1、表面活性剂（ Surfactant） 及其应用 表面活性剂的一般结构 表面活性剂 是指能显著降低水的表面张力的一类物质 表面活性剂 从结构上看均为 两亲分子 ，即同时具有亲水的极性基团和憎水的非极性基团。 极性头 8 18C 长链烷基等非极性基团 非极性基团： 1. 最常见的是 8 18碳的直链烷烃，或环烃等 如 C17H35， R 等 2. 全氟表面活性剂：将上述碳氢链中的氢原子全部用氟原子取代即可。其疏水作用强于碳氢链，其水溶液表面张力可低至 20mN/m以下 H 3 C CC H 3C H 3S iC H 3C H 3( ) 4S iC H 3C H 3O3. 硅化合物类：如下所示的聚硅
2、氧烷链疏水性很突出 表面活性剂分类 表面活性剂通常采用其 极性基团 的结构来分类， 离子型 非离子型 阳离子型 阴离子型 两性型 表面活性剂 阳离子型和阴离子型的表面活性剂不能混用， 否则可能会发生沉淀而失去活性作用。 常用表面活性剂 1.阴离子表面活性剂 (1) 羧酸盐 RCOO 例如： 肥皂中的表面活性成分 硬脂酸钠 等 (2) 磺酸盐 R-SO3 例如： 洗衣粉中的 十二烷基苯磺酸钠 (ABS)等 (3) 硫酸酯盐 R-OSO3 (4) 磷酸酯盐 R-OPO32 2.阳离子表面活性剂 具有易吸附于一般固体表面及杀菌性两个特点 (1)伯胺盐 R-NH3 (2)季胺盐 CH3 | 例如 C1
3、6H33-N+-CH3Br | CH3 十六烷基溴化铵 (俗称 1631) (3) 吡啶盐 例如 C12H25(NC5H5)+ 常用表面活性剂 季胺盐水溶液具有强杀菌性，常用作消毒、杀菌剂 常用表面活性剂 3.两性表面活性剂 (3) 卵磷脂类 属天然表面活性剂，常用作食品添加剂 (1) 氨基酸型 R-NH2CH2-CH2COO 洗涤性能良好，常作为特殊洗涤剂 (2)甜菜碱型 CH3 R-N+-CH2COO- CH3 去污力强，对纤维有保护作用 4.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)
4、-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 的特点，广泛用于医药工业、食品工业以及生化实验 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 OO HO HOO HCORSpan OOO ( C 2 H 4 O ) y HOO ( C 2 H 4 O ) z HCORH ( C 2 H 4 ) xTween Ge
5、mini 在 Gemini表面活性剂中 ,两个离子头基是靠联接基团通过化学键而连接的 ,由此造成了两个表面活性剂单体离子相当紧密的连接 ,致使其碳氢链间更容易产生强相互作用 ,即加强了碳氢链间的疏水结合力 ,而且离子头基间的排斥倾向受制于化学键力而被大大削弱这就是 Gemini 表面活性剂和单链单头基表面活性剂相比较 ,具有 高表面活性 的根本原因。 常用表面活性剂性能参数 1. C20 ： 降低溶液表面张力 20mNm-1 时所需的表面活性剂浓度 , 该值愈小表明表面活性剂在界面的吸附能力愈强 。 2. 表面活性剂有效值 能够 把水的表面张力 降低到的最小值 。显然， 能把水的表面张力降得愈
6、低，该表面活性剂愈有效。 C20 有效值 杂质的原因 20mN/m 常用表面活性剂性能参数 CMC 在表面张力对浓度绘制的 曲线 上会出现转折。继续增 加活性剂浓度，表面张力不再 降低， 3. 临界胶束浓度 ( CMC ) (Critical Micelle Concentration) 表面活性剂溶液中 开始形成胶束的最低浓度称为 临界胶束浓度。 临界胶束浓度 (critical micelle concentration) 表面活性剂浓度变大 C CMC 溶液中的分子的憎水基相互吸引，分子自发聚集，形成球状、层状胶束，将憎水基埋在胶束内部 胶束 (micelle) 两亲分子溶解在水中达一定
7、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。 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。 球形胶束 棒状胶束 层状胶束 脂质双层与细胞膜 临界胶束浓度 (critical micelle concentration) 临界胶束浓度简称 CMC 表面活性剂在溶液中 开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度。 在 CMC附近，表面活性剂溶液的许多性质都会出现转折，如表面张力、电导率、去污能力等 可以利用测定表面张力，电导率等方法达到测定临界
8、胶束浓度的目的 常用表面活性剂性能参数亲水亲油平衡值 (hydrophile-lipophile balance) Griffin提出了用一个相对的值即 HLB值 来衡量表面活性物质的亲水性。 对非离子型的表面活性剂， HLB的计算公式为： HLB值 = 亲 水基质量 亲水基质量 +憎水基质量 20 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。 在表面活性剂的应用中，需根据不同目的选择具备适当亲水亲油性的表面活性剂 HLB值 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 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 | | | | | | | | | | 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 表面活性剂的重要作用 表面活性剂的用途极广，主要有五个方面： 1.润湿作用 2.起泡作用 4.增溶作用 3.乳化作用 5.洗涤作用
