大学化学第06章-日用化学基础-9-9

2021/1/11第6章日用化学基础Chapter6ConsumerChemistry2021/1/12本章概要6.1表面活性剂基础6.1.1表面活性剂的定义和分类；6.1.2关于表面活性剂的几个参数；6.1.3表面活性剂的作用6.2洗涤剂6.2.1洗涤剂的配方设计；6.2.2肥皂；6.2.3洗衣粉；6.2.4香波6.3毛发洗护6.3.1毛发的结构与作用；6.3.2毛发的染色；6.3.3毛发的定型；6.3.4毛发的洗护6.4皮肤护理6.4.1皮肤的功能与构造；6.4.2皮肤的分类；6.4.3皮肤的常见疾病；6.4.4皮肤的老化与保健；6.4.5皮肤的保护方法；6.4.6护肤用品的成分与功能2021/1/136.5香料与香精6.5.1香味的定义；6.5.2香味与分子结构的关系；6.5.3香料的分类；6.5.4调香中的常用术语；6.5.5香精的调配；6.5.6香气的韵调；6.5.7香精的应用领域复习：12.1~12.4;12.6预习：第13章教材：12.2~12.5作业2021/1/146.1表面活性剂基础6.1.1表面活性剂的定义和分类（界面现象的本质）6.1.1.1表面自由能与表面张力在两相界面上（特别是气-液），处处存在一种表面紧缩力，这种力称为表面张力，它垂直作用于表面上的任意线段，指向液体方向并与表面相切。单位：N/m把内部分子拉到表面上来需对该分子做功，功的单位是J/m2，称为表面自由能。由于J/m2=Nm/m2=N/m，故表面自由能又称为表面张力或界面张力，它们是一个性质的两种表现形式。2021/1/15界面化学：在分子（原子）尺度上研究界面上的物理和化学过程的科学。界面现象：由于界面层分子与内部分子性质不同而引起的在界面上发生的一些行为。常见的表面现象：荷叶上水滴会自动呈球形；肥皂泡呈球形；用洗涤剂能洗净污垢；……2021/1/162021/1/17表面和界面(surfaceandinterface)界面：紧密接触的两相间几个分子厚的过渡区表面：有一相为气体的界面常见的界面有5种：GL液体－气体固体－气体表面（surface)液体－液体液体－固体固体－固体界面（interface)2021/1/181.气-液界面空气4CuSO溶液气-液界面2021/1/192.气-固界面气-固界面2021/1/1103.液-液界面2HOHg液-液界面2021/1/111玻璃板Hg2HO液-固界面4.液-固界面2021/1/1125.固-固界面铁管Cr镀层固-固界面2021/1/113例如：液体及其蒸气组成的表面☻液体内部分子所受力可彼此抵销，但表面分子受液相分子的引力大，受气相分子的引力小，所以，表面分子受到被拉入液相的作用力。☻界面层的分子所受合力不为零，它们比体相内分子具有更高能量。表面分子的能量较高！界面现象的本质：界面层分子所处环境与体相内部分子不同☻由于表面层分子受力不均衡，液滴趋向于呈球形，如，水银珠和荷叶上的水珠收缩为球形。体积相等的立体形状中球形的表面积最小。2021/1/114表面张力在两相界面上（特别是气-液），处处存在一种表面紧缩力，这种力称为表面张力，它垂直作用于表面上的任意线段，指向液体方向并与表面相切。用或表示，单位：N/m2021/1/1156.1.1.2表面活性剂的定义和分类定义：能够吸附在系统（通常是水溶液）表面并定向排列，明显降低液体表面自由能（表面张力）的、具特殊结构的有机化合物称为表面活性剂。结构：同时具有两亲基团（亲水基和亲油基）。其中，亲水基为极性基，亲油基为疏水基或憎水基，常为C8~C18非极性长碳链。如十二烷基磺酸钠C12H25SO4-Na+。SOOOO疏水基亲水基2021/1/116表面活性剂的分类按化学结构分为离子型和非离子型两大类，离子型又可分为阳离子型、阴离子型和两性型表面活性剂。1.离子型2.非离子型表面活性剂显然,阳离子型和阴离子型表面活性剂不能混用，否则可能发生沉淀而失去活性作用。