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资源描述

1、表面活性剂,刘宏芳,日常生活中,表面活性剂随处可见.,传统的肥皂,现代的各种洗衣粉,香波,能使水的表面张力明显降低的溶质称为表面活性物质,这种物质通常含有亲水的极性基团和憎水的非极性碳链或碳环有机化合物。亲水基团进入水中，憎水基团企图离开水而指向空气，在界面定向排列。,表面活性物质的表面浓度大于本体浓度，增加单位面积所需的功较纯水小。非极性成分愈大，表面活性也愈大。,1 表面活性剂的分类,表面活性剂通常采用按化学结构来分类，分为离子型和非离子型两大类，离子型中又可分为阳离子型、阴离子型和两性型表面活性剂。显然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。,阴离子表面

3、洗涤剂,化妆品,食品加工,纺织工业,金属加工,石油、建筑,功能,应用,1 增溶作用 Solubilization,表面活性剂在水溶液中达到临界胶束浓度后，一些水不溶性或微溶性物质在胶束溶液中的溶解度可显著增加并形成透明胶体溶液，这种作用即增溶作用。,1.1 增溶作用的定义和特点,没有两相界面存在是热力学稳定体系溶液的其他物理性质没有明显改变。,cmc,1.2 增溶作用的方式,1 非极性分子在胶束内的增溶,在胶束内部，被增容的物质完全处于非极性环境中。,2 在表面活性剂分子间的增溶,分子结构与表面活性剂类似的极性有机化合物栅栏之间甚至拉入内部。,3 在胶束表面的吸附增溶,既不溶于水也不

4、溶于油的小分子极性有机化合物在胶束表面增容,4 聚氧乙烯基间的增溶,以聚氧乙烯基为亲水基的非离子表面活性剂包裹在胶束外层的长链中,增溶量：100mL已标定的浓度的表面活性剂溶液中，滴加被增溶物，当达饱和开始析出时的物质的量（mol） 42 1 3,1 非极性分子在胶束内的增溶 2 在表面活性剂分子间的增溶 3 在胶束表面的吸附增溶 4 聚氧乙烯基间的增溶,1.4 增溶作用的应用,乳液聚合开采石油胶片生产洗涤剂,临界胶束浓度简称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

5、胶束，这开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度。,这时溶液性质与理想性质发生偏离，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，而体相中的胶束不断增多、增大。,胶束与增溶作用,MICELLE,可以将“油” “藏” 在水中.,2 乳化与破乳作用,一种或多种液体以微滴状分散到另一种不相混溶的液体中所形成的多相分散体系，称为乳状液。这种形成乳状液的过程称为乳化。,分散相 (内相、不连续相) 分散介质 (外相、连续相) 水相 / 油相,2.1 乳状液的类型及形成,2.1.1 乳状液的类型和鉴别,1 水包油 O / W 2 油包水 W / O 3 套圈型,稀释法染

7、剂 |,1 HLB值法,HLB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平衡程度的量,定义为表面活性剂的亲水亲油平衡值。,四、HLB值的测定 1阿特拉散法（1）甘油单脂肪酸酯和多元醇脂肪酸酯 HLB值20（1一S/A）（2）多元醇脂肪酸酯氧化乙烯加聚物 HLB值（wE wP）/5 2川上法3戴维斯法 4混合表面活性剂,乳化法,乳化法的原理是用表面活性剂来乳化油相介质时, 当表面活性剂的HLB 值与油相介质所需的HLB 值相同时, 生成的乳液稳定性最好。对于一般的水性表面活性剂, 可以使用松节油(所需HLB 值为16) 和棉籽油(所需HL

8、B 值为6) 配制一系列需要不同HLB 值的油相, 每15 份油相中加入5 份待测表面活性剂, 然后加入80 份水, 搅拌乳化, 其中稳定性最好的试样中油相所需的HLB 值就是表面活性剂的HLB 值。对于油性表面活性剂, 可以固定油相为棉籽油, 用另外一种水溶性较大的表面活性剂如司盘60 (所需HLB 值为14. 9) 与待测表面活性剂配制成不同比例的系列复合乳化剂, 根据上述相同的方法, 也可测出表面活性剂的HLB 值。,1 乳化剂与分散相的亲和性。 2 乳化剂的配伍作用 3 乳化剂体系的特殊要求食品、化妆品用乳化剂应无毒、无特殊气味。冰淇淋用硬脂酸单甘油醋作乳化剂。雪花膏等则用司潘吐温混

9、合乳化剂4 乳化剂的制造工艺不宜过分复杂，原料来源应丰富；使用要方便。,2 转相温度PIT法（Phase Inversion Temperature）,主要针对非离子表面活性剂浊点 Cloud Point温度高低,2.4 乳化剂的破乳,有两相界面存在是热力学不稳定体系,物理法：离心法电沉积法超声波法过滤法,化学法：破乳剂顶替作用湿润作用絮凝作用,破坏界面膜,2.5 乳化和破乳的应用,农药生产、金属加工、沥青乳化食品、化妆品原油开采,3 液体对固体的润湿作用,在等温等压条件下，单位面积的液面与固体表面粘附时对外所作的最大功称为粘附功(WORK OF ADHESION)，它是液体能否润

