表面活性剂概述讲稿.ppt
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1、表面活性剂概述1第一页,讲稿共六十页哦2.1 表面活性剂的概念表面活性剂的概念 界面(界面(interface)interface)是指两相接触的约是指两相接触的约几个分子厚度几个分子厚度的过渡区的过渡区,若其中一相为气体,这种界面通常称为表,若其中一相为气体,这种界面通常称为表面面(surface)(surface)。1、表面与表面张力表面与表面张力表面与表面张力表面与表面张力 习惯上把液体或固体与空气的界面称为液体或固体习惯上把液体或固体与空气的界面称为液体或固体的表面。的表面。2第二页,讲稿共六十页哦 常见的界面有:气常见的界面有:气-液界面,气液界面,气-固界面,液固界面,液-液界面,
2、液界面,液液-固界面,固固界面,固-固界面。固界面。3第三页,讲稿共六十页哦表面张力表面张力 使液体表面分子向内收缩至最小面积的这种力使液体表面分子向内收缩至最小面积的这种力。液体的表面张力来源于来源于物质的分子或原子间物质的分子或原子间的范德华力。的范德华力。表面张力是由于表表 面分子和液体内部面分子和液体内部 分子所处的环境不分子所处的环境不 一样形成的。一样形成的。4第四页,讲稿共六十页哦 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
3、,就是作用于单位边界上的表面张力。5第五页,讲稿共六十页哦2、表面活性与表面活性剂表面活性与表面活性剂第一类:第一类:第一类:第一类:表面张力在稀浓度时随浓度表面张力在稀浓度时随浓度表面张力在稀浓度时随浓度表面张力在稀浓度时随浓度急剧下降(曲线急剧下降(曲线急剧下降(曲线急剧下降(曲线1 1 1 1):某些物质的加入某些物质的加入量很少时,就可使水的表面张力显量很少时,就可使水的表面张力显著下降著下降;第二类:第二类:第二类:第二类:表面张力随浓度逐渐下降表面张力随浓度逐渐下降表面张力随浓度逐渐下降表面张力随浓度逐渐下降(曲线(曲线(曲线(曲线2 2 2 2););););第三类:第三类:第三
4、类:第三类:表面张力随浓度稍有上升表面张力随浓度稍有上升表面张力随浓度稍有上升表面张力随浓度稍有上升(曲线(曲线(曲线(曲线3 3 3 3)。各种水溶液表面张力与浓度的关系可归结为三类:各种水溶液表面张力与浓度的关系可归结为三类:6第六页,讲稿共六十页哦 如油酸钠就是这样一种物质。7第七页,讲稿共六十页哦表面活性表面活性表面活性表面活性能使溶剂的表面张力降低的性质称为表面活性。能使溶剂的表面张力降低的性质称为表面活性。具有表面活性的物质则称为表面活性物质。具有表面活性的物质则称为表面活性物质。它在加入很加入很少量少量少量少量时即能时即能时即能时即能大大地降低大大地降低溶剂的表面张力溶剂的表面张
5、力溶剂的表面张力溶剂的表面张力(或界面张力),改变体系界面状态,从而产生润湿、(或界面张力),改变体系界面状态,从而产生润湿、(或界面张力),改变体系界面状态,从而产生润湿、(或界面张力),改变体系界面状态,从而产生润湿、乳化、起泡以及增溶等一系列作用,以达到实际应用乳化、起泡以及增溶等一系列作用,以达到实际应用乳化、起泡以及增溶等一系列作用,以达到实际应用乳化、起泡以及增溶等一系列作用,以达到实际应用的要求的要求的要求的要求的一类物质的一类物质。表面活性剂表面活性剂表面活性剂表面活性剂8第八页,讲稿共六十页哦2.2 2.2 表面活性剂的结构、分类及一般性质表面活性剂的结构、分类及一般性质1、