阳离子型阴离子型两性型小极性头大极性头2021/1/117阳离子表面活性剂R-NH2·HCl伯胺盐CH3|R-N-HCl仲胺盐|HCH3|R-N-HCl叔胺盐|CH3CH3|R-N+-CH3Cl-季胺盐|CH32021/1/118两性表面活性剂R-NHCH2-CH2COOH氨基酸型CH3|R-N+-CH2COO-甜菜碱型|CH3阴离子表面活性剂RCOONa羧酸盐R-OSO3Na硫酸酯盐R-SO3Na磺酸盐R-OPO3Na2磷酸酯盐2021/1/119R-(C6H4)-O(C2H4O)nH烷基酚聚氧乙烯醚非离子表面活性剂R2N-(C2H4O)nH聚氧乙烯烷基胺R-CONH(C2H4O)nH聚氧乙烯烷基酰胺R-COOCH2(CHOH)3H多元醇型R-O-(CH2CH2O)nH脂肪醇聚氧乙烯醚2021/1/1206.1.2关于表面活性剂的几个参数6.1.2.1在液体表面上的定向排列当表面活性剂的浓度较低时，表面活性剂一部分分子将自动聚集于表面层，另一部分，分散在水中，憎水基团相互接触，形成简单的聚集体。6.1.2.2胶束的形状增加浓度使表面活性剂在界面的吸附达到饱和时，表面活性剂不能在表面继续富集，而是在溶液本体中，憎水基团端会自相结合，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。2021/1/1216.1.2.3临界胶束浓度(CMC)将形成胶束所需要的最低表面活性剂的浓度称为临界胶束浓度。若继续增加活性剂浓度，表面张力不再降低，只会增加溶液中胶束的数量和大小。形成的胶束可呈球状、棒状、六角棒状直至层状多种形状。2021/1/122表面活性剂都是两亲分子，有不同的亲水和亲油基团，很难用相同的单位来衡量。Griffin（格里芬）提出用HLB值表示表面活性剂的亲水性。对于聚乙二醇型和多元醇型非离子表面活性剂的HLB值计算公式为:Davies（戴维斯）把HLB数目作为结构因子的总和。他把表面活性剂结构分解为一些基因，每个基因对HLB值都有一定的贡献。7加上每个基团HLB值的代数和，可以算出表面活性剂HLB值，即：HLB值=亲水基质量亲水基质量+憎水基质量×100/56.1.2.4亲水亲油平衡值(hydrophilelipophilebalance)HLB=7+Σ(各个基团的HLB值)2021/1/123亲水基团HLB值亲水基团HLB值-SO4Na38.7-CH-COOK21.1-CH2--COONa19.1-CH3-N（叔胺）9.4=CH-}-0.475酯（失水山梨醇环）6.8衍生的基团数目：酯（自由的）2.4-(CH2-CH2-O)-0.33-COOH2.1-(CH2-CH2-CH-O)--0.15-OH（自由的）1.9-O-1.3-OH（失水山梨醇环）0.5一些基团的HLB值2021/1/124推论：(无亲水性能的)石蜡的HLB=0；(完全是亲水基的)聚乙二醇的HLB=20，所以非离子型表面活性剂的HLB介于0～20之间。十二烷基硫酸钠的HLB=7+38.7-12*0.475=40(亲水性能很强的)。①通常表面活性剂的HLB=0~40；②HLB值越小，亲油性越强；HLB值越大，亲水性越强。实践表明：HLB10的表面活性剂是亲水性的；反之是亲油性的。不同HLB值表面活性剂的用途(表6.1)2021/1/1256.1.3表面活性剂的作用6.1.3.1润湿作用与接触角在气、液、固三相交界点，气-液与液-固界面张力之间的夹角，称为接触角，用q表示。2021/1/126气液A固NAN固气液qqg-sg-ll-s在A点，g-s力图使液滴铺展，而g-l和l-s则力图使液滴收缩，平衡时有下列关系lgslsgqcoscosgslsglq接触角可实验测量，也可用该式计算2021/1/127(a)当sg-sl=lg，cosq=1，q=0°，完全润湿。