表面活性剂化学(第2章)

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表面活性剂-概论(第一章,第二章)

发泡剂
捕集剂
（a）
（b）
矿物浮选示意图
将粉碎好的矿粉倒入水中，加入捕集剂，捕集剂以亲水基吸附
于矿粉表面，疏水基进入水相，矿粉亲水的高能表面被疏水的碳氢链形成的低能表面所替代，有力图逃离水包围的趋势，如图所示。向矿粉悬浮液中加入发泡剂并通空气，产生气泡，发泡剂的两亲分子会在气-液界面作走向排列，将疏水基伸向气泡内，而亲水的极性头留在水中，在气-液界面形成单分子膜并使气泡稳定。吸附了捕集剂的矿粉由于表面疏水，会向气-液界面迁移与气泡发生“锁合”效应。即矿粉表面的捕集剂会以流水的碳氢链插入气泡内，同时起泡剂也可以吸附在固-液界面上，进人捕集剂形成的吸附膜内。在锁合过程中，由起泡剂吸附在气-液界面上形成的单分子膜和捕集剂吸附在固-液界面上的单分子膜可以互相穿透，形成固-液-气三相稳定的接触，将矿粉吸附在气泡上。于是，依靠气泡的浮力把矿粉带到水面上，达到选矿的目的。
羧酸盐类阴离子表面活性剂磺酸盐类硫酸酯盐类磷酸酯盐类
离子型表面活性剂
表面活性剂
胺盐阳离子表面活性剂季铵盐杂环类鎓盐甜菜碱型两性表面活性剂咪唑啉型氨基酸型天然型聚氧乙烯型多元醇型烷醇酰胺型嵌段聚醚型
非离子表面活性剂
元素表面活性剂特种表面活性剂高分子表面活性剂冠醚型表面活性剂生物表面活性剂
的表面张力，改变体系界面状态，从而产生润湿、乳化、
质。表面活性剂在溶液中达到一定浓度以上，会形成分子有序组合体，从而产生一系列重要功能。表面活性剂的
这些特性不仅在生产和生活中有重要作用，而且与生命活动本身密切相关，成为研究生命现象的奥秘和发展仿生技术极有价值的体系，因而受到广泛的重视。
1.2 表面活性剂发展简史

《表面活性剂化学》题集

《表面活性剂化学》题集第一章绪论一、选择题1. 关于界面与表面的定义，下列哪项是正确的？（）A. 界面是指不同物质相接触的线，表面是指液体与气体接触的面B. 界面是指不同物质相接触的面，表面是指液体与气体接触的线C. 界面是指不同物质相接触的面，表面是指液体与气体接触的面D. 界面和表面都是指液体与气体接触的面2. 表面张力是以下哪个现象的表现？（）A. 液体表面层的分子受到向内的吸引力大于向外的吸引力B. 液体表面层的分子受到向外的吸引力大于向内的吸引力C. 液体表面层的分子受到均匀的吸引力D. 液体表面层的分子受到均匀的排斥力3. 下列哪种物质不属于表面活性剂？（）A. 肥皂B. 洗发水中的活性成分C. 食盐D. 洗洁精4. 表面活性剂的HLB值代表的是：（）A. 氢键长度B. 氢键能量C. 亲水亲油平衡D. 氢键数量5. 关于表面活性剂的活性，以下哪项描述是正确的？（）A. 表面活性剂的活性与其分子量成正比B. 表面活性剂的活性与其分子量成反比C. 表面活性剂的活性与其分子结构无关D. 表面活性剂的活性取决于其在界面上的吸附能力二、填空题1. 界面是指两种不同______相互接触的区域，表面是指液体与气体接触时在液体表面形成的一个______薄层。

2. 表面张力是液体表面层的分子间作用力______液体内部，使液体表面具有______收缩的趋势。

3. 表面活性剂是一类能够显著降低液体表面张力的物质，其分子结构通常具有一个或多个______和一个或多个______。

4. 表面活性剂的HLB值反映了其分子的______程度，HLB值越高，亲水性越______，HLB值越低，亲油性越______。

5. 表面活性剂在生活和工业中有广泛的应用，如______、______、______等。

三、简答题1. 请简述界面张力与表面张力的区别。

2. 为什么液体表面层的分子会表现出比内部分子更大的相互作用力？3. 简述表面活性剂如何通过改变分子结构来降低液体表面张力。

(完整)表面活性剂习题与答案

第一章概述1。

表面活性剂的定义在加入量很少时即能明显降低溶剂的表面张力，改变物系的界面状态，能够产生润湿、乳化、起泡、增溶及分散等一系列作用，从而达到实际应用的要求的一类物质。

