)(
7、表面张力)4、相关物性、相关物性4.1 表面表面张力:力:单位面位面积的表面自由能的表面自由能。水中加入表面。水中加入表面活性活性剂后,表面后,表面张力迅速下降,开始力迅速下降,开始时表面表面张力随力随其其浓度增加而急度增加而急剧下降,以后下降,以后则大体保持平衡。大体保持平衡。4.2 胶束:表面活性胶束:表面活性剂在超在超过一定一定浓度范度范围后急速聚集,后急速聚集,形成了所形成了所谓的胶束分子或离子集合体的胶束分子或离子集合体。4.3 显效点效点(Krafft Point):离子型表面活性离子型表面活性剂在水中在水中的溶解度在低温的溶解度在低温时只随温度的升高只随温度的升高缓慢增加慢增加,
8、温度升温度升至某一至某一值后后,溶解度迅速增大溶解度迅速增大,此点此点为-。该点的点的浓度度为该温度下的温度下的CMC。4.4 浊点点(Cloud Point):缓慢加慢加热非离子表面活性非离子表面活性剂的透明水溶液,当表面活性的透明水溶液,当表面活性剂开始析出,溶液呈开始析出,溶液呈现浑浊时的温度。故的温度。故非离子表面活性非离子表面活性剂在在浊点以上不点以上不溶于水,而在溶于水,而在浊点以下溶于水点以下溶于水。4.5 亲水水亲油平衡油平衡值HLB(HYDROPHILIC-LIPOPHILIC BALANCE)值表面活性表面活性剂的的亲水水亲油部分有适当的平衡比例油部分有适当的平衡比例表面活
9、性表面活性剂在界面上形成相当在界面上形成相当结实的吸附膜与其的吸附膜与其亲水水亲油部分的大小比例有关。油部分的大小比例有关。若将若将HLB作作为结构因子的构因子的总和来和来处理,把表面活性理,把表面活性剂结构分解成一些基构分解成一些基团,每一基,每一基团对HLB值均有确均有确定的定的贡献:献:HLB=7+(亲水的基水的基团数)数)-(亲油的基油的基团数)数)其中其中亲水的基水的基团数,数,亲油的基油的基团数可数可查相关手册相关手册对只有只有-(C2H4O)n-为亲水基的非离子表面活性水基的非离子表面活性剂HLB=E/5(E为表面活性表面活性剂中中C2H4O 质量百分数)量百分数)阴阳离子型表面
10、活性阴阳离子型表面活性剂的的HLB在在140之之间非离子型表面活性非离子型表面活性剂的的HLB在在10之之间5、表面活性、表面活性剂的的应用用5.1 润湿:固体表面和液体表面接触湿:固体表面和液体表面接触时,原来的固,原来的固-气界面消失,形成新的固气界面消失,形成新的固-液界面。液界面。5.2 渗透作用:渗透作用:借助表面活性借助表面活性剂向物体内部向物体内部进行渗行渗透。透。5.3 乳化作用:乳化作用:互不相溶的两种液体以微小粒子分互不相溶的两种液体以微小粒子分散于另一种液体中的散于另一种液体中的现象叫乳化象叫乳化。表面活性。表面活性剂向油水界面吸附,疏水基一端溶入油中,向油水界面吸附,疏
11、水基一端溶入油中,亲水水基一端留在水中,定向排列成一基一端留在水中,定向排列成一层保保护层,降,降低了油水两相界面上的界面低了油水两相界面上的界面张力,降低了油在力,降低了油在水中分散所需要的功,达到油与水乳化的目的。水中分散所需要的功,达到油与水乳化的目的。5.4 增溶:也叫加溶,增溶:也叫加溶,表面活性表面活性剂能使某些能使某些难溶或溶或不溶于水的有机物在水中的溶解度不溶于水的有机物在水中的溶解度显著提高著提高。此。此现象是当象是当处于或高于于或高于CMC浓度度时才明才明显表表现出来出来。此此时,胶束内部与液状,胶束内部与液状烃近似,近似,为热力学力学稳定的定的各向同性溶液。各向同性溶液。
12、不同于溶解作用不同于溶解作用,因因为被增溶的有机物是被增溶的有机物是进入表入表面活性面活性剂的胶的胶团中增加溶解的中增加溶解的;也不同于乳化作用也不同于乳化作用,因因为乳化形成的乳化体是外乳化形成的乳化体是外观一般一般不透明、不透明、热力学不力学不稳定体系定体系;而增溶形成的而增溶形成的是是透明、透明、热力学力学稳定、各向同性定、各向同性的溶液。的溶液。苯乳状液的苯乳状液的稳定性定性显著低于苯增溶体系的原因在于:著低于苯增溶体系的原因在于:乳化的苯蒸汽乳化的苯蒸汽压与与纯苯相同;而苯相同;而增溶的苯蒸汽增溶的苯蒸汽显著著低于低于纯苯苯;由化学;由化学势=+RTlnP,乳状液的化学乳状液的化学势
13、大于增溶溶液的化学大于增溶溶液的化学势。5.5 分散作用:分散作用:使固体微粒均匀分散在另一液体内部使固体微粒均匀分散在另一液体内部。5.6 起泡作用:起泡作用:表面活性表面活性剂分子的分子的亲水基向着内部,水基向着内部,疏水基向着外部(空气)排列,最后形成双分子膜疏水基向着外部(空气)排列,最后形成双分子膜结构。构。5.7 洗洗涤作用:作用:表面活性表面活性剂降低表面降低表面张力而力而产生的生的润湿,渗透,乳化,分散,增溶等多种作用的湿,渗透,乳化,分散,增溶等多种作用的综合合结果。果。5.8 浮浮选至少涉及气、液、固三相。至少涉及气、液、固三相。首先是采用能大量起泡的表面起泡首先是采用能大
14、量起泡的表面起泡剂。当在水中通人空气或由于水的当在水中通人空气或由于水的搅动引起空气引起空气进入水中入水中时,表面活性,表面活性剂的憎水端在气的憎水端在气液界面向气泡的空气一液界面向气泡的空气一方定向,方定向,亲水端仍在溶液内,形成了气泡。水端仍在溶液内,形成了气泡。另一种起捕集作用的表面活性另一种起捕集作用的表面活性剂(一般都是阳离子表(一般都是阳离子表面活性面活性剂,也包括脂肪胺),吸附在固体,也包括脂肪胺),吸附在固体矿粉的表面。粉的表面。这种吸附随种吸附随矿物性物性质的不同而有一定的的不同而有一定的选择性。性。其基本其基本原理是利用晶体表面的晶格缺陷。而向外的憎水端部分原理是利用晶体表
15、面的晶格缺陷。而向外的憎水端部分地插入气泡内。地插入气泡内。这样在浮在浮选过程中气泡就可把指定的程中气泡就可把指定的矿粉粉带走,达到走,达到选矿的目的。的目的。起泡剂起泡剂捕集剂捕集剂空气空气空气空气矿石矿石矿石矿石浮选过程示意图浮选过程示意图6、表面活性、表面活性剂派生的性派生的性质及及应用用6.1 纤维的柔的柔软整理整理剂:表面活性表面活性剂的的亲水基被水基被纤维表面吸附表面吸附,疏水基背离疏水基背离纤维表面朝向空气表面朝向空气,使使纤维表表面面间的摩擦力降低的摩擦力降低,因而使人感到因而使人感到纤维柔柔软润滑滑.作作为润滑柔滑柔软剂的表面活性的表面活性剂疏水基具有疏水基具有较长的的链烃结
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