6、表面活性剂的结构、表面活性剂的结构表面活性剂分子表面活性剂分子 非极性亲油基团(烃非极性亲油基团(烃链)链)极性亲水基团极性亲水基团两亲分子;两亲分子;不对称、极性;不对称、极性;9第九页,讲稿共六十页哦亲水基团和亲油基团亲水基团和亲油基团 亲水基亲水基是容易溶于水或容易被水所润湿的原子团,是容易溶于水或容易被水所润湿的原子团,如磺酸基、羧基、硫酸酯基、羟基、氨基等如磺酸基、羧基、硫酸酯基、羟基、氨基等;亲亲油油基基又又称称疏疏水水基基、憎憎水水基基,由由烃烃链链(CH2)n-组组成成,链链有有长长有有短短,有有的的具具有有支支链链,或或者者被被杂杂原原子子或或环环状状原原子子团所中断:团所中
7、断:-(CH2)n-O-(CH2)m-,(CH2)n-Ph10第十页,讲稿共六十页哦亲油基对油有亲合性。可分为以下几类亲油基对油有亲合性。可分为以下几类:直链烷基直链烷基支链烷基支链烷基烷基苯基烷基苯基烷基萘基烷基萘基长链全氟或高氟代烷基长链全氟或高氟代烷基全氟聚氧丙烯基(低分子量)全氟聚氧丙烯基(低分子量)高分子量聚氧丙烯基高分子量聚氧丙烯基聚硅氧烷基聚硅氧烷基C17H35R11第十一页,讲稿共六十页哦2、表面活性剂的分类、表面活性剂的分类 一般以一般以亲水基团的结构亲水基团的结构为依据。为依据。表面活性剂可如下归类:表面活性剂可如下归类:阳离子型阳离子型阴离子型阴离子型两性型两性型离子型离
8、子型非离子型非离子型表面活性剂表面活性剂12第十二页,讲稿共六十页哦 阴离子表面活性剂阴离子表面活性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;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,主要用作乳化剂、分散剂、润湿剂等,大多用作洗涤剂化剂、分散剂、润湿剂等,大多用作洗涤剂13第十三页,讲稿共六十页哦(1)(1)羧酸盐羧酸盐 RCOO RCOO(2)(2)例如:例如:肥皂中的表面活性成分肥皂中的表面活性成分硬脂酸钠硬脂酸钠等等(2)(2)磺酸盐磺酸盐 R-SO3 例如:例如:洗衣粉中的
9、洗衣粉中的十二烷基苯磺酸钠十二烷基苯磺酸钠(ABS)(ABS)等等(3)(3)硫酸酯盐硫酸酯盐 R-OSO R-OSO3 3 (4)(4)磷酸酯盐磷酸酯盐 R-OPO R-OPO3 32 214第十四页,讲稿共六十页哦 阳离子表面活性剂阳离子表面活性剂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工工业业上上的的阳阳离离子子表表面面活活性性剂剂都都是是有有机机氮氮化化合合物物的的衍衍生生物物,水水溶溶性大,在酸性和碱性溶液中较稳定性大,在酸性和碱性溶液中较稳定,具有良好的表面活性和杀菌作用;具有良好的表面活性和杀菌作用;15第十五页,讲稿共六十页哦(1)(1)伯胺
10、盐伯胺盐 R-NH3 (2)(2)季铵盐季铵盐 CH3|例如例如 C16H33-N+-CH3Br|CH3 十六烷基溴化铵十六烷基溴化铵(俗称俗称1631)1631)(3)(3)吡啶盐吡啶盐 例如例如 C C1212H H2525(NC(NC5 5H H5 5)+16第十六页,讲稿共六十页哦 非离子表面活性剂非离子表面活性剂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;17第十七页,讲稿共六十页哦(1)脂肪醇脂肪醇聚氧乙烯醚聚氧乙烯醚 R-O-(CH2CH2O)nH(2)(2)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
11、 R-(C6H4)-O(C2H4O)nH 俗称俗称 OP OP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及其聚氧乙烯加成物Span类 及 Tween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 常用作起泡剂、增粘剂 SpanTween18第十八页,讲稿共六十页哦 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,不易受强电解质无机盐,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;类存在的影响,也不易
