表面活性剂应用导论-第1章表面活性剂概述.ppt
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1、表面活性剂化学表面活性剂化学第一章表面活性剂概述第一章表面活性剂概述2023/5/14表面活性剂应用导论轻化工程专业课轻化工程专业课丁斌丁斌表面活性剂化学表面活性剂化学第一章表面活性剂概述第一章表面活性剂概述2023/5/14表面活性剂应用导论参考文献:表面活性剂合成与工艺,李宗石、徐明新编,轻工业出版社。表面活性剂和洗涤剂制备、性质、应用梁梦兰编著,科学技术文献出版社。表面活性剂应用大全刘程等编著,北京工业大学出版社。表面活性剂化学表面活性剂化学第一章表面活性剂概述第一章表面活性剂概述2023/5/141.表面活性剂概述 6.两性表面活性剂2.表面活性剂的基本原理 7.非离子表面活性剂3.表
2、面活性剂的功能与应用 8.特殊类型的表面活性剂4.阴离子表面活性剂 9.表面活性剂的复配5.阳离子表面活性剂目目 录录:表面活性剂化学表面活性剂化学第一章表面活性剂概述第一章表面活性剂概述2023/5/14表面活性剂应用导论第1章轻化工程专业课轻化工程专业课丁斌丁斌表面活性剂化学表面活性剂化学第一章表面活性剂概述第一章表面活性剂概述2023/5/14第1章 表面活性剂概述1.1 前言1.2 表面张力1.3 表面活性1.4 表面活性分子结构特点1.5 表面活性剂的分类1.6 表面活性剂的国内外发展状况表面活性剂化学表面活性剂化学第一章表面活性剂概述第一章表面活性剂概述2023/5/141.1 前
3、言肥皂洗涤剂润湿剂乳化剂破乳剂分散剂泡沫助推器消泡剂增溶剂表面活性剂化学表面活性剂化学第一章表面活性剂概述第一章表面活性剂概述2023/5/141.1.1 表面活性剂的用途降低表面张力 改善润湿表面允许将乳化油在水中 保持颜料分散提供清洁 润滑油 防止静电 稳定泡沫表面活性剂化学表面活性剂化学第一章表面活性剂概述第一章表面活性剂概述2023/5/141.1.2 表面活性剂概念表面活性剂(surface active agent;surfactant):溶于溶剂后,具有使表面张力显著降低并可明显改变体系的表面状态的物质作用的一类重要的精细化学品。表面活性剂化学表面活性剂化学第一章表面活性剂概述第
4、一章表面活性剂概述2023/5/14第1章 表面活性剂概述1.1 前言1.2 表面张力1.3 表面活性1.4 表面活性分子结构特点1.5 表面活性剂的分类1.6 表面活性剂的国内外发展状况表面活性剂化学表面活性剂化学第一章表面活性剂概述第一章表面活性剂概述2023/5/141.2.1 表面和界面(surface and interface)界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区,若其中一相为气体,这种界面通常称为表面。常见的界面有:气-液界面,气-固界面,液-液界面,液-固界面,固-固界面。严格讲表面应是液体和固体与其饱和蒸气之间的界面,但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。
5、表面活性剂化学表面活性剂化学第一章表面活性剂概述第一章表面活性剂概述2023/5/14表面和界面(surface and interface)常见的界面有:1.气-液界面(液体表面)表面活性剂化学表面活性剂化学第一章表面活性剂概述第一章表面活性剂概述2023/5/14表面和界面(surface and interface)2.气-固界面(固体表面)表面活性剂化学表面活性剂化学第一章表面活性剂概述第一章表面活性剂概述2023/5/14表面和界面(surface and interface)3.液-液界面表面活性剂化学表面活性剂化学第一章表面活性剂概述第一章表面活性剂概述2023/5/14表面和界