10、湿固体的一种量度。粘附功越大，液体越能润湿固体，液-固结合得越牢。,在粘附过程中，消失了单位液体表面和固体表面，产生了单位液-固界面。粘附功就等于这个过程表面吉布斯自由能变化值的负值。,接触角的示意图：,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，通常用q表示。,在气、液、固三相交界点，气-液与气-固界面张力之间的夹角称为接触角，通常用q表示。,若接触角大于90，说明液体不能润湿固体，如汞在玻璃表面；,若接触角小于90，液体能润湿固体，如水在洁净的玻璃表面。,接触角的大小可以用实验测量，也可以用公式计算：,接触角CONTACT ANGLE,等温、等压条件下，单位面积的液

11、固界面取代了单位面积的气固界面并产生了单位面积的气液界面，这过程表面自由能变化值的负值称为铺展系数，用S表示。若S0，说明液体可以在固体表面自动铺展。,铺展系数 SPREDING COEFFICIENT,4.起泡作用,“泡”就是由液体薄膜包围着气体。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，用于浮游选矿、泡沫灭火和洗涤去污等，这种活性剂称为起泡剂。,也有时要使用消泡剂，在制糖、制中药过程中泡沫太多，要加入适当的表面活性剂降低薄膜强度，消除气泡，防止事故。,4.1 表面活性剂的起泡和稳定作用,1 表面活性剂的起泡性,表面活性剂在外界作用下产生气泡的难易程度加压通气、搅拌

12、W外=E=A,2 表面活性剂的稳泡性,稳泡剂,天然化合物高分子化合物合成表面活性剂,在肥皂水里加入一小匙的砂糖或少许的茶叶，放在阴暗处过夜后，就会发现这种肥皂水吹出来的泡泡颜色不但鲜艳，而且比较不容易破裂。,肥皂，热水,在制糖、制药、微生物工程、发酵酿造工业以及减压蒸馏、溶液浓缩和机械洗涤过程中泡沫太多，要加入适当的表面活性剂降低薄膜强度，消除气泡，防止事故。,3 表面活性剂的消泡作用,1 表面张力 2 界面膜的性质 3 表面张力的修复作用 4 表面电荷 5 泡内气体的扩散,泡沫的稳定性与那些条件相关呢？,1 降低局部表面张力,2 破坏界面膜的弹性使其失去自动修复作用,3 降低膜黏度,4

13、固体颗粒,消泡剂,1 降低局部表面张力 2 破坏界面膜的弹性使其失去自动修复作用 3 降低膜黏度 4 固体颗粒,1 天然油脂、矿物油 2 固体颗粒 3 合成表面活性剂,4.4起泡和消泡的应用,4.4.1 起泡作用在灭火中的应用,燃烧的条件：,温度,氧气,如何灭火呢？,核心内容,钻井液的流变性能,钻井液处理剂,钻井液的造壁性,钻井液体系,4.4.2 起泡作用在原油开采中的应用,钻井液,钻井液的主要作用（简图）,钻井液功用类型组成,钻井液凡钻进中一切有助于从井眼产生和清除钻屑的流体（液、气、液+气）。广义完井液一切与产层接触的流体（各种盐水、聚合物溶液、钻井液、泡沫等）。狭义完井液

14、钻开油气层的钻井液。,首先将粗矿磨碎，倾入浮选池中。在池水中加入捕集剂和起泡剂等表面活性剂。,搅拌并从池底鼓气，带有有效矿粉的气泡聚集表面，收集并灭泡浓缩，从而达到了富集的目的。,不含矿石的泥砂、岩石留在池底，定时清除。,表面活性剂用于矿石的浮选,浮游选矿的原理图,选择合适的捕集剂，使它的亲水基团只吸在矿砂的表面，憎水基朝向水。,当矿砂表面有5%被捕集剂覆盖时，就使表面产生憎水性，它会附在气泡上一起升到液面，便于收集。,无节制使用或不处理将污染河流,5.洗涤作用,洗涤剂中通常要加入多种辅助成分，增加对被清洗物体的润湿作用，又要有起泡、增白、占领清洁表面不被再次污染等功能。,其中占主要成分的表

15、面活性剂的去污过程可用示意图说明：,A.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，憎水基团朝向织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。,A.水的表面张力大，对油污润湿性能差，不容易把油污洗掉。,4 表面活性剂在洗涤剂中的应用,非离子型表面活性剂,阴离子型表面活性剂,两性表面活性剂,粉状洗涤剂,民用洗涤剂,工业洗涤剂,液体洗涤剂,洗发香波,餐具洗涤剂,轻垢液体洗涤剂,重垢液体洗涤剂,第一看产品外观。一般来说，假冒伪劣产品的外包装比较