表面活性剂
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第三章表面活性剂表面活性剂在药物制剂的制备中被广泛应用,其结构特征是具有亲水性与亲脂性两种基团,其作用是能显著降低分散系的表面(界面)张力,因此可用作乳化剂、助悬剂、增溶剂、促吸收剂、润湿剂、起泡剂与消泡剂、去污剂等,是药用乳剂、悬浊剂、脂质体等的重要辅料.本章重点讨论表面活性剂的基本性质(如CMC值、HLB值、Krafft点与昙点等)与测定方法等。
第一节表面活性剂分类一、表面活性剂(surfactant):具有很强表面活性,加入少量就能使液体表面张力显著下降的物质。
1.①纯液体在一定温度有一定的表面张力,是液体的物理常数.②当在水中加入无机盐或糖类物质时,则水的表面张力略有升高;③当在水中加入低级脂肪醇、脂肪酸时,则水的表面张力下降,称此类物质为水的表面活性物质。
④当在水中加入油酸钠、十二烷基硫酸钠(高级脂肪酸)时,则水的表面张力能够显著的降低,称此类物质为该溶剂的表面活性剂(surfactant)。
2.表面活性剂分子的结构特征:是由具有极性的亲水基和非极性的亲油基组成,而且两部分分处两端。
因此,表面活性剂具有既亲水又亲油的两亲性质,但具有两亲性的分子不一定都是表面活性剂。
3.表面活性剂的吸附性:表面活性剂由于其特殊结构可以在两相界面发生定向排列,来改变两相界面性质。
从而起到润湿、乳化、增溶、絮凝、反絮凝、起泡、消泡的作用。
(1)在溶液中的正吸附:表面活性剂在溶液表面层聚集的现象为正吸附,正吸附改变了溶液表面的性质。
最外层疏水,表现低表面张力,产生较好的润湿性、乳化性、增溶性、起泡性.(2)在固体表面的吸附:表面活性剂溶液与固体接触时,表面活性剂分子可能在固体表面发生吸附,使固体表面性质发生改变,易于润湿.二、表面活性剂的类型1。
表面活性剂分类方法有多种,根据来源可分为天然表面活性剂与合成表面活性剂;2。
根据溶解性质可分为水溶性表面活性剂与油溶性表面活性剂;3。
根据极性基团的解离性质分为离子型表面活性剂与非离子型表面活性剂两大类;再根据离子型表面活性剂所带电荷,又分为阳离子、阴离子、两性离子表面活性剂。
月桂基磺化琥珀酸单酯二钠(DLS)一、英文名:Disodium Monolauryl Sulfosuccinate二、化学名:月桂基磺化琥珀酸单酯二钠三、化学构造式:ROCO-CH2-CH(SO3Na)-COONa四、产品特性1 .常温下为白色细腻膏体,加热后(>70βC)为透亮液体;2 .泡沫细密丰富;无滑时感,格外简洁冲洗;3 .去污力强,脱脂力低,属常见的温存性外表活性剂;4 .能与其它外表活性剂配伍,并降低其刺激性;5 .耐硬水,生物降解性好,性能价格比高。
五、技术指标:1 .外观(25βC):纯白色细腻膏状体2 .含量(%) :48.0—50.03 .Na2SO3 (%) :≤0.504 .PH 值11 %水溶液): 5.5—7.0六、用途与用量:1 .用途:配制温存高粘度高度清洁的洗手膏(液)、泡沫洁面音、泡沫洁面*、泡沫剃须膏, 也可配制爽洁无滑腻的泡沫沐浴露、珠光香波等。
2 .推举用量:10—60%。
脂肪醵聚氧乙烯醒(3)磺基琥珀酸单酯二钠MES一、英文名:Disodium Laureth(3) Sulfosuccinate二、化学名:脂肪醇聚氯乙烯酸(3)磺基琥珀酸单酯二钠三、化学构造式:RO(CH2CH2O)3COCH2CH(SO3Na)COONa四、产品特性:1 .具有优良的洗涤、*化、分散、润湿、增溶性能;2 .刺激性低,且能显著降低其他外表活性剂的刺激性;3 .泡沫丰富细密稳定;性能价格比高;4 .有优良的钙皂分散和抗硬水性能;5 .复配性能好,能与多种外表活性剂和植物提取液(如皂角、首乌)复配,形成格外稳定的体系,创制自然用品;6 .脱脂力低,去污力适中,极易冲洗且无滑腻感。