12、受酸碱的影响;与其它类型表面活性与其它类型表面活性剂的相容性好剂的相容性好;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、以及起泡、洗涤、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,且无毒稳泡、抗静电等作用,且无毒;广泛用作纺织业、化妆品、食品、药物等的乳化广泛用作纺织业、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及洗剂、消泡剂、增稠剂,以及医疗方面的杀菌剂以及洗涤、润湿剂等。涤、润湿剂等。19第十九页,讲稿共六十页哦 两性表面活性剂两性表面活性剂同时具有阴离子、阳离子或同时具有非离子和阴离
13、同时具有阴离子、阳离子或同时具有非离子和阴离子的、有两种离子性质的表面活性剂;子的、有两种离子性质的表面活性剂;结构上同时存在性质相反的离子,在结构上同时存在性质相反的离子,在H溶液中溶液中呈阳离子表面活性,在碱性溶液中呈阴离子表面活呈阳离子表面活性,在碱性溶液中呈阴离子表面活性,在中性溶液中呈非离子表面活性性,在中性溶液中呈非离子表面活性;氨基酸型:氨基酸型:R-NH+2-CH2CH2COO甜菜碱型:甜菜碱型:R-N+(CH3)2-COO20第二十页,讲稿共六十页哦(1)氨基酸型氨基酸型 R-NH2CH2-CH2COO 洗涤性能良好,常作为特殊洗涤剂洗涤性能良好,常作为特殊洗涤剂(2)(2)
14、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21第二十一页,讲稿共六十页哦-由于其特殊结构,具有许多优异性能,如良好的去由于其特殊结构,具有许多优异性能,如良好的去污、起泡和乳化性能,耐硬水性好,对酸碱和多种金属污、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,具有抗静电、杀菌、防腐蚀等使用性离子都比较稳定,具有抗静电、杀菌、防腐蚀等使用性能,特别是其能,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良好的生物降解性能性能,使其在日用化学品应用中前景广阔。同时在纺织、,使其在日用化学品应用中前景
15、广阔。同时在纺织、印染、化纤、除锈方面都有相当用途。印染、化纤、除锈方面都有相当用途。22第二十二页,讲稿共六十页哦2.2 表面活性剂应用原理表面活性剂应用原理2.2.1 界面吸附和形成胶束界面吸附和形成胶束 当表面活性剂溶于水时,其亲水基有进入溶液中的当表面活性剂溶于水时,其亲水基有进入溶液中的倾向,而疏水基有趋向离开水而伸向空气中。结果使表倾向,而疏水基有趋向离开水而伸向空气中。结果使表面活性剂分子在两相界面上发生相对聚集。面活性剂分子在两相界面上发生相对聚集。表面活性剂在界面上发生相对聚集的这种现象即称表面活性剂在界面上发生相对聚集的这种现象即称为为“吸附吸附”.23第二十三页,讲稿共六
16、十页哦(b b)浓度相对升高,很快地聚集到水)浓度相对升高,很快地聚集到水表面上,即表面上,即表面吸附量大为增加表面吸附量大为增加、空气和水的接触相对减少,水表面空气和水的接触相对减少,水表面张力下降。张力下降。(a a)是极稀溶液,界面上没聚)是极稀溶液,界面上没聚集很多的表面活性剂,空气和集很多的表面活性剂,空气和水直接接触,水的表面张力下水直接接触,水的表面张力下降不多,降不多,接近于纯水的状态接近于纯水的状态。24第二十四页,讲稿共六十页哦(c)表面活性剂浓度逐渐升高,表面活性剂毫无间隙地密集于液面上,形成了单分子吸附膜。空气与水处于完全隔离状态,表面吸附达饱和。在溶液内部,增加表面活