毛细管中上升的液面呈凹形半球。(b)当sg-sllg且sgsl，0cosq1，q90°，固体能被液体润湿。(c)当sgsl，cosq0，q90°，固体不能被液体润湿。如：水银在玻璃板上(d)当sg-sllg，cosq1，上式不适用，液体能在固体表面铺展。lgslsgqcos2021/1/128铺展过程固液气a固液气a固液气a固液气a固液气a固液气a固液气a固液气a固液气a固液气a固液气a固液气ab液体在固体表面上的铺展气液ab固2021/1/129润湿作用表面活性剂可以降低液体表面张力，改变接触角的大小，从而达到所需的目的。例如，农药要润湿蜡质植物表面，需在农药中加表面活性剂；制造防水材料，要在表面涂憎水的表面活性剂，使接触角大于90°2021/1/1306.1.3.2起泡作用“泡”是由液体薄膜包围着气体形成。有的表面活性剂和水可以形成一定强度的薄膜，包围着空气而形成泡沫，这种活性剂称为起泡剂。主要作用：（1）降低表面张力（2）使泡沫膜牢固，有一定的机械强度和弹性（3）使泡沫有适当的表面黏度2021/1/1312021/1/1326.1.3.3增溶作用非极性有机物如苯在水中溶解度很小，加入油酸钠等表面活性剂后，苯在水中的溶解度大大增加，这称为增溶作用。增溶作用与普通的溶解概念不同，增溶的苯不是均匀分散在水中，而是分散在油酸根分子形成的胶束中。X-射线衍射证实，增溶后各种胶束都有不同程度的增大。2021/1/1336.1.3.4乳化作用一种或几种液体以大于10-7m直径的液珠分散在另一种不相混溶的液体中形成的粗分散系统称为乳状液。要使乳状液稳定存在必须加乳化剂。习惯上，将不溶于水的有机物称为油。将以液珠形式不连续存在的分散相称为内相。将连续存在的液相称为外相。2021/1/134简单的乳状液通常分两大类：1.水包油乳状液2.油包水乳状液用O/W表示。内相为油，外相为水，这种乳状液能用水稀释，如牛奶等。用W/O表示。内相为水，外相为油，如油井中喷出的原油。2021/1/135检验水包油乳状液加入水溶性染料如亚甲基蓝，说明水是连续相。加入油溶性的染料红色苏丹Ⅲ，说明油是不连续相。2021/1/1366.1.3.5去污作用去污过程是将带有污垢的固体，浸入水中，在洗涤剂的作用下，降低污垢与固体表面的界面张力，使污垢脱落而达到去污目的。2021/1/137A.水的表面张力大，对油污润湿性能差，不容易把油污洗掉。B.加入表面活性剂后，憎水基团朝向衣物表面和吸附在污垢上，使污垢逐步脱离表面。C.污垢悬在水中或随泡沫浮到水面后被去除，洁净表面被活性剂分子占领。防止重新沉积。表面活性剂的去污过程有3步：污垢衣物2021/1/1386.2洗涤剂定义：能够促尽和提高洗涤作用的一类物质，是人们日常生活和工业生产中不可缺少的日用化学品，称为洗涤剂。由多种材料配伍而成的混合物。可分为两大类：主要原料：起洗涤作用的各种表面活性剂。辅助原料：在洗涤过程中发挥助洗作用或某些特殊功能，如柔软、增白等。2021/1/1396.2.1洗涤剂的配方设计污垢的种类（油污，汗渍，血迹，草汁，等）与性质；基体的结构与类型（棉麻，化纤，毛纺，餐具，等）；洗涤方式（洗衣机，手搓，超声，浸泡，干洗，等）；成本低廉。2021/1/1406.2.2肥皂(高级脂肪酸盐RCOOM，M=Na+,K+,NH4+，具有洗涤、去污、清洁作用)金属皂：Ca、Mg、Fe、Mn等脂肪酸盐，不溶于水，农药乳化剂、金属润滑剂6.2.2.1种类洗衣皂，香皂，药皂，透明皂，药香皂，儿童皂，等。6.2.2.2肥皂配方的确定原则使用效果：去污力强；顾客心理：泡沫丰富,气味芬芳,色泽悦目,密度大有重感；贮存稳定性：坚硬不变形，不起霜不出汗，不酸败；加工便利性：降低成本，易加工成型，等。2021/1/1416.2.2.3原料与反应肥皂的核心成分是皂化油脂，它是油脂水解为脂肪酸和甘油后与氢氧化钠(钾)的反应产物；油脂又称甘油三酸脂。且称室温