五、技术指标:1 .外观(25℃):无色至浅**透亮粘稠液体2 .活性物(%) :30.0±2.03 .PH 值(1%) : 5.5-6.54 .色泽(APHA) :≤505 .Na2SO3 (%):≤0.36 .泡沫(mm) :≥150六、用途与用量:1、用途:制造洗发香波、泡沫浴、沐浴露、洗手液、外科手术清洗及其它扮装品、洗涤日化产品等,还可作为*化剂、分散剂、润湿剂、发泡剂等。
一、定义:1、表面活性剂:⑴、在浓度很低时,能显著降低溶剂(一般为水)的表(界)面张力,从而明显改变体系表(界)面性质和状态的物质称为表面活性剂。
⑵、在浓度很低的情况下,能够显著降低水的表面张力或水同其他物质的界面张力的物质。
2、临界胶束浓度(cmc或叫CMC):形成表面活性剂完整胶束的最低浓度叫表面活性剂的临界胶束浓度。
3、双亲结构:在同一表面活性剂分子中同时具有亲油基和亲水基。
4、乳化:互不相溶的两种液体中,一种液体以微小粒子分散于另一种液体中的现象叫乳化,形成的液体叫乳液。
5、分散:一种固体以细小微粒的形式均匀地散布于另一种液体中的现象。
6、浊点:(含醚键或酯基的)非离子表面活性剂在水中的溶解度随温度的升高而降低,当达到一定温度时溶液开始变浑浊,这一温度叫非离子表面活性剂的浊点(也叫雾点)。
7、等电点:两性离子表面活性剂溶液中,正、负离子离解度相等时溶液的PH值。
8、HLB值(亲水亲油平衡值):表面活性剂为具有亲水基团和亲油基团的两亲分子,表面活性剂分子中亲水基和亲油基之间的大小和力量的平衡程度的量。
9、HLB基团数:分子结构式可分成若干基团,每个基团都对HLB有贡献,贡献的大小就叫基团数。
10、乙氧基化:在酸性或者碱性催化剂下,向有机分子内引入乙氧基的反应,称为乙氧基化反应(它属于亲核取代反应)。
11、润湿性(Wetting)是固体界面由固-气界面转变为固-液界面的现象。
润湿作用(wetting):固体表面的一种流体被另一种流体所取代的过程。
12、克拉夫(特)Krafft点离子型表面活性剂在水中的溶解度随着温度的变化而变化,当温度升高至某一点时,表面活性剂的溶解度急剧升高,该温度称为krafft点。
13、双子表面活性剂通过化学键将两个或两个以上的同一或几乎同一的表面活性剂单体,在亲水头基或靠近亲水头基附近用联接基团将这两亲成份联接在一起,形成的一种表面活性剂称为双子表面活性剂。
二、分类:1、表面活性剂:离子型表面活性剂(①、②、③)和非离子型表面活性剂①、阴离子型表面活性剂:羧酸盐型;硫酸酯盐型;磺酸盐型;磷酸酯盐型;②、阳离子型表面活性剂:季铵盐;脂肪胺盐型(伯、仲、叔胺盐);③、两性型表面活性剂:硫酸酯盐型;磺酸盐型;磷酸酯盐型;羧酸盐型(氨基酸系、甜菜碱系、咪唑啉系);④、非离子型表面活性剂:聚氧乙烯型;多元醇型;烷醇酰胺型;聚醚型。
1表面活性剂的概念当溶剂中溶入溶质时,溶液的表面张力因溶质的加入而发生变化,水溶液表面张力的大小因溶质不同而改变,如一些无机盐可以使水的表面张力略有增加,一些低级醇则使水的表面张力略有下降,而肥皂和洗衣粉可使水的表面张力显著下降,使液体表面张力降低的性质即为表面活性[1]。
表面活性剂是指那些具有很强表面活性、能使液体的表面张力显著下降的物质[2]。
1.2 表面活性剂的昙点对非离子型表面活性剂在水溶液中得溶解度随温度升高而下降,使溶液变浊,称此变浊温度为昙点(Cloud point),亦称浊点。
昙点是非离子型表面活性剂的特征值。
此类表面活性剂的昙点在70~100℃,例如吐温20为90℃;吐温60为76℃;吐温80为93℃。
吐温类产生昙点的原因是温度升高,聚氧乙烯链与水之间的氢键断裂,水合能力下降,溶解度反而减小,溶液变浊出现昙点,冷却时氢键重新形成,又澄明。
在聚氧乙烯链相同时,碳氢链越长,则昙点越低;在碳氢链长相同时,聚氧乙烯链越长则昙点越高。
1.2 表面活性剂的结构特点表面活性剂的分子是由与水有亲和性的亲水基团(也称憎油基)和与油有亲和性的亲油基团(也称僧水基)构成的。
因此它既可以溶解在极性溶剂(最常用的溶剂是水)中,又可以溶解在非极性的油相中,具有两亲性质,被称为两亲分子[3]。
