表面活性剂化学知识点

表面活性剂化学第一讲表面活性剂概述1、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。2、表面张力：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-1。影响纯物质的γ的因素(1)物质本身的性质（极性液体比非极性液体大，固体比液体大）(2)与另一相物质有关。纯液体的表面张力是指与饱和了其本身蒸汽的空气之间的界面张力。(3)与温度有关：一般随温度升高而下降．(4)受压力影响较小．3、表面活性剂的分子结构特点“双亲结构”亲油基：一般是由长链烃基构成，以碳氢基团为主亲水基：一般为带电的离子基团和不带电的极性基团疏水基的疏水性大小：脂肪烷基＞脂肪烯基＞脂肪烃-芳基＞芳基＞带有弱亲水基的烃基。相同的脂肪烃疏水性强弱顺序：烷烃＞环烷烃＞烯烃＞芳香烃。从HLB值考虑，亲水基亲水性的大小排序：－SO4Na、－SO3Na、－OPO3Na、－COONa、—OH、—O－4、离子表面活性剂（一）阴离子表面活性剂：起表面活性作用的部分是阴离子。1）高级脂肪酸盐：①通式：(RCOO)n-Mn+脂肪酸盐②分类：一价金属皂(钾、钠皂)；二价或多价皂(铅、钙、铝皂)；有机胺皂(三乙醇胺皂)③性质：具有良好的乳化能力，易被酸及多价盐破坏，电解质使之盐析。④应用：具有一定的刺激性，只供外用。2）硫酸化物：①通式：R-OSO3-M+②分类：硫酸化油(硫酸化蓖麻油称土耳其红油)；高级脂肪醇硫酸脂(十二烷基硫酸钠)。③性质：可与水混溶，为无刺激的去污剂和润湿剂；乳化性很强，稳定、耐酸、钙，易与一些高分子阳离子药物发生沉淀。④应用：代替肥皂洗涤皮肤；有一定刺激性，主要用于外用软膏的乳化剂。有时也用于片剂等固体制剂的润湿剂或增溶剂。3）磺酸化物：①通式：R·SO3-M+②分类：脂肪族磺酸化物，如二辛玻珀酸脂磺酸钠；烷基芳基磺酸化物，如十二烷基苯磺酸钠，常用洗涤剂；烷基苯磺酸化物；胆酸盐，如牛磺胆酸钠。③性质：水溶性,耐酸、钙、镁盐性比硫酸化物差,不易水解。④应用：用作胃肠脂肪的乳化剂和单脂肪酸甘油酸的增溶剂；较好的洗涤剂。（二）阳离子表面活性剂：起作用的是阳离子，亦称阳性皂。1）结构：含有一个五价氮原子。2）特点：水溶性大，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3）应用：杀菌；防腐；皮肤、粘膜手术器械的消毒。4）常用药物：①苯扎氯铵(洁尔灭)；②苯扎溴铵(新洁尔灭)（三）两性离子表面活性剂分子结构上同时具有正负电荷基团的表面活性剂，随介质的pH可成阳或阴离子型。极性头8－18C长链烷基等非极性基团常用品种：卵磷脂、氨基酸型和甜菜碱型两性离子型表面活性剂。最大优点：适用于任何PH溶液，在等电点时也无沉淀。性质：碱性水溶液中呈阴离子性质，起泡性良好、去污力亦强；酸性水溶液中呈阳离子性质，杀菌力很强，毒性小。5、非离子表面活性剂：在水溶液中不解离。1）结构组成：亲水基多为聚氧乙烯基构成，由所含氧乙烯基数目控制其亲水性。稳定性高，与其他类型表面活性剂相容性好，可混合使用①亲水基团(甘油、聚乙二醇、山梨醇)；②亲油基团(长链脂肪酸、长链脂肪醇、烷基或芳基)；③酯键、醚健2）性质：毒性，溶血作用较小，化学上不解离，不易受电解质，pH值的影响；能与大多数药物配伍，应用广泛（外用、内服、注射）。6、亲水亲油平衡对非离子型的表面活性剂，HLB的计算公式为：例如：石蜡无亲水基，所以HLB=0；聚乙二醇，全部是亲水基，HLB=20。其余非离子型表面活性剂的HLB值介于0～20之间。根据需要，可根据HLB值选择合适的表面活性剂。例如：HLB值在2～6之间，可作油包水型的乳化剂；8～10之间作润湿剂；12～18之间作为水包油型乳化剂。