2。

表面活性剂的分类（按离子类型和亲水基的结构）离子类型:a。

非离子型表面活性剂b。

离子型表面活性剂（阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、两性表面活性剂)亲水基：羧酸盐型、磺酸酯盐型、磷酸酯盐型、胺盐型、季铵盐、鎓盐型、多羧基型、聚氧乙烯型第二章表面活性剂的作用原理❖表面活性、表面活性物质、表面活性剂？因溶质在表面发生吸附（正吸附）而使溶液表面张力降低的性质被称为表面活性，这类物质被称为表面活性物质。

表面活性剂：是一类表面活性物质，其在浓度极低时能明显降低溶液表面张力的物质。

❖表面活性如何表征？假如.是水或溶剂的表面张力，为加入表面活性剂后溶液的表面张力，则表面(界面）张力降低值可表现为。

，在稀水溶液中可以用表面张力降低值与溶液浓度的比值/c来衡量溶质的表面活性。

当物质的浓度c很小时，—c略成直线,每增加一个–CH2，/c增加为原来的3倍。

❖表面活性剂的两大性质是什么？如何解释?两大性质：降低表面张力和胶束的形成降低表面张力：是由亲水、亲油基团相互作用、共同决定的性质，表面活性剂分子吸附于液体表面，用表面自由能低的分子覆盖了表面自由能高的溶剂分子，因此溶液的表面张力降低胶束的形成：达到吸附饱和,表面活性剂的浓度再增加，其分子会在溶液内部采取另一种排列方式，即形成胶束。

❖什么是临界胶束浓度及其测定方法？开始形成胶束的最低浓度被称为临界胶束浓度（critical micelle concentration，简写为cmc）。

测量依据:表面张力、电导率等性质随着表面活性剂浓度的变化，上述性质发生突变的浓度。

1、表面张力法：表面活性剂水溶液的表面张力开始时随溶液浓度的增加急剧下降，到达一定浓度（即cmc)后变化缓慢或不再变化。

特点：简单、不受无机盐的影响；但极性有机杂质干扰大。

表面活性剂

表面活性剂第二章作业(第一次作业)1、表面活性剂按疏水基分类有哪几种？他们分别有什么特征？答：表面活性剂按疏水基分类可以分为碳氢链、聚醚、硅氧烷和氟碳链4中类型。

A：碳氢链疏水基；（1）直链烷基：增加表面活性剂直链烷基的链长，增加其在有机溶剂中的溶解度，降低其在水溶液中的溶解度，在水中表面活性增加，界面吸附与胶束化趋势增强。