表面活性剂的非极性疏水基团一般是含有C8-C18碳的直链烃(也可能是环烃),如碳氢链、碳氟链、聚硅氧烷以及聚氧丙烯等;亲水基团种类很多,包括极性基团如淡基、硫酸基、磺酸基、磷酸基和季按基等。
表面活性剂的性质主要由亲水基团决定,因此通常按亲水基团的结构和性质进行分类。
1.3 表面活性剂的疏水性质表面活性剂不对称的分子结构,使其既具有亲水性又具有亲油性,溶于水后会产生疏水效应即:极性基或离子性亲水基团与水分子间产生强烈的相互吸引作用,而非极性疏水基团(碳氢链间)却有逃离水的趋势(一般认为只要溶质分子具有非极性基团,就会在水溶液中通过疏水作用而有逃水的趋势),分子间相互靠拢、缔合,从而逃离水的包围。
常见的17种表面活性剂
一、阴离子型表面活性剂
1. 磺酸盐类:硫酸钠、硫酸钾、氢氧化钠等;
2. 聚氧化乙烯类:聚乙二醇醚(PEG)、聚乙二醇硫酸酯(PES)、聚氧乙烯乙基醚(POE)等;
3. 硫醇类:硫醇钠、硫醇钾、磷酸硫醇、硫酸硫醇等;
4. 氯化物类:氯化钠、氯化钾等;
5. 脂肪醇类:甘油、乙基己基醇、硬脂醇等;
6. 葡萄糖醇类:玉米醇、葡萄糖醇、甘露醇等;
7. 脂肪酸类:棕榈酸、肉豆蔻酸钠等;
8. 醚类:苯乙醇、异丁基羟基苯醚、异戊二基羟基苯醚等;
9. 芳香族表面活性剂:苯甲醚树脂、羟基乙基苯乙醚等。
二、阳离子型表面活性剂
1. 烷基氧基醚类:芳香族烷基氧基醚、烷基氧基醚磺酰脲等;
2. 羧基化合物类:氯化月桂基醇、苯甲酸钠、氯化磺酰胺等;
3. 叠氮化合物类:氯化二苯基硫磺酸酯、氯化硫酰胺等;
4. 其他类:聚乙二醇偶联剂、乙二胺四乙酸、氨基磺酸类等。
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表面活性剂(surfactant),是指具有固定的亲水亲油基团,在溶液的表面能定向排列,并能使表面张力显著下降的物质。
表面活性剂的分子结构具有两亲性:一端为亲水基团,另一端为憎水基团;亲水基团常为极性的基团,如羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其盐,也可是羟基、酰胺基、醚键等;而憎水基团常为非极性烃链,如8个碳原子以上烃链。
表面活性剂分为离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂等。
定义及应用表面活性剂是由两种截然不同的粒子形成的分子,一种粒子具有极强的亲油性,另一种则具有极强的亲水性。
溶解于水中以后,表面活性剂能降低水的表面张力,并提高有机化合物的可溶性。
表面活性剂范围十分广泛(阳离子、阴离子、非离子及两性),为具体应用提供多种功能,包括发泡效果,表面改性,清洁,乳液,流变学,环境和健康保护。
表面活性剂在许多行业配方中被用作性能添加剂,如个人和家庭护理,以及无数的工业应用中:金属处理、工业清洗、石油开采、农药等。
组成表面活性剂分子结构具有两亲性:一端为亲水基团,另一端为疏水基团。
吸附性溶液中的正吸附:增加润湿性、乳化性、起泡性;固体表面的吸附:非极性固体表面单层吸附,极性固体表面可发生多层吸附表面活性剂的结构传统观念上认为,表面活性剂是一类即使在很低浓度时也能显著降低表(界)面张力的物质。
随着对表面活性剂研究的深入,目前一般认为只要在较低浓度下能显著改变表(界)面性质或与此相关、由此派生的性质的物质,都可以划归表面活性剂范畴。
无论何种表面活性剂,其分子结构均由两部分构成。
分子的一端为非极亲油的疏水基,有时也称为亲油基;分子的另一端为极性亲水的亲水基,有时也称为疏油基或形象地称为亲水头。
两类结构与性能截然相反的分子碎片或基团分处于同一分子的两端并以化学键相连接,形成了一种不对称的、极性的结构,因而赋予了该类特殊分子既亲水、又亲油,便又不是整体亲水或亲油的特性。
表面活性剂的这种特有结构通常称之为“双亲结构”(amphiphilic structure),表面活性剂分子因而也常被称作“双亲分子”。