表面活性剂和液晶

1.表面活性剂定义：在加入量很少时即能明显降低溶剂表面张力，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：1.阴离子表面活性剂2.阳离子表面活性剂3.两性表面活性剂按亲水基结构：1.羧酸盐类2.磺酸盐类3.硫酸酯盐类4.磷酸酯眼泪5.胺盐类6.季铵盐7.鎓盐类8.多羟基型9.聚氧乙烯型3.表面活性，表面活性物质，表面活性剂：表面活性：使溶剂表面张力降低的性质表面活性物质：具有表面活性的物质表面活性剂：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4.表面活性如何表征：溶质在表面发生吸附，使溶液表面张力降低5.表面活性剂的两大性质：1.降低表面张力2.形成胶束6.什么是临界胶束浓度及其测定方法：临界胶束浓度：开始形成胶束的最低浓度测定方法：1.表面张力法2.电导法3.增溶作用法4.染料法5.光散射法7.什么是表面活性剂的HLB值，有什么意义HLB值：亲水亲油平衡值意义：HLB值越大，亲水性越强；HLB只越小，亲油性越强8.影响表面活性剂性能的结构因素包括哪些方面？表面活性剂分子形态，分子量和其润湿去活能力的关系？因素包括：亲水基；疏水基；分子形态；分子大小。

分子形态的影响：1.亲水基位于分子中间时，润湿性能比位于分子末端强，亲水基在末端的去活力强；2.亲油基团中带分子结构的具有较好的润湿和渗透性能，但去活力较小分子大小的影响：分子量大的洗涤，分散，乳化性能好；分子量少的润湿，渗透作用好。

9.表面张力的定义：作用在表面单位长度边缘上的力。

10.表面张力的测定方法：滴重法；毛细管上升法；环法；吊片法；最大气泡法；滴外形法。

11.表面活性剂的结构特征：由一部分疏水基团和一部分亲水基团构成，这两部分处于表面活性剂分子两端形成不对称的结构，疏水基团由疏水亲油的非极性碳氢链构成，亲水基团由亲水疏油的极性基团构成。

一、名词解释1.表面与界面：界面是指物质的相与相之间的交界面（约几个分子厚的过渡区）。

若其中一项为气体，这种界面通常称为表面。

2.表面活性剂：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。

3.表面活性：这种因表面正吸附而使液体表面张力降低的性质称为表面活性。

表面活性剂所具有的润湿和反润湿，渗透和防水，乳化和破乳，分散和凝聚，起泡和消泡，洗涤，抗静电，润滑以及增溶等一系列作用称为表面活性。

4.临界胶束浓度（cmc）：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（critical micelle concentration, cmc）。

5.Krafft点与浊点：对离子型表面活性剂，在温度较低时，表面活性剂的溶解度一般都较小，当达到某一温度时，表面活性剂的溶解度突然增大，这一温度被称为Krafft点。

对非离子型表面活性剂则不同，它存在浊点（cloud point），即一定浓度的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的温度点。

6.特劳贝（Traube）规则：在稀水溶液中，当c很小时，γ-c略成直线，每增加一个一CH2一基团时，其负斜率约为原来的三倍。

7.效率和有效值：表面活性剂的效率(efficiency)由测定表面活性剂使水的表面张力明显下降至一定值时的所需浓度来度量的。

有效值(effectiveness) 是表面活性剂能使溶液的表面张力降低到可能达到的(一般在cmc附近)最小值（γcmc)。

8.酸值：是指中和1克脂肪中的游离脂肪酸所需的氢氧化钾的毫克数。

9.皂化值：是指水解1克油脂所需要氢氧化钾的克数。

10.冰山结构（iceberg sturcture）：表面活性剂溶于水后，使水中原来的氢键结构重新排列，亲油基周围也形成一“整齐结构”，即所谓“冰山结构”。

表面活性剂的七大作用！1润湿作用要求：HLB：7-9所谓润湿即固体表面吸附的气体为液体所取代的现象, 能增强这一取代能力的物质称为润湿剂。

润湿一般分为三类∋接触润湿一沾湿( 浸入润湿一浸湿( 铺展润湿一铺展。

其中铺展是润湿的最高标准, 常以铺展系数) 作为体系之间润湿性能的指标。

此外, 接触角大小也是润湿好坏的判据使用表面活性剂可以控制液、固之间的润湿程度。

农药行业中在粒剂及供喷粉用的粉剂中，有的也含有一定量的表面活性剂，其目的是为了提高药剂在受药表面的附着性和沉积量，提高有效成分在有水分条件下的释放速度和扩展面积，提高防病、治病效果。