（2）支链或不饱和烷基：在疏水基中引入支链或者不饱和烷基，与相应的直链烷基同系物相比，表面活性剂在水或者有机溶剂中的溶解度增加，胶束化能力减弱。

并且具有支链烷基的表面活性剂生物降解性一般较差，不饱和烷基比较容易被氧化、变色。

（3）含芳香环或脂肪环的烷基：在疏水基中加入芳香环，表面活性剂疏水性增加，但增加幅度不如直链烷基，并且其生物降解性较差，也难以形成紧密的膜结构。

B：聚氧丙烯醚链疏水基：聚氧丙烯醚链有环氧丙烷聚合而成。

含有聚氧丙烯醚链的表面活性剂往往容易吸附在极性界面上，也有利于在一些极性有机溶剂中溶解。

C：聚硅氧烷链疏水基：该疏水基是非碳链疏水基，他与碳氢链相比，耐热性好、化学稳定性高，由于硅氧链既不亲水也不亲油，所以在水相和非水系统都有表面活性。

缺点是生物降解性差，价格较高，而且在胶束形成和增溶方面不遵循表面活性剂一般规律。

2、表面活性剂按亲水基分类有哪几种？他们分别有什么特征？答：表面活性剂按亲水基分类可分为单一型和复合型两类。

其中单一型可分为阴离子型、阳离子型、两性离子型和非离子型。

复合型表面活性剂是指含有2种以上亲水基的表面活性剂。

A：阴离子型表面活性剂a、羧酸盐阴离子型：(1)一般C10以下脂肪酸水溶性过强，表面活性较弱，C20以上水溶性太差，只能用于非水系统。

常见的脂肪酸皂碳链介于C10—C20之间。

(2)N—羧乙基脂肪酰胺的盐：无毒、无刺激性、起泡性和抑酶性好，对硬水、酸的敏感性小于肥皂。

（3）全氟代烷基羧酸盐：有较好的耐强酸、耐氧化还原及耐热性能。

而且其表面活性比相应脂肪酸盐强得多，降低表面张力很强，其同样具有极佳的化学与热稳定性。

第二章表面活性剂

span 20（脱水山梨醇单月桂酸酯） span 40 (脱水山梨醇单棕榈酸酯) span 60（脱水山梨醇单硬脂酸酯） span 65（脱水山梨醇三硬脂酸酯） span 80 （脱水山梨醇单油酸酯） span 85 （脱水山梨醇三油酸酯）
O CH2OOCR
OH OH
(2) 聚氧乙烯脱水山梨醇脂肪酸酯类
R-O-(CH2CH2O)nH 脂肪醇聚氧乙烯醚 R-(C6H4)-O(C2H4O)nH 烷基酚聚氧乙烯醚 R2N-(C2H4O)nH 聚氧乙烯烷基胺
非离子表面活性剂
R-CONH(C2H4O)nH 聚氧乙烯烷基酰胺
R-COOCH2(CHOH)3H 多元醇型
（四）非离子型表面活性剂
1.多元醇型
(1) 脱水山梨醇脂肪酸酯类（Span，司盘）其系列品种有 OH
HLB值计算
(1) 对非离子型表面活性，可能过经验式求得:
非离子表面活性剂的HLB具有加和性。
HLBab=(HLBa×Wa+HLBb×Wb)/(Wa+Wb)
(2)理论计算法：如果HLB值是由表面活性剂分
子中各种结构基团贡献的总和，则每个基团对HLB值的贡献可用数值表示，此数值称为 HLB基团数(group number)。
2.外加电解质对cmc值的影响
在表面活性剂溶液中加入强电解质能降低cmc值，一般对离子型表面活性剂的影响尤其显著。
3.外加有机物对cmc值的影响比较复杂。
一般长链的极性有机物对表面活性剂的cmc值的影响显著。例如醇、酸、胺等化合物随烃链增长，使离子型表面活性剂的cmc值减小，而醇类对非离子型表面活性剂的cmc值影响恰好相反。
第一节表面活性剂分类
离子型表面活性剂
常用的离子型表面活性剂分类如下：（一）阴离子表面活性剂 1.高级脂肪酸盐：RCOO－M＋, 如硬脂酸钠、钙、镁等。 2.硫酸盐：ROSO3－M＋，如十二烷基硫酸钠、十六醇硫酸钠等。 3.磺酸盐：RSO3－M＋，如二己基琥珀酸磺酸钠。烷基苯基磺酸盐通式：RC6H5SO3－M＋，如十二烷基苯磺酸钠等。 4.胆盐如甘胆酸钠、牛胆磺酸钠等。

大学表面活性剂复习资料（考试用）

大学表面活性剂复习资料（考试用）表面活性剂化学复习资料名词解释题目第一章表面活性剂的概述1.表面：液体或固体和气体的接触面。

（物质和它产生的蒸汽或者真空接触的面）2. 界面：液体与液体，固体与固体或液体的接触面。

（物质相与相之间的分界面称之为界面）3. 表面张力：指垂直通过液面上任一单位长度、与液面相切的收缩表面的力（N/m）。

4. 表面自由能：指液体增加单位表面上所需做的可逆功，或恒温恒压下增加单位表面积时体系自由能的增值，或单位表面上的分子比体相内部同分子量所具有的自由能过剩值，称为表面自由能（J/m2）。

5. 表面活性：在液体中加入某种物质使液体表面张力降低的性质叫表面活性。

如肥皂中的脂肪酸钠，洗衣粉中的烷基苯磺酸钠等。

6. 表面活性剂：是指在某液体中加入少量某物质时就能使液体表面张力急剧降低，并且产生一系列应用功能，该物质即为表面活性剂。

第二章表面活性剂的作用原理1. 吸附：表面上活性剂这种从水内部迁至表面，在表面富集的过程叫吸附。

2. 低表面能固体：表面活性剂的表面能<100mJ/m2的物质3. 高表面能固体：表面活性剂的表面能>100mJ/m2的物质。

4. 胶束：两亲分子溶解在水中达一定浓度时，其非极性部分会互相吸引，从而使得分子自发形成有序的聚集体，使憎水基向里、亲水基向外，减小了憎水基与水分子的接触，使体系能量下降，这种多分子有序聚集体称为胶束。

（2）反胶束：表面活性剂在有机溶剂中形成极性头向内，非极性头尾朝外的含有水分子内核的聚集体，称为反胶团。

（3）临界胶束浓度：表面活性剂溶液的表面张力随着活性剂浓度的增加而急剧地降低，但是当浓度增加到一定值后，表面张力随溶液浓度的增加而变化不大，此时表面活性剂从分子或离子分散状态缔合成稳定的胶束，从而引起溶液的高频电导、渗透压、电导率等各种性能发生明显的突变，这个开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度(CMC)。

（4）亲水-亲油平衡值（HLB）：系表面活性剂中亲水和亲油基团对油或水的综合亲合力，是用来表示表面活性剂的亲水亲油性强弱的数值。

第2章_表面活性剂的作用原理[表面活性剂化学-天大]