6、面(surface and interface)4.液-固界面表面活性剂化学表面活性剂化学第一章表面活性剂概述第一章表面活性剂概述2023/5/14表面和界面(surface and interface)5.固-固界面表面活性剂化学表面活性剂化学第一章表面活性剂概述第一章表面活性剂概述2023/5/141.2.2 液体的表面张力 对于单组分系统,这种特性主要来自于同一物质在不同相中的密度不同;对于多组分系统,则特性来自于界面层的组成与任一相的组成均不相同。表面层分子与内部分子相比,它们所处的环境不同。体相内部分子所受四周邻近相同分子的作用力是对称的,各个方向的力彼此抵销;但是处在界面层的分子,
7、一方面受到体相内相同物质分子的作用,另一方面受到性质不同的另一相中物质分子的作用,其作用力未必能相互抵销,因此,界面层会显示出一些独特的性质。表面活性剂化学表面活性剂化学第一章表面活性剂概述第一章表面活性剂概述2023/5/141.2.2 液体的表面张力 最简单的例子是液体及其蒸气组成的表面。液体内部分子所受的力可以彼此抵销,但表面分子受到体相分子的拉力大,受到气相分子的拉力小(因为气相密度低),所以表面分子受到被拉入体相的作用力。这种作用力使表面有自动收缩到最小的趋势,并使表面层显示出一些独特性质,如表面张力、表面吸附、毛细现象、过饱和状态等。表面活性剂化学表面活性剂化学第一章表面活性剂概述
8、第一章表面活性剂概述2023/5/14 从图看:分子在液相内部移动不需要作工,分子受到液相分子对它的引力要比气相分子对它的引力强,结果就产生了表面层液相分子受到指向液体内部并垂直于界面的引力,我们把单位面积上的引力称之为表面张力。B分子A分子1.2.2 液体的表面张力表面活性剂化学表面活性剂化学第一章表面活性剂概述第一章表面活性剂概述2023/5/14 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,就是作用于单位边界上的表面张力。1.2.2
9、 液体的表面张力表面活性剂化学表面活性剂化学第一章表面活性剂概述第一章表面活性剂概述2023/5/14 在两相(特别是气-液)界面上,处处存在着一种张力,它垂直于表面的边界,指向液体方向并与表面相切。将一含有一个活动边框的金属线框架放在肥皂液中,然后取出悬挂,活动边在下面。由于金属框上的肥皂膜的表面张力作用,可滑动的边会被向上拉,直至顶部。把作用于单位边界线上的这种力称为表面张力,用g 表示,单位是Nm-1。1.2.2 液体的表面张力表面活性剂化学表面活性剂化学第一章表面活性剂概述第一章表面活性剂概述2023/5/14如果在金属线框中间系一线圈,一起浸入肥皂液中,然后取出,上面形成一液膜。(a
10、)(b)由于以线圈为边界的两边表面张力大小相等方向相反,所以线圈成任意形状可在液膜上移动,图(a)。如果刺破线圈中央的液膜,线圈内侧张力消失,外侧表面张力立即将线圈绷成一个圆形,图(b),清楚的显示出表面张力的存在。1.2.2 液体的表面张力表面活性剂化学表面活性剂化学第一章表面活性剂概述第一章表面活性剂概述2023/5/14 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所需要对系统作的可逆功,称为表面功。用公式表示为:1.2.3 液体的表面功表面活性剂化学
11、表面活性剂化学第一章表面活性剂概述第一章表面活性剂概述2023/5/14 此可逆功也就是体系自由能的增量 ,因此 也就是说,为使液体增加单位表面所需做的可逆功,或恒温恒压下增加单位表面积体系自由能的增值,或单位表面上的分子比体积内部同量分子所具有的自由能过剩值,称为表面过剩自由能,简称表面自由能。1.2.3 液体的表面功表面活性剂化学表面活性剂化学第一章表面活性剂概述第一章表面活性剂概述2023/5/14 1.2.4 表面功与表面张力的异同点 异:物理概念、意义不同:异:物理概念、意义不同:2)2)表面张力(通常)指纯物质的表面层分子间实际存表面张力(通常)指纯物质的表面层分子间实际存在着的(
