表面活性剂功能与应用.pptx
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1、3.1 增溶作用 Solubilization表面活性剂在水溶液中达到临界胶束浓度后,一些水不溶性或微溶性物质在胶束溶液中的溶解度可显著增加并形成透明胶体溶液,这种作用即增溶作用。增溶作用的定义和特点增溶作用的定义和特点 s/溶解度溶解度C/%没有没有两相界面存在两相界面存在是热力学是热力学稳定体系稳定体系溶液的其他物理性质溶液的其他物理性质没有明显改变没有明显改变。cmc第第2页页/共共78页页第1页/共78页2023/3/302增溶作用的方式增溶作用的方式1 非极性分子在胶束内的增溶非极性分子在胶束内的增溶在胶束内部,在胶束内部,被增容的物质被增容的物质完全处于非极完全处于非极性环境中。性
2、环境中。第第3页页/共共78页页第2页/共78页2023/3/3032 在表面活性剂分子间的增溶在表面活性剂分子间的增溶 分子结构与表面活性剂类似分子结构与表面活性剂类似的极性有机化合物的极性有机化合物栅栏之间栅栏之间甚至拉入内部。甚至拉入内部。第第4页页/共共78页页第3页/共78页2023/3/3043 在胶束表面的吸附增溶在胶束表面的吸附增溶既不溶于水也不溶于油的既不溶于水也不溶于油的小分子极性有机化合物小分子极性有机化合物在胶束表面增容在胶束表面增容第第5页页/共共78页页第4页/共78页2023/3/3054 聚氧乙烯基间的增溶聚氧乙烯基间的增溶以聚氧乙烯基为亲水基的以聚氧乙烯基为亲
3、水基的非离子表面活性剂非离子表面活性剂包裹在胶束外层的长链中包裹在胶束外层的长链中 第第6页页/共共78页页第5页/共78页2023/3/306增溶量:增溶量:100mL已标定的浓度的表面已标定的浓度的表面活性剂溶液中,滴加被增溶物,当达饱活性剂溶液中,滴加被增溶物,当达饱和和开始开始析出时的物质的量(析出时的物质的量(mol)42 1 3第第7页页/共共78页页第6页/共78页2023/3/307增溶作用的主要影响因素增溶作用的主要影响因素表面活性剂的化学结构表面活性剂的化学结构1.非离子型阳离子型 阴离子型2.胶束越大,增溶量越大。3.直链型支链型4.疏水基含有极性基团 第第8页页/共共7
4、8页页第7页/共78页2023/3/308被增溶物的化学结构被增溶物的化学结构温度的影响温度的影响链长、不饱和度、支链、环化程度链长、不饱和度、支链、环化程度有个问题?有个问题?第第9页页/共共78页页第8页/共78页2023/3/309添加无机电解质的影响添加无机电解质的影响有机添加剂的影响有机添加剂的影响添加极性物质添加极性物质:会对另一种极性物质会对另一种极性物质的增容度降低;的增容度降低;添加非极性物质添加非极性物质:会使胶束胀大,有会使胶束胀大,有利于极性有机物的增容。利于极性有机物的增容。第第10页页/共共78页页第9页/共78页增溶作用的应用增溶作用的应用乳液聚合:乳液聚合:开采
5、石油:开采石油:SAS+助剂助剂+油混合搅动形成胶束溶液,能溶解原油。油混合搅动形成胶束溶液,能溶解原油。胶片生产胶片生产洗涤剂洗涤剂第第11页页/共共78页页第10页/共78页3.2 乳化与破乳作用 一种或多种液体以微小液滴状分散到另一种不相混溶的液体中所形成的多相分散体系,称为乳状液。这种形成乳状液的过程称为乳化。液滴粒径液滴粒径(m mm)乳液的外观乳液的外观 1m mm0.1 1m mm0.050.1m mm 0.05 m mm白色乳状液白色乳状液泛蓝光的乳液泛蓝光的乳液灰白半透明液灰白半透明液透明液体透明液体分散相(内相、不连续相)分散介质(外相、连续相)水相/油相第第12页页/共共