在化妆品行业中，做为乳化剂是乳霜、乳液、洁面、卸妆等护肤产品中不可或缺的成分。

2胶束与增溶作用要求：C>CMC （ HLB13~18）表面活性剂分子缔合形成胶束的最低浓度。

当其浓度高于CMC值时，表面活性剂的排列成球状、棒状、束状、层状/板状等结构。

增溶体系为热力学平衡体系；CMC越低、缔合数越大，增溶量（MAC）就越高；温度对增溶的影响：温度影响胶束的形成，影响增溶质的溶解，影响表面活性剂的溶解度离子型表面活性剂的溶解度随温度增加而急剧增大这一温度称为Krafft点， Krafft点越高，其临界胶束浓度越小。

对于聚氧乙烯型非离子表面活性剂，温度升高到一定程度时，溶解度急剧下降并析出，溶液出现混浊，这一现象称为起昙，此温度称为昙点。

在聚氧乙烯链相同时，碳氢链越长，浊点越低；在碳氢链相同时，聚氧乙烯链越长则浊点越高。

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是不同的, 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。

经X射线衍射证实, 增溶后各种胶束都有不同程度的增大, 而整个溶液的的依数性变化不大。

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。

绪论1.表面活性物质：凡是能降低溶剂表面张力的物质——有机酸、醇、醛溶液2.非表面活性物质：不能降低溶剂表面张力的物质——NaCl、Na2SO4等3.表面活性剂：在浓度很低时能大大降低溶剂的表面张力，在浓度达到一定值时，随浓度的增加，表面张力不再变化或变化不明显的物质——C8以上有机酸、有机胺盐、磺酸盐、苯磺酸盐4.表面活性剂的功能：①在表（界）面上吸附，形成吸附膜②在溶液内部自聚，形成胶团5.表面活性剂分类：⑴阴离子型：极性基带负电——羧酸盐（RCOO-M+）、磺酸盐（RSO3-M+）、硫酸酯盐（ROSO3-M+）、磷酸盐（RPO4-M+）⑵阳离子型：极性基带正电——季铵盐(RN+R’3 A-)、胺盐（RnNHm+A-，m=1~3，n=1~3）⑶两性型：正电性基团主要为氨基、季铵基，负电性基团主要是羧基和磺酸基。

氨基酸型：R-NH(CH2)n-CH2COO- 甜菜碱型：RN+(CH3)2CH2COO-咪唑啉型：N----CH2----CH2|| |R——C————-N+——CH2CH2OH|CH2COO-⑷非离子型：极性基不带电①多元醇类化合物（蔗糖酯型、甘油酯型、失水山梨醇脂肪酸酯——司盘）②聚乙二醇型（OP型——烷基酚聚氧乙烯醚平平加型——脂肪醇聚氧乙烯醚吐温型——聚山梨酯）⑸混合型：两种亲水基团，一种带电，一种不带电醇醚硫酸盐 R(C2H4O)nSO4Na6.表面张力：作用于液体表面单位长度上使表面收缩的力（N/m）第一章表面活性剂的功能及其作用1.临界溶解温度（Tk 克拉夫特点）:离子型表面活性剂在水中的溶解度随温度的上升逐渐增加，当达到某一特定温度时，溶解度急剧陡升，该温度称为临界溶解温度2.Sa的浊点：非离子表面活性剂在水中的溶解度随温度的上升而降低，升至某一温度，溶液出现浑浊，经放置或离心可得到富胶团和贫胶团两个液相，这个温度称为该Sa的浊点（Tp）亲水基相同时，亲水基增加，亲水性升高，浊点升高；亲水基加成数固定，碳增加，亲油性升高，浊点降低。