温度升高，表面张力(界面张力)下降。当达到临界温度Tc时，界面张力趋向于零。
16
2.1.1 表面张力和表面自由能 —表面张力及其影响因素
（3）压力的影响
表面张力一般随压力的增加而下降。因为压力增加，气相密度增加，表面分子受力不均匀性略有好转。另外，若是气相中有别的物质，则压力增加，促使表面吸附增加，气体溶解度增加，也使表面张力下降。

在没有外力的影响或影响不大时，液体总是趋向于成为球状。即使施加外力后能将水银珠压瘪，一但外力消失，它便会自动恢复原状。

如水面漂浮物、空气中的气泡、叶子上的露珠。
6
现象3：
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，见a图。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，见b图，
这时
f ＝ 2 γl
l是滑动边的长度，因膜有两个面，所以边界总长度为2l，比例系数γ表示垂直通过液面上
任一单位长度，与液面相切的收缩表面的力，简称为表面张力，其单位通常为mN/m。
液体的表面张力
13
2.1.1 表面张力—表面张力的能量表达
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，可逆地使表面积增加dA所需要对系统作的功，称为表面功。用公式表示为：
a. 溶液表面表面活性剂分子的定向排列
b. 溶液内部表面活性剂胶束的形成
表面活性剂分子在表面的吸附和胶束形成示意图
34
2.2 表面活性剂胶束
2.2.1 胶束的形成 2.2.2 临界胶束浓度 2.2.3 胶束的形状和大小 2.2.4 胶束作用简介

第2章表面活性剂

• 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一、离子型阴离子型阳离子型两性离子型
二、非离子型
(一)阴离子型表面活性剂
• 带负电荷的表面活性剂称为阴离子型表面活性剂。起表面活性作用的是阴离子。 1．肥皂类又分为碱金属皂、碱土金属皂、有机胺皂。一般用在外用制剂中。 2．硫酸化物有十二烷基硫酸钠（SDS，又称月桂醇硫酸钠）、十六烷基硫酸钠主要作为外用软膏的乳化剂。 3．磺酸化物十二烷基苯磺酸钠、二辛基琥珀酸磺酸钠，常用的洗涤剂
• 表面张力是物质的特性，其大小与温度和界面两相物质的性质有关。 • 液-液 • 液-固
液体的铺展
• 液体和液体的接触 • 一滴液体在另一种不相溶的液体表面上，是成为球状，还是形成薄膜状呢？ • S=σ底-（σ铺+σ底· 铺） • S是铺展系数，σ底是底层液体的表面张力， σ铺是铺展液体的表面张力， σ底· 铺是两液间的界面张力。
表面活性剂的亲水基是聚氧乙烯基，位于外侧的氧原子与水形成氢键，由于分子的热运动，开始时溶解度随温度的升高而增大，当温度高达昙点后，氢键受到破坏，溶解度急剧下降，出现混浊或沉淀。有的含有聚氧乙烯基的表面活性剂没有昙点，如 PluroniC F68 极易溶于水，甚至达到沸点时也不产生混浊，没有起昙现象。
第一节概述
• 液滴呈球状，表面光滑，这是由于液体的表面张力所致。表面张力指使液体紧张的力，它是收缩的，是物体的表面积最小，物体处于最稳定状态。 • 我们吹泡泡，是克服液滴的表面张力，使肥皂泡变大。 • 肥皂泡变大了，表面积就变大了，物体处于不稳定的状态，所以，肥皂泡越大就越容易破裂。破裂的肥皂泡，重又回到液滴的球状，趋于最稳定状态。

精细化学品化学第二章表面活性剂

+ 甲醇溶剂加热
RN
C H3 C H3
2C O2
+2 H2O
高级烷基胺与低级卤代烷得反应
C16H33
CH3
N
+ CH3 CXl-
石油醚溶剂
C16H33
CH3
加压 80oC 1h
. CH3
N+ CH3 X CH3
3、6、2、2 含杂原子得季铵盐
1 含氧原子含酰氨基得含醚基得
2 含氮原子
特点:就是亲水得季铵阳离子与烷基疏水基就是通过酰胺键、酯键、醚键或硫醚等基团相连接
60-80oC
CH3
C12H25
十二烷基三甲基溴化铵
CH3
醇介质
C16H33 X + N CH3
回流
CH3
C16H33
十六烷基三甲基溴化铵
. CH3
N+ CH3
Br- 溴
X
CH3
. CH3
N+ CH3 X CH3
2 高级烷基叔胺与低级卤代烷得反应
C12H25
CH3
加热
N
+ CH3 CXl-
CH3
加压
氨基酸型 R-NH2CHCHCOOH 甜菜碱型 RN+(CH3)2CH2COO-
非离子表面活性剂
在水中不会解离成离子:
聚乙二醇型(聚氧乙烯型)
多元醇型
R-O(CH2CH2O)nH R-COOCH2C(CH2OH)3
3、3 亲水亲油平衡值 HLB(hydrophile-lipophile balance)
2 可以和所有其她类型得表面活性剂复配 3 毒性低、对皮肤眼睛刺激性小 4 耐水硬性和耐高浓度电解质性 5 良好得生物降解性