HLB值02468101214161820||———||——||——||——||石蜡W/O乳化剂润湿剂洗涤剂增溶剂||————|聚乙二醇O/W乳化剂7、表面活性的表征１）胶团化能力：临界胶团浓度(cmc)浓度范围，开始大量形成胶团cmc越小，越容易自聚２）表面张力降低的量度(1)降低溶剂表面张力至一定值时，所需表面活性剂的浓度：效率(2)表面张力降低所能达到的最大程度：能力8、表面活性剂的基本功能9、表面活性剂的用途１）工业清洗２）工业助剂（一）阴离子型水溶性的：疏水基是直链型的主要用作洗涤剂，清洁剂，憎水基是支链型的则作为渗透剂，润湿剂及纤维印染助剂使用（二）阳离子型抗静电剂，纤维的柔软剂，选矿中的捕获剂或是浮选剂，金属制品的缓蚀剂等，也可用于防霉和杀菌．（三）两性型抗静电，纤维柔软，特种洗涤剂以及香波，化妆品等．HLB值=亲水基质量亲水基质量+憎水基质量×100/5表面活性剂在表（界）面上吸附，形成吸附膜（一般是单分子膜）降低表（界）面张力，改变体系表（界）面的物理化学性质起泡、消泡、乳化、破乳、分散、絮凝、润湿、铺展、渗透、润滑、抗静电、杀菌等表面活性剂在溶液内部自聚形成多种类型的分子有序组合体增溶作用胶团催化、形成微乳状液、作为间隔化反应介质和微反应器、药物载体、洗涤等表面活性剂分子有序组合体质点大小或聚集分子层厚度接近纳米级可作为制备超细微粒的模板（模板功能）表面活性剂的特性（四）非离子型各种复配剂型表面活性剂的生产．思考题表面活性剂的定义是什么？简述其分类方法。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。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。比较传统的定义：具有两亲结构能明显降低水的表面张力的有机化合物，称为表面活性剂．如肥皂，液体洗涤剂中的活性成份：烷基苯磺酸钠，卵磷脂等．表面活性剂的分类１．按亲水基分类：表面活性剂一般是以其亲水基团结构来分类的，其中注意的是两性型表面活剂是指分子带有两个亲水基团，一个带正电，一个带负电；混合型：RO-为疏水基团,以烷基醇、烷基酚居多,也可以是烷基羟酸、烷基酰胺等;(-CH2CH2O-)n为聚氧乙烯链,属非离子亲水基,n为聚合加成数;-DM为阴离子盐基,属阴离子亲水基,D主要为-SO3-、-PO32-等酸根离子,M主要为Na+、K+等金属离子或乙醇胺类。两性表面活性剂：R-NHCH2-CH2COOH氨基酸型CH3|R-N+-CH2COO-甜菜碱型|CH34、非离子表面活性剂（1）脂肪醇聚氧乙烯醚R-O-(CH2CH2O)nH，俗称平平加系列，具良好湿润性能(2)烷基酚聚氧乙烯醚R-(C6H4)-O(C2H4O)nH，俗称OP系列，化学性质稳定，抗氧化性能强(3)聚氧乙烯烷基酰胺R-CONH(C2H4O)nH，常用作起泡剂、增粘剂(4)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。具有低毒的特阴离子表面活性剂R–COONa羧酸盐R–SO3Na磺酸盐R–OSO3Na硫酸盐R–OP(O)(ONa)2磷酸盐表面活性剂离子型表活剂非离子型表活剂两性表活剂阴离子型表活剂阳离子型表活剂混合型表活剂小极性头大极性头如RN+H2CH2COO-如RSO4-Na+如RN+(CH3)3X-RN+(CH3)2OH如RSOCH3如R（OC2H4)nOH２．按疏水基分类碳氢表面活性剂氟表面活性剂硅表面活性剂聚氧丙烯点，广泛用于医药工业、食品工业以及生化实验。３．其他分类方法：A．从应用功能出发B．溶解特性C．分子量大小D.普通表面活性剂．特种表面活性剂．合成表面活性剂．天然表面活性剂．生物表面活性剂什么是界面？什么是表面？界面和表面有何联系？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。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。