液晶乳化剂和液晶化妆品一、液晶化妆品的定义液晶是介于液体和固体之间的中间态，又被称为介晶态。

具有热力学稳定性，是一种不完全溶解状态，具有结构上的有序性和流动性。

含有液晶结构的O/W 化妆品乳液即所谓的液晶化妆品，化妆品乳液中的水和表面活性剂间的微弱相互作用可以使得乳液中形成一定量和具有一定顺序的离液型液晶，这样的液晶结构常常有强烈的双折射性且对温度敏感。

[1] 液晶可分为：热致变性液晶和离液型液晶。

热致变性液晶，通过加热某组分，使之从固体晶体到不稳定；离液型液晶，利用水和表面活性剂的相互作用控制，在一定范围和浓度内得到。

最常见的溶致液晶是由水和“双亲”性分子所组成。

双亲分子缔合使体系自由能减小，极性基团靠电性的相互作用被此缔合形成层状结构的亲水层，非极性基团因范德华力缔合形成非极性碳氢层，这样即构成层状液晶结构。

随着溶致液晶组成的变化，分子进一步组成聚集体(胶束)，周围的溶剂(水、有机物)参与缔合，可以构成各种溶致液晶相。

[2-3] 表面活性剂在水中形成介晶态的整个过程如下所示：固体晶态—层状液晶(净相)—≥立方状液晶(立方型)—≥六方状液晶(中间态) —胶束溶液二、乳液中液晶结构乳液中主要有两种层状液晶结构：封闭的球状液晶结构olcosomes（即油脂体）和非封闭带状或片状hydrosomes（水相液晶），在不同的2种溶液中共存，如下图。

[4]三、液晶乳液的优点1）增加乳状液的稳定性油滴周围的多层结构在流变性上起到了阻碍凝聚的作用，而且两个油滴之间的V anderwaalS力变得很低，由于液晶高度的塑变性，层状胶网也可减缓油滴的移动。

[3]2）增强保湿性油滴周围的层状液晶相和水中的胶网状结构都含有溶胀了水的多层结构，O／W乳状液中高达总水量的50％的水存在于这样的结构中。

当涂用在皮肤上时，这样的水分不容易立即挥发从而达到充实长久的效果。

Suzuki通过活体试验法证明了这样的结构表现出比没有这种结构的乳状液有增加3倍的皮肤保湿效果。

大 学 化 学Univ. Chem. 2024, 39 (4), 114收稿：2023-09-10；录用：2023-10-30；网络发表：2023-11-22*通讯作者，Emails:**************.cn(马莹);************.cn(杜娜)基金资助：山东省本科教学改革研究项目(Z2021039)•专题• doi: 10.3866/PKU.DXHX202309033 表面活性剂溶致液晶的表征及相图绘制姜渝凯，王一涵，张云恺，尉云平，马莹*，杜娜*山东大学化学与化工学院，胶体与界面化学教育部重点实验室，济南 250100摘要：该实验以离子型表面活性剂C 14TAB-水二元体系为研究对象，通过偏光显微镜和目视观察法详细研究体系的各向同(异)性、双折射、偏光织构等光学性质和相行为，利用小角X 射线散射(SAXS)技术表征溶致液晶相的结构和参数，并绘制其二元相图。

该实验在原有综合化学实验的基础上拓展研究体系，降低实验成本，提升实验准确性，可帮助学生在了解溶致液晶表观性质的基础上，进一步认识其微观结构，掌握表征技术的原理和方法，激发学生对物理化学实验的兴趣，有助于学生科学逻辑思维的拓展和实验技能的提高。