表面活性剂化学复习

33
复习要点：1非离子表面活性剂的吸附量计算。 2表面活性剂的吸附固体表面的影响
第四章
表面活性剂溶液体相性质
35
4.2表面活性剂在溶液中的胶团化作用
(a)极稀溶液；(b)稀溶液；(c)临界胶团浓度的溶液；(d)大于临界胶团浓度的溶液
胶团：表面活性剂分子中的亲油基通过分子间的吸引力
相互缔合在一齐，而亲水基朝向水中的胶态聚集物。临界胶团浓度：形成胶团时的浓度 (cmc)。
44
4.7临界胶束浓度性质特点
cmc愈小，表面活性愈高； cmc愈低，改变界面状态起到润湿、乳化、加溶、起泡、洗涤等作用所需的表面活性剂浓度愈低； cmc是表面活性剂的—个重要物理化学参数
45
4.8加溶作用

加溶作用：在水溶液中表面活性剂的存在能使难溶于水的有机物的表观溶解度高于纯水中的溶解度，此
3.1Gibbs公式
C 2
Γ2
(1 )

C2 RT
(
)T
若 γ 单位是 dyn.cm-1(erg.cm-2) ， R 的单位是 8.31×107erg.mol-1.K-1，Γ单位是mol.cm-2；若γ单位是mN.m-1(mJ.m-2)，R的单位是8.31J.mol-1.K-1 ， Γ单位是mol.m-2 22
HLB
W A HLB
A
W B HLB
.B
....
W A W B ...
Example:
含30％Span80(HLB＝4.3)和70％Tween80(HLB＝15) 的混合乳化剂的HLB值：
HLB＝0.30×4.3十0.70×15.0＝1.8
9
第二章表面活性剂分类 2.1阴离子表面活性剂

【大学】表面活性剂(5)

.
2.3 阳离子表面活性剂
2.3.1阳离子表面活性剂的概述 • 阳离子表面活性剂主要是含氮的有机胺衍
生物，由于分子中的氮原子含有孤对电子，故能以氢键与酸分子中的氢结合，使氮基带上正电荷。因此，他们在酸性介质中才具有良好的表面活性剂；而在碱性介质中容易析出而失去表面活性，除了含氮阳离子表面活性剂外，还有一部分含硫、磷、砷等元素的阳离子表面活性剂。
亲核加成反应, 反应中叔胺的氮原子上有一对孤对电子, 它易进攻环氧树脂的环氧基团, 使之发生开环加成反应:
.
.
环氧树脂与十六叔胺在酸性介质中的反应方程式如下:
.
2.3.4 阳离子表面活性剂的应用特点
• 与各种类型表面活性剂相比，阳离子表面活
性剂的调整作用最突出，杀菌作用最强，尽
管有去污力差，起泡性差，配伍性差、刺激
性大，价格昂贵等缺点。
• 阳离子表面活性剂不直接与阴离子表面活性
剂配伍，只能作为调理剂组分或杀菌剂来使
用。阳离子表面活性剂在液体洗涤剂中作为
辅助表面活性剂（配方用量很少的调理剂组
分）一般用于较高档次产品，主要用于洗发
香波。作为调整剂组分在高档次液体洗涤剂
洗发香波中不是其他类型表面活性剂所能替
代的。
.
•HLB值是用来衡量表面活性剂分子中的亲水基团和亲油基团对整个分子所做贡献大小的物理量，是选择表面活性剂的一个经验值。
•将表面活性剂分子结构分解为一些基团，每一基团对HLB 值均有确定的贡献。由实验可测得各种基团的HLB值，将基团的HLB值带入公式即可计算表面活性剂分子的HLB值。
HLB=7+∑(亲水基团数) － ∑(亲油基团数)
•HLB值越大，亲水性越大； HLB值越小，亲油性越大。

第二章表面活性剂(1)