6、78页页第11页/共78页乳状液的类型及形成乳状液的类型及形成p 乳状液的类型乳状液的类型1 水包油水包油 O/W2 油包水油包水 W/O3 套圈型套圈型O/W/O、W/O/W 1.稀释法:牛奶可用水稀释,是稀释法:牛奶可用水稀释,是O/W型,原油是型,原油是W/O型,可用油稀释;型,可用油稀释;2.染料法:水溶性染料加入乳液中,溶液显色染料法:水溶性染料加入乳液中,溶液显色O/W型,型,分散液滴显为分散液滴显为W/O.3.电导法电导法:O/W型型,导电性好,导电性好,W/O型导电性差型导电性差4.滤纸湿润法:若迅速铺展,在中心留下油滴,则为滤纸湿润法:若迅速铺展,在中心留下油滴,则为O/W1
7、234p 乳状液的类型的鉴别乳状液的类型的鉴别第第13页页/共共78页页第12页/共78页影响乳状液类型的主要因素影响乳状液类型的主要因素1、相体积(相体积(25.98%74.02%):根据液珠相体积):根据液珠相体积分数可判断乳状液类型分数可判断乳状液类型2、乳化剂的分子结构和性质:易溶于水乳化剂形成乳化剂的分子结构和性质:易溶于水乳化剂形成O/W乳状液乳状液3、乳化器的材质乳化器的材质4、两相的聚结速度两相的聚结速度第第14页页/共共78页页第13页/共78页影响乳状液稳定性的因素影响乳状液稳定性的因素乳化乳化第第15页页/共共78页页第14页/共78页例1、将1g油滴散成半径为1nm 的
8、小油滴(视为球形)其表面积增加了多少倍?解:对大油滴 对小油滴 ()()第第16页页/共共78页页第15页/共78页16影响乳状液稳定性的因素影响乳状液稳定性的因素乳状液属于分散体系,两相间存在巨大的界面积,是热乳状液属于分散体系,两相间存在巨大的界面积,是热力学不稳定体系!力学不稳定体系!乳化乳化第第17页页/共共78页页第16页/共78页影响乳状液稳定性的因素影响乳状液稳定性的因素乳状液属于分散体系,两相间存在巨大的界乳状液属于分散体系,两相间存在巨大的界面积,是热力学不稳定体系!面积,是热力学不稳定体系!p 表面张力:加入表面张力:加入surfactant,降低表面张力,降低表面张力p
9、界面膜的性质:加入足量界面膜的性质:加入足量surfactant,选择直,选择直链结构链结构p 界面电荷界面电荷p 乳状液分散介质的黏度:分散相乳状液分散介质的黏度:分散相大,稳定大,稳定p 固体粉末的加入固体粉末的加入第第18页页/共共78页页第17页/共78页2023/3/3018乳化剂及其选择依据乳化剂及其选择依据合成表面活性剂 高分子化合物天然化合物 固体粉末 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|1、HLB值法值法第第19页页/共共78页页第18页/共78页
10、p 乳化剂与分散相的亲和性。p 乳化剂的配伍作用p 乳化剂体系的特殊要求 食品、化妆品用乳化剂应无毒、无特殊气味。冰淇淋用硬脂酸单甘油醋作乳化剂。雪花膏等则用司潘吐温混合乳化剂p 乳化剂的制造工艺不宜过分复杂,原料来源应丰富;使用要方便。乳化剂及其选择依据乳化剂及其选择依据第第20页页/共共78页页第19页/共78页2、转相温度PIT法(Phase Inversion Temperature)主要针对主要针对 非离子非离子表面活性剂表面活性剂 浊点浊点 Cloud Point 温度高低温度高低 第第21页页/共共78页页第20页/共78页乳化剂的破乳乳化剂的破乳乳状液属于分散体系,两相间存在巨
11、大的界面积,是热乳状液属于分散体系,两相间存在巨大的界面积,是热力学不稳定体系!力学不稳定体系!第第22页页/共共78页页第21页/共78页物理法物理法:离心法离心法 电沉积法电沉积法 超声波法超声波法 过滤法过滤法化学法:破乳剂 顶替作用 湿润作用 絮凝作用破坏界面膜破坏界面膜乳化剂的破乳乳化剂的破乳第第23页页/共共78页页第22页/共78页23乳化和破乳的应用乳化和破乳的应用农药生产、金属加工、沥青乳化农药生产、金属加工、沥青乳化食品、化妆品食品、化妆品原油开采原油开采第第24页页/共共78页页第23页/共78页3.3 润湿功能润湿是固体表面的一种流体被另一种流体所取代的过程。第第25页