关键词：溶致液晶；表面活性剂；双折射；小角X 射线散射中图分类号：G64；O6Characterization and Phase Diagram of Surfactant LyotropicLiquid CrystalYukai Jiang, Yihan Wang, Yunkai Zhang, Yunping Wei, Ying Ma *, Na Du *Key Laboratory of Colloid and Interface Chemistry (Ministry of Education), School of Chemistry and Chemical Engineering, Shandong University, Jinan 250100, China.Abstract: Based on the binary system of ionic surfactant C 14TAB and water, the optical properties and phase behavior of them including isotropy/anisotropy, birefringence, and optical texture are studied by polarized light microscopy and visual observation. The structure and parameters of the lyotropic liquid crystal phase are characterized by small angle X-ray scattering (SAXS), and the binary phase diagram is constructed. This experiment expands the research system, reduces the experimental cost, and improves the experimental accuracy based on the original comprehensive chemistry experiment. It is helpful to understand the microstructure and properties of lyotropic liquid crystals; master the principles and methods of characterization techniques; stimulate the interests of students in physical chemistry. Further, it contributes to help students expand their scientific logic and improve their experimental skills.Key Words: Lyotropicliquid crystal; Surfactant; Birefringence; Small angle X-ray scattering表面活性剂溶致液晶的表征及相图绘制[1]是我们在近期实验教学中设计和改进的一个实验项目，适用于物理化学实验或综合化学实验。

液晶结构及其在化妆品中的应用随着中国化妆品市场的快速发展，高品质逐渐成为化妆品消费核心驱动力，高端化妆品的产品研发创新因前沿科学技术的应用有了更多可能性。

同时，功效性的实现也是化妆品技术领域需要解决的重要因素之一。

液晶技术因其独特的结构，可以提高产品稳定性，缓释活性成分并促进其渗透，提高保湿力，与皮肤亲和性好等优点在一定程度上有助于化妆品功效性的实现，为化妆品发展提供了更多可能性。

1888年，奥地利植物学家F.Renitzer在加热胆甾醇苯甲酸酯时发现了液晶现象，当温度在145.5-178.5℃时，胆甾醇苯甲酸酯看上去是流动的液态，具有表面张力，同时又具有像晶体一样在不同方向上有不同的物理性质，并且在这温度范围内，不同温度下会呈现不同的颜色。

F.Renitzer进一步研究发现除了胆甾醇苯甲酸酯还有一些物质也具有既像液体又像晶体的“两栖”性质。

但“液晶”这一术语是由1980年德国物理学家O.Lehmann首次提出，他不仅找到了胆甾醇苯甲酸酯在145.5-178.5℃这一温度范围内变色的奥秘，并且还发明了带加热器的偏正光显微镜——液晶检测仪。

在进行了大量的研究之后，O.Lehmann将液晶进行了科学的分类，为液晶研究做出了卓越的贡献。

某些物质在熔融状态或被溶剂溶解后，尽管失去固态物质的刚性，却获得了液体的易流动性，并保留着部分晶态物质分子的各向异性有序排列，形成一种兼具晶体和液体的部分性质的中间态，这种由固态向液态转化过程中存在的取向有序流体称为液晶。

液晶是一种介于液体和晶体之间的“中介相”物质，既具有液体的连续性、流动性，又具有晶体的各向异性，具有双折射现象。

虽然液晶也具有晶体所特有的双折射性，但是并不存在晶体的空间晶格。

因为液晶只是保留有晶体的某种有序排列，其分子排列时存在位置上的短程无序性和取向上的一维或者二维长程有序，从而在物理性质方面，宏观上表现出各向异性。

液晶根据生成条件和组成的不同分为两大类：溶致液晶和热致液晶。

液晶乳化剂成分
液晶乳化剂的成分可以根据具体产品的配方而有所不同，但通常包括以下几种主要成分：
1. 表面活性剂：液晶乳化剂中最常见的成分之一是表面活性剂，它们能够在油水界面上形成稳定的乳化系统。