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。表面活性剂的结构特点是什么？（见3）第二讲表面活性剂作用原理1、胶束表面活性剂是两亲分子。溶解在水中达一定浓度时，其非极性部分会自相结合，形成聚集体，使憎水基向里、亲水基向外，这种多分子聚集体称为胶束。随着亲水基不同和浓度不同，形成的胶束可呈现棒状、层状或球状等多种形状。胶束：表面活性剂分子三三两两聚集在一起、憎水基靠在一起，形成的小胶团。2、临界胶束浓度简称CMC——表面活性剂形成胶束的最低浓度1）定义：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。此时，表面活性剂分子在表面饱和，表面张力降低到最低值2）影响CMC的因素①表面活性剂的结构：主要包括表面活性剂的碳氢链链长（C↑，CMC↓），碳氢链分支数目（分支多，烃链间作用力↓，CMC↑）、极性基位置（极性基位于烃链中间，CMC↑）、碳氢链中其它取代基（烃链中有极性基团时，CMC↑）、亲水基团（CMC离子CMC非离子）②外部条件：温度（T↑，CMC非离子↓）临界胶团浓度的影响因素(1)表面活性剂类型：在疏水基相同的情况下，离子型表面活性剂的cmc比非离子型表面活性剂的大，大约要有1-2个数量级的差别。(2)疏水基碳氢链长度的影响：同类型的表面活性剂的临界胶团浓度随疏水基增大而降低。这是表面活性剂分子或离子间的疏水相互作用增强的结果。（3）碳氢链分支及极性基位置的影响：在具有同样组成的各种表面活性剂分子异构体中，具有直碳氢链结构的临界胶团浓度最低。（4）碳氢链上其它取代基的影响：疏水基中有不饱和双键或者引入极性基-O-或-OH，临界胶团浓度增大。（5）疏水基化学组成的影响：当表面活性剂碳氢基团的氢被氟所取代时，其临界胶团浓度往往会降低很多。（6）亲水基团的影响：拥有有机反离子的表面活性剂比拥有普通无机反离子的表面活性剂的临界胶团浓度要低。3、单一表面活性剂的HLB值计算例1聚氧乙烯醚类和多元醇类非离子表面活性剂例1求壬基酚聚氧乙烯醚的HLB值。已知壬基酚聚氧乙烯醚的相对分子量为616解：亲水基团的相对分子量（MH）：MH＝（14＋14＋16）×9＝396故：HLB＝MH/M＝(396/616)×20=12.862）多元醇脂肪酸酯类非离子表面活性剂式中S为多元醇酯的皂化值；A为原料脂肪酸的酸值-皂化值S表征了表面活性剂相对分子质量的大小(1克油脂完全皂化时所需要的氢氧化钾的毫克数)。-酸值A代表亲油基的大小(中和1克油中的酸性物质所需氢氧化钾的毫克数为酸值。)酸值过大，说明油品氧化变质严重所以S/A是亲油基质量在表面活性剂质量中所占百分数；1－S/A代表亲水基质量在表面活性剂质量中所占百分数例2，硬脂酸单甘酯的酸值A测得为198，皂化值为161，所以其HLB＝20（1－161/198）＝3.85100表面活性剂分子量亲水基分子量HLBC9H19OCH2CH2OH9)1(20ASHLBCH3CH2COOCH2CHOHCH2OH163）通用的表面活性剂HLB值经验计算式•基团数法该式的意义:在求SAA的HLB值时，可以把SAA的分子分为一些基团，每一个基团对HLB的贡献称为基团数，HLB是各基团贡献之和。例3：太古油的分子式为求其HLB值解：亲水基：一个基团数为1×11；一个－COOH、基团数为1×2.1；一个－O－、基团数为1×1.3亲水基团数之和为：11＋1.3+2.1=14.4亲油基：13个—CH2—、基团数为13×0.475；3个、基团数为3×0.475；一个—CH3为1×0.475亲油基团数之和为（13＋3＋1）×0.475＝8.075太古油的HLB值应为：HLB＝7＋14.4－8.075=13.34、不同HLB值的SAA用途增溶剂：15～18去污剂：13～16O/W乳化剂：8～16润湿剂：7～9W/O乳化剂：3～8消泡剂：1～36、润湿作用润湿是指在固体表面上一种液体取代另一种与