四、表面活性剂的主要物理作用 :
表面活性剂的作用性能有：洗涤、润湿、乳化渗透、分散、柔软、平滑、防水、防蚀，抗静电，杀菌和消毒等上述性能可加工成如下助剂：
洗涤剂、洗净剂、起泡剂、消泡剂、乳化剂、分散剂、破乳剂、增溶剂、上光剂、消光剂、平滑剂、止滑剂、柔软剂、固色剂、缓染剂、防水剂、阻燃剂、抗静电剂、浮选剂、防锈剂、防蚀剂、杀菌剂应用的工业部门有 : 纺织纤维工业、金属及机械工业、纸及纸浆工业医药、香料和化妆品工业乳胶、涂料和颜料工业、农药工业、皮革工业、食品工业、矿产工业、建筑工业、油墨工业
CH3 R—N+CH2COO-
CH3
咪唑型衍生物:
N
N+- COO-
4、非离子型表面活性剂
聚氧乙烯型（聚乙二醇型、
醚型）:
R—O—(OCH2CH2)nH
多元醇型（酯型）: R—NHCH2CH2C 醚酯型： R—O—R'COOR'
CH2OH CH2OH
CH2OH
含氮型： RCONH-R'OH 糖苷:
• 天然油脂的组成变化较大
– 动物油与植物油，油与脂； – 多为混合物，但以某种为主 – 碳链长度不同 – 有的含有双键，易氧化变质
• 钠皂、钾皂、金属皂 • 硬水中钙镁离子的影响
多羧酸皂
• C3-C24的烯烃与顺丁二酸酐加热——烷基琥珀酸酐
• 用于润滑油添加剂、除锈剂 • 将一个羧基用丁醇或戊醇脂化生成新的
2.3 表面活性剂分类
油（按亲水基带电性:亲水基团较亲油基团影响大）
基
亲水基
水溶性表面活性剂
油溶性表面活性剂
离子型表面活性剂
非离子表面活性剂
阴离子表面活性剂

表面活性剂化学第二章表面活性剂的作用原理

2、2、2 临界胶束浓度(cmc)
临界胶束浓度(critical micelle concentration)
表面活性剂在水中随着浓度增大,表面上聚集得活性剂分子形成定向排列得紧密单分子层,多余得分子在体相内部也三三两两得以憎水基互相靠拢,聚集在一起形成胶束,这开始形成胶束得最低浓度称为临界胶束浓度。
• 混合复配表面活性剂得HLB计算: HLB=∑(HLBi×qi)
不同HLB值得表面活性剂得用途
2、3、2、亲油基团得影响
• SA降低表面张力和胶束得生成均就是由于亲油基得疏水作用产生得,其对SA性质得影响仅次于 HLB、
• 七类亲油基得疏水性大小顺序为:
氟代烃＞硅氧烃基＞脂肪族烷基≥环烷烃基＞脂肪族烯烃＞脂肪基芳香烃基＞芳香烃基＞含弱亲水基得烃基
• (7)温度对胶束形成得影响:离子型表面活性剂得 Krafft点
• Krafft:离子型表面活性剂在水溶液中当温度达某一值时溶解度突然增大,这一温度称为～～。(低于Krafft点没有增溶作用)
• 浊点:一定浓度得非离子表面活性剂溶液在加热过程中,表面活性剂突然析出使溶液浑浊得温度点。 (浊点下使用)
！？表面活性物质即为表面活性剂
表面张力下降得原因就是什么？！
2、2表面活性剂胶束
当表面活性剂浓度增加到一定值后,水表面就是全部被表面活性剂分子占据,达吸附饱和后,表面张力不再继续降低。其时表面活性剂在溶液内部采取另一种排列方式,即形成胶束。
• 胶束就是表面活性剂得重要性质,也就是产生增溶、乳化、洗涤、分散、絮凝等作用得根本原因。
2、泡沫作用(低得表面张力和高强度表面膜得形成就是形成泡沫得基本条件)
3、分散作用 (降低界面自由能,同时有利于粒子周围双电层得