17、性剂,先是三三两两以疏水基互相靠拢,形成球形胶束的最初形式。水表面张力急剧下降。25第二十五页,讲稿共六十页哦2.2.2 胶束及临界胶束浓度胶束及临界胶束浓度 两两亲亲分分子子溶溶解解在在水水中中达达一一定定浓浓度度时时,其其非非极极性性部部分分会会互互相相吸吸引引,从从而而使使得得分分子子自自发发形形成成有有序序的的聚聚集集体体,使使憎憎水水基基向向里里、亲亲水水基基向向外外,减减小小了了憎憎水水基基与与水水分分子子的的接接触触,使使体体系系能能量量下下降降,这这种种多多分分子子有有序聚集体称为胶束。序聚集体称为胶束。随着亲水基不同和浓度不同,形成的胶束可呈现随着亲水基不同和浓度不同,形成的
18、胶束可呈现棒状棒状、层状或球状等层状或球状等多种形状。多种形状。胶束胶束26第二十六页,讲稿共六十页哦球形胶束球形胶束27第二十七页,讲稿共六十页哦棒状胶束棒状胶束28第二十八页,讲稿共六十页哦层状胶束层状胶束29第二十九页,讲稿共六十页哦脂质双层与细胞膜脂质双层与细胞膜30第三十页,讲稿共六十页哦临界胶束浓度临界胶束浓度(critical micelle concentration)临界胶束浓度简称临界胶束浓度简称CMCCMC 表面活性剂在溶液中表面活性剂在溶液中开始开始形成胶束的最低浓度称为临界形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度。胶束浓度。在在CMCCMC附近,表面活性剂溶液的许多性质都会
19、出现转折,如表附近,表面活性剂溶液的许多性质都会出现转折,如表面张力、电导率、去污能力等面张力、电导率、去污能力等.31第三十一页,讲稿共六十页哦表面活性剂浓度变大表面活性剂浓度变大C CMC溶液中的分子的憎水基溶液中的分子的憎水基相互吸引,分子自发聚相互吸引,分子自发聚集,形成球状、层状胶集,形成球状、层状胶束,将憎水基埋在胶束束,将憎水基埋在胶束内部内部32第三十二页,讲稿共六十页哦 可以利用测可以利用测定表面张力,电定表面张力,电导率等方法达到导率等方法达到测定临界胶束浓测定临界胶束浓度目的度目的;表表面面活活性性剂剂水水溶溶液液其其浓浓度度只只有有稍稍高高于于其其CMC值值时时,才才能
20、能充充分分显示其作用。显示其作用。CMC33第三十三页,讲稿共六十页哦-与表面活性剂降低水的表面张力基本性质直接相关的与表面活性剂降低水的表面张力基本性质直接相关的效用有:效用有:润湿、渗透、乳化、分散、润湿、渗透、乳化、分散、增溶、发泡、消泡和洗涤作用;增溶、发泡、消泡和洗涤作用;-与表面活性剂降低水的表面张力基本性质间接相与表面活性剂降低水的表面张力基本性质间接相关的效用有:关的效用有:平滑、柔软、匀染、平滑、柔软、匀染、抗静电、杀菌、防锈抗静电、杀菌、防锈34第三十四页,讲稿共六十页哦2.2.3 界面电荷界面电荷扩散双电层扩散双电层 在在分分散散相相粒粒子子带带电电的的情情况况下下,加加
21、入入离离子子型型表表面面活活性性剂剂,由由于于界界面面吸吸附附而而产产生生界界面面电电荷荷的的变变化化,形形成成扩扩散散双双电电层层,对对接接触触角角、界界面面张张力力等等界界面面现现象象或或者者分分散散体体系系特特有有的的凝聚凝聚和和分散分散、沉降沉降、扩散扩散等具有重要地位;等具有重要地位;35第三十五页,讲稿共六十页哦如固液界面固液界面:固相表面因为固相表面因为本身本身电离电离或或吸附溶液中的吸附溶液中的离子离子而带电,在其周而带电,在其周围必吸引着与其电性围必吸引着与其电性相反、电量相等的离相反、电量相等的离子;在界面上形成子;在界面上形成紧紧密层密层和和扩散层扩散层,构成,构成扩扩散
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