12、收缩)张力。在着的(收缩)张力。单位:单位:N/m,dyn/cm。1)1)表面自由能表示形成单位新表面使体系自由能的增表面自由能表示形成单位新表面使体系自由能的增加,可表示为:加,可表示为:3)3)表面张力和表面自由能分别是用力学方法和热力学表面张力和表面自由能分别是用力学方法和热力学方法研究表面现象时采用的物理量,具有不同的物理方法研究表面现象时采用的物理量,具有不同的物理意义,却又具有相同的量纲。当采用适宜的单位时二意义,却又具有相同的量纲。当采用适宜的单位时二者相同。者相同。表面活性剂化学表面活性剂化学第一章表面活性剂概述第一章表面活性剂概述2023/5/141.2.5 表面张力的测定l
13、自自一一毛毛细细管管滴滴头头滴滴下下液液体体时时,液液滴滴的的大大小小与与液液体体的的表表面面张张力力有有关关,即即表表面面张张力力越越大大,滴滴下下的的液液滴滴也也越大,二者存在关系:越大,二者存在关系:W=2 R f l f 为修正系数,用已知为修正系数,用已知 的液体来的液体来校正;校正;界面边界线:圆周长界面边界线:圆周长 2 R1.滴重法表面活性剂化学表面活性剂化学第一章表面活性剂概述第一章表面活性剂概述2023/5/142.2.毛细管上升法毛细管上升法 l其其原原理理是是当当毛毛细细管管插插入入液液体体时时,管管中中的的弯弯液液面面会会上上升升或或下下降降一一定定的的高高度度h,测
14、测定定h并并按按下下式式计计算算表表面张力。面张力。=1/2Rg(h+R/3)l R为毛细管半径;为毛细管半径;为界面两相的密度差;为界面两相的密度差;g为重力为重力加速度。加速度。1.2.5 表面张力的测定表面活性剂化学表面活性剂化学第一章表面活性剂概述第一章表面活性剂概述2023/5/143.3.圆环法圆环法 圆环平放液面上,测圆环平放液面上,测定圆环被拉离液面所定圆环被拉离液面所需的力。需的力。(f 为修正系数,用已为修正系数,用已知知 的液体来校正)的液体来校正)P=W环环 2 R内内 2 R外外 =W环环 4 R平均平均 1.2.5 表面张力的测定表面活性剂化学表面活性剂化学第一章表
15、面活性剂概述第一章表面活性剂概述2023/5/144.4.最大泡压法最大泡压法 l气泡形成中其底部较偏平气泡形成中其底部较偏平,原因是底部水压原因是底部水压(g h)值稍大些。值稍大些。l用用毛毛细细管管插插入入液液相相表表面面,向向内内吹吹气气(调调节节压压力力P 使使气气泡泡逐逐步步形形成成,越慢越好并破裂)。越慢越好并破裂)。1.2.5 表面张力的测定表面活性剂化学表面活性剂化学第一章表面活性剂概述第一章表面活性剂概述2023/5/14(f 为为修修正正系系数数,用用已已知知 的的液液体体来校正)来校正)PS P P0=2 R f此时,此时,P 应该略大于应该略大于 P0+PS P P0
16、+PS1.2.5 表面张力的测定表面活性剂化学表面活性剂化学第一章表面活性剂概述第一章表面活性剂概述2023/5/145.5.滴外形法滴外形法l对对于于表表面面吸吸附附速速率率很很慢慢的的溶溶液液只只能能采采取取滴滴外外形形法法,上上述述五五种种常常用用的的测测定定表表面面张力的方法则不适用。张力的方法则不适用。1.2.5 表面张力的测定l所谓滴外形法是利用液滴或者气泡的形状与表面张所谓滴外形法是利用液滴或者气泡的形状与表面张力存在一定的关系得特点,测定平衡表面张力及表力存在一定的关系得特点,测定平衡表面张力及表面张力随时间变化的关系。面张力随时间变化的关系。表面活性剂化学表面活性剂化学第一章
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