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(6) 滴外形法
表面吸附速率很慢的溶液只能采用滴外形法。表面张力随时间而变化，测定平衡表面张力。
2.2.4 表面活性
1－表面张力随溶液浓度的增加而稍有增大；(无机盐、多羟基有机物) 2－表面张力随溶液浓度的增加而逐渐减小；(极性有机物) 3－溶液的浓度较低时，表面张力急剧地降低，浓度到一定值后，表面张力几乎不变化。(表面活性剂)
在温度较低时，离子型表面活性剂的溶解度一般较小，当达到某一温度时，其溶解度突然增大，这一温度称为Krafft点，可以认为离子型表面活性剂在 Krafft点时的溶解度与其临界胶束浓度相当；
当溶液温度升至某一温度时，非离子型表面活性剂突然析出而使溶液混浊，这一温度称为浊点，因此非离子型表面活性剂通常在其浊点以下使用。
2.4.4 分子形态的影响
(1) 亲水基的相对位置
一般情况下，亲水基位于分子中间时，表面活性剂的润湿性和渗透性比位于分子末端的强；但是亲水基位于分子末端时，则去污力较强。
(2) 亲油基结构中的分支
在表面活性剂类型和分子大小相同的情况下，带有分支结构的表面活性剂通常具有较好的润湿性和渗透性，但是去污力较弱。
(c) 非离子表面活性剂中，如醚键(-O-)和羟基(-OH)。
亲水基的亲水性大小的顺序：
-SO3Na，-SO4Na，季铵阳离子>-PO4Na，-COONa >>-O-，-OH 亲水基团将影响溶解度和临界胶束浓度。
表面活性剂的溶解度越大，临界胶束浓度将越高；
表面活性剂的溶解度越小，临界胶束浓度将越低。
(2) 临界胶束浓度的测定
(a) 表面张力法
以表面活性剂溶液的表面张力γ对浓度的对数lgc 作图得到γ-lgc曲线，曲线转折点所对应的浓度即为临界胶束浓度。表面活性剂需提纯后方可进行测定。
(b) 电导法
作表面活性剂溶液的电导率或摩尔电导率对浓度或浓度平方根的关系曲线，曲线转折点所对应的浓度即为临界胶束浓度。适宜于溶液中盐类浓度较低时测定。
2.3.3 临界胶束浓度
(1) 临界胶束浓度的定义
表面活性剂溶液的表面张力随着活性剂浓度的增加而急剧地降低，但是当浓度增加到一定值后，表面张力随溶液浓度的增加而变化不大，此时表面活性剂从分子或离子分散状态缔合成稳定的胶束，从而引起溶液的高频电导、渗透压、电导率等各种性能发生明显的突变，这个开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度(CMC)。
此外，临界胶束浓度的大小还与温度、外加无机盐和有机添加剂等外界因素有关。
(a) 碳氢链的长度
对离子型表面活性剂，同系物每增加一个碳原子，临界胶束浓度就下降为原来的一半左右；
对非离子表面活性剂，同系物每增加两个碳原子，临界胶束浓度就下降为原来的1/10左右。
(b) 碳氢链的分支
疏水基团碳氢链带有分支的表面活性剂，比相同碳原子数的直链化合物的临界胶束浓度大的多。
γ－表面张力； W(或V)－一滴从毛细管滴下的液体的重量(或体积)； R－毛细管滴头处的半径； f－仪器的校正系数； ρ－液体的密度。
(2) 毛细管上升法
γ=RΔρg(h+r/3)/2
γ－表面张力；
R－毛细管的半径； Δρ－界面两相的密度差； g－重力加速度； h－液面上升(或下降)的高度；
r－凹(或凸)形液面的曲率半径。
Hale Waihona Puke HLB=a-0.475ma－某一常数； m－碳氢链亲油基的碳原子数。
(6) 复配的表面活性剂
HLB=∑(HLBi×qi)
HLBi－复配体系中某一种表面活性剂的HLB值； qi－某一种表面活性剂在复配体系中的质量分数。
表面活性剂HLB值与用途
通常表面活性剂的HLB值与其用途存在如下关系：
1～3 消泡作用；
聚氧乙烯型非离子型表面活性剂
HLB值通常介于0～20之间，只有亲水基时，HLB=20(如聚乙二醇)；只有亲油基时，HLB=0(如石蜡烃)。
(2) 多元醇脂肪酸酯非离子型表面活性剂
HLB=20(1-S/A)
S－多元醇酯表面活性剂的皂化值，即1g酯完全皂化所需氢氧化钾的质量(mg)； A－表面活性剂中脂肪酸原料的酸值，即中和1g酸所需氢氧化钾的质量(mg)。
(2) 泡沫作用
低的表面张力和高强度表面膜的形成是形成泡沫的基本条件。表面活性剂既可作为起泡剂，又可作为稳泡剂。
(3) 分散作用
表面活性剂吸附于固体粒子上形成保护层而阻碍粒子之间聚集，或改变分散粒子的静电性质而有利于双电层的形成，从而起到降低界面自由能，使得粒子容易分散并稳定存在的作用。
非表面活性物质