常见的表面活性剂包括非离子型、阴离子型和阳离子型表面活性剂。

2. 油相成分：液晶乳化剂中的油相成分可以是各种类型的油脂或油溶性物质，如植物油、矿物油、硅油等。

这些油相成分通常用于提供保湿、滋润或柔软皮肤的效果。

3. 水相成分：水相成分主要是水和水溶性物质，如甘油、丙二醇等。

它们起到调节乳化剂的粘度和稠度，增加产品的透明度，并提供一定的保湿效果。

4. 乳化剂辅助成分：为了增加产品的稳定性和特殊功能，液晶乳化剂中可能还包含一些辅助成分，如增稠剂、防腐剂、抗氧化剂、香料、色素等。

需要注意的是，具体液晶乳化剂的成分可能根据不同品牌和产品而有所差异，建议查看产品包装或咨询相关厂家获取详细的成分信息。

探讨液晶结构及其在化妆品中的应用研究摘要：液晶所具有的一些特性和有生命物质存在一定的相似性，它能够敏感的感受到外界声音、光线、温度、磁场、机械压力等各种因素的变化，同样也会对环境中的化学条件变化产生较强的反应。

液晶结构作为化妆品中的重要应用内容，对化妆品的发展有十分重要的影响。

本文对液晶结构进行了简单讨论，对液晶结构在化妆品中的应用进行了阐述，以供参考。

关键词：液晶结构；化妆品；应用100年前，科学家在对胆甾醇苯甲酸酯进行研究时，发现将该晶体加热到145.5℃时，晶体变成了一种更加浑浊粘稠的液体，随后对液体进一步加热，当温度达到178.5℃时，浑浊粘稠的液体变成了一种透明的流体。

随后将流体进行冷却，在相同的温度点出现了明显的反向转化[1]。

通过这个实验可以看出，物质在固体晶态与液态之间形成了一种较为特殊的中间状态，这种状态可以看做物质的第四状态，一般被称作液晶相或中间相，在这一状态下的物质就被称为液晶。

一、液晶结构液晶相状态下的物质具有明显的特殊结构，他们的分子往往会呈现出缩聚的状态，并且紧紧的包结在一起。

这主要是因为在这一状态下，物质的分子之间存在着较为特殊的相互作用，使得液晶相的物质分子呈现出了相互平行排列的状态。

这种排列的特点会随着物质温度的提升而减弱，通过搅动会打破这一排列趋势。

想要使这种结构得到有效的保持，需要对两种作用进行有效的平衡。

但是这种平衡存在较大的不稳定性，温度的些许变化就有可能改变液晶的结构。

冷却使液晶分子之间的线性排列趋势进一步增加，从而使分子渐渐形成了固态结晶。

随着温度靠近熔点，液晶中的分子排列顺序进一步减弱，此时分子进入了热运动状态，但是这种排列顺序并没有完全消失，仍然存在一些力能够使分子始终保持线性排列的状态。

对物质进一步加热达到熔点后，物质就会从固体结晶的状态过渡到浑浊的液体状态，此时物质的液晶相也会产生相应的变化，随着温度的进一步升高则会进入到均质透明的流体状态。

表面活性剂基础知识详解1、表面张力分子在液体表面相对高速运动，分子之间存在内聚力，表面分子向本体进行收缩，我们把液体表面任意单位长度的收缩力称为表面张力，单位为N•m-1。

2、表面活性和表面活性剂将能降低溶剂表面张力的性质称为表面活性，而具有表面活性的物质称为表面活性物质。

把能在水溶液中分子发生缔合且形成胶束等缔合体，并具有较高的表面活性，同时还具有润湿﹑乳化﹑起泡﹑洗涤等作用的表面活性物质称为表面活性剂。

3、表面活性剂的分子结构特点表面活性剂是一种具有特殊结构和性质的有机化合物，它们能明显地改变两相间的界面张力或液体（一般为水）的表面张力，具有润湿﹑起泡﹑乳化﹑洗涤等性能。

就结构而言，表面活性剂都有一个共同的特点，即其分子中含有两种不同性质的基团，一端是长链非极性基团，能溶于油而不溶于水，亦即所谓的疏水基团或憎水基，这种憎水基一般都是长链的碳氢化合物，有时也为有机氟﹑有机硅﹑有机磷﹑有机锡链等。