12、页/共共78页页第24页/共78页n 固固液界面(润湿作用)液界面(润湿作用)在等温等压条件下,单位面积的液面与固体表面粘附时对外所作的最大功称为粘附功,它是液体能否润湿固体的一种量度。粘附功越大,液体越能润湿固体,液-固结合得越牢。在粘附过程中,消失了单位液体表面和固体表面,产生了单位液-固界面。粘附功就等于这个过程表面吉布斯自由能变化值的负值。第第26页页/共共78页页第25页/共78页粘附功粘附功(work of adhesion)第第27页页/共共78页页第26页/共78页浸湿功浸湿功(work of immersion)等温、等压条件下,将具有单位表面积的固体可逆地浸入液体中所作的最
13、大功称为浸湿功,它是液体在固体表面取代气体能力的一种量度。只有浸湿功大于或等于零,液体才能浸湿固体。在浸湿过程中,消失了单位面积的气、固表面,产生了单位面积的液、固界面,所以浸湿功等于该变化过程表面自由能变化值的负值。第第28页页/共共78页页第27页/共78页浸湿功浸湿功(work of immersion)第第29页页/共共78页页第28页/共78页铺展系数铺展系数铺展系数铺展系数(spreading coefficient)(spreading coefficient)等温、等压条件下,单位面积的液-固界面取代了单位面积的气固界面并产生了单位面积的气液界面,这过程表面自由能变化值的负值称
14、为铺展系数,用S表示。若S0,说明液体可以在固体表面自动铺展。第第30页页/共共78页页第29页/共78页铺展系数铺展系数(spreading coefficient)第第31页页/共共78页页第30页/共78页由于目前还难以从实验上测定固-气与固-液界面张力,所以以上都只是在理论上的分析,在实际工作中不可能作为判断的依据。由于发现润湿现象还与接触角有关,而接触角可以通过实验来测定,因此可以和以上内容相结合,作为解释润湿现象的依据。第第32页页/共共78页页第31页/共78页接触角接触角(contact angle)在气、液、固三相交界点,气-液与固-液界面张力之间的夹角称为接触角,通常用q表
15、示。若接触角大于90,说明液体不能润湿固体,如汞在玻璃表面;若接触角小于90,液体能润湿固体,如水在洁净的玻璃表面。接触角的大小可以用实验测量,也可以用公式计算:第第33页页/共共78页页第32页/共78页接触角接触角(contact angle)lsgANM s-l s-g l-g 接触角的大小由三种接触角的大小由三种界面张力的相对大小界面张力的相对大小决定。决定。使液滴铺开使液滴铺开使液滴收缩使液滴收缩使液滴收缩使液滴收缩Young方程方程:第第34页页/共共78页页第33页/共78页p 接触角接触角(contact angle)YoungYoung方程方程(1 1)完全润湿)完全润湿 时
16、,时,YoungYoung方程不成立,方程不成立,但液体仍然可以在固体表面完全铺展开来;但液体仍然可以在固体表面完全铺展开来;(2 2)润湿)润湿 固体能为液体所润湿;固体能为液体所润湿;第第35页页/共共78页页第34页/共78页接触角接触角(contact angle)(3 3)不润湿)不润湿 固体不能为液体所润湿;固体不能为液体所润湿;YoungYoung方程方程第第36页页/共共78页页第35页/共78页接触角(contact angle)接触角的示意图:第第37页页/共共78页页第36页/共78页2023/3/3037表面活性剂的润湿作用表面活性剂的润湿作用这种借助表面活性剂来润湿物
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- 表面活性剂 功能 应用
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