不能使溶液表面张力降低而不具有表面活性的物质。
表面活性剂
在浓度极低的时候就能显著地降低溶液表面张力而具有表面活性的物质。
特劳贝规则
对低浓度直链烷基酸的水溶液，每增加一个亚甲基，表面张力降低值π与溶液的浓度c的比值(π/c)就增加为原来的3倍。
π=γ0-γ
γ0－水的表面张力； γ－添加表面活性剂后，溶液的表面张力； π－添加表面活性剂后，溶液表面张力的降低值。
(c) 增溶作用法
当表面活性剂溶液的浓度超过一定值时，烃类或不溶性染料在该溶液中的溶解度急剧增加，这一浓度即为临界胶束浓度。
(d) 染料法
配制浓度高于临界胶束浓度的表面活性剂溶液，并向其中加入很少量的染料，呈现出增溶于胶束的颜色。然后用水稀释此溶液直至溶液颜色发生显著的变化，此时表面活性剂的浓度即为临界胶束浓度。一般要求染料离子与表面活性剂离子的电荷相反。
表面活性剂化学
主讲：刘海洋
Email：liuhaiyangocean@
第2章表面活性剂的作用原理
2.1 表面与界面
表面
液体或固体和气体的接触面。
界面
液体与液体，固体与固体或液体的接触面。
2.2 表面张力与表面活性
2.2.1 表面张力
γ=F/2L
F－外界对金属棒的拉力；
L
F
L－金属棒的长度；
2.3.2 胶束的结构
对离子型表面活性剂，胶束内核由疏水的碳氢链构成，双电层最内层不仅包含表面活性剂的极性头，还固定有一部分与极性头结合的反离子和不足以铺满一单分子层的水化层；离子胶束有一反离子扩散层，即双电层外围的扩散层部分。
对非离子型表面活性剂，外壳不存在双电层结构。聚氧乙烯型非离子表面活性剂胶束的外壳是一层相当厚的、柔顺的聚氧乙烯层，还包括大量与醚键相结合的水分子。
(1) 聚氧乙烯型非离子型表面活性剂
其亲水基为聚氧乙烯链，亲油基相同时，聚氧乙烯链越长，分子量越大，亲水性也将越强。
HLB=W水×20/W =W水×20/(W水+W油)
W水－亲水基团的质量；W油－亲油基团的质量； W－表面活性剂的质量。
HLB=E/5
E－合成表面活性剂时加入的环氧乙烷的质量分数。
吸附现象
物质加入液体中后，它在液体表面层的浓度和液体内部的浓度存在差异，此现象称为吸附现象。
正吸附作用
使表面层的浓度大于液体内部浓度的作用。
负吸附作用
使表面层的浓度小于液体内部浓度的作用。
表面活性
溶质在表面发生吸附而使溶液表面张力降低的性质。
表面活性物质
能使溶液表面张力降低而具有表面活性的物质。
γ－表面张力。单位：mN/m
2.2.2 表面自由能
γ=dG/dA
G－外界对液体作的功； L F A－液体新增表面的表面积； γ－表面自由能。单位：J/m2
2.2.3 表面张力的测定方法
(1) 滴重法
基本原理：从毛细管滴头滴下液体时，溶液表面张力越大，则滴下的液滴也越大。
γ=W/(2πRf)=Vρg/(2πRf)
(e) 脂肪基芳香烃基，如十二烷基苯基； (f) 环烷烃，主要指环烷酸皂类中的环烷烃基； (g) 含弱亲水基的亲油基，如聚氧丙烯基团。
亲油基的疏水性大小的顺序：
(a)>(b)>脂肪族烷基≥(f)>脂肪族烯基>(e)>(d)>(g)
2.4.3 亲水基团的影响
亲水基的类型：
(a) 阴离子表面活性剂中，如磺酸基(-SO3Na)、硫酸基 (-SO4Na)、羧酸基(-COONa)和磷酸基(-PO4Na)等； (b) 阳离子表面活性剂中，如季铵阳离子；
2.3.4 胶束的形状和大小
胶束聚集数
指缔合成胶束的表面活性剂分子或离子的数目，可用光散射法、扩散法、X射线衍射法、核磁共振法、渗透压法和超离心法等测定。
在水介质中，表面活性剂与水之间的不相似性(即疏水性)越大，则胶束聚集数越大。
2.3.5 胶束的作用
(1) 乳化作用
表面活性剂吸附于液体分散粒子上形成保护层而阻隔粒子之间发生相互碰撞，或改变分散粒子的静电性质而有利于双电层的形成，从而起到降低表面张力，使乳液容易生成并稳定的作用。
3～6 乳化作用；
12～15 润湿作用；
13～15 去污作用；
7～15 渗透作用；
8～18 乳化作用；
15～18 增溶作用。
2.4.2 亲油基团的影响
亲油基的类型：
(a) 氟代烃基，全氟烷基的疏水性最强； (b) 硅氧烃基；
(c) 脂肪族烃基，包括脂肪族烷基和脂肪族烯基；
(d) 芳香族烃基，如苯基、萘基等；
(3) 皂化值难测的非离子型表面活性剂
HLB=(E+P)/5
E－表面活性剂中亲水部分的质量分数； P－表面活性剂中多元醇的质量分数。
(4) 离子型表面活性剂
HLB=∑亲水基HLB基团数 -∑亲油基HLB基团数+7
HLB基团数－各种基团的HLB值，可从相关手册上查到。
(5) 亲水基相同的表面活性剂同系物