另一端则是水溶性的基团，即亲水基团或亲水基。

亲水基团必须有足够的亲水性，以保证整个表面活性剂能溶于水，并有必要的溶解度。

由于表面活性剂含有亲水基和疏水基，因而它们至少能溶于液相中的某一相。

表面活性剂的这种既亲水又亲油的性质称为两亲性。

4、表面活性剂的类型表面活性剂是一种既有疏水基团又有亲水基团的两亲性分子。

表面活性剂的疏水基团一般是由长链的碳氢构成，如直链烷基C8～C20，支链烷基C8～C20，烷基苯基（烷基碳原子数为8～16）等。

疏水基团的差别主要是在碳氢链的结构变化上，差别较小，而亲水基团的种类则较多，所以表面活性剂的性质除与疏水基团的大小﹑形状有关外，主要还与亲水基团有关。

亲水基团的结构变化较疏水基团大，因而表面活性剂的分类一般以亲水基团的结构为依据。

这种分类是以亲水基团是否是离子型为主，将其分为阴离子型﹑阳离子型﹑非离子型﹑两性离子型和其他特殊类型的表面活性剂。

5、表面活性剂水溶液的特性①表面活性剂在界面上的吸附表面活性剂分子中具有亲油基和亲水基，为两亲分子。

表面活性剂的基本理论知识1．表面张力把液体表面任意单位长度的收缩力称为表面张力，单位为N•m-1。

2．表面活性和表面活性剂将能降低溶剂表面张力的性质称为表面活性，而具有表面活性的物质称为表面活性物质。

把能在水溶液中分子发生缔合且形成胶束等缔合体，并具有较高的表面活性，同时还具有润湿﹑乳化﹑起泡﹑洗涤等作用的表面活性物质称为表面活性剂。

3．表面活性剂的分子结构特点表面活性剂是一种具有特殊结构和性质的有机化合物，它们能明显地改变两相间的界面张力或液体（一般为水）的表面张力，具有润湿﹑起泡﹑乳化﹑洗涤等性能。

就结构而言，表面活性剂都有一个共同的特点，即其分子中含有两种不同性质的基团，一端是长链非极性基团，能溶于油而不溶于水，亦即所谓的疏水基团或憎水基，这种憎水基一般都是长链的碳氢化合物，有时也为有机氟﹑有机硅﹑有机磷﹑有机锡链等。

另一端则是水溶性的基团，即亲水基团或亲水基。

亲水基团必须有足够的亲水性，以保证整个表面活性剂能溶于水，并有必要的溶解度。

由于表面活性剂含有亲水基和疏水基，因而它们至少能溶于液相中的某一相。

表面活性剂的这种既亲水又亲油的性质称为两亲性。

4．表面活性剂的类型表面活性剂是一种既有疏水基团又有亲水基团的两亲性分子。

表面活性剂的疏水基团一般是由长链的碳氢构成，如直链烷基C8～C20，支链烷基C8～C20，烷基苯基（烷基碳原子数为8～16）等。

疏水基团的差别主要是在碳氢链的结构变化上，差别较小，而亲水基团的种类则较多，所以表面活性剂的性质除与疏水基团的大小﹑形状有关外，主要还与亲水基团有关。

亲水基团的结构变化较疏水基团大，因而表面活性剂的分类一般以亲水基团的结构为依据。

这种分类是以亲水基团是否是离子型为主，将其分为阴离子型﹑阳离子型﹑非离子型﹑两性离子型和其他特殊类型的表面活性剂。

5．表面活性剂水溶液的特性①表面活性剂在界面上的吸附表面活性剂分子中具有亲油基和亲水基，为两亲分子。

水是强极性液体，当表面活性剂溶于水中时，根据极性相似相引﹑极性相异相斥原理，其亲水基与水相引而溶于水，其亲油基与水相斥而离开水，结果表面活性剂分子（或离子）吸附在两相界面上，使两相间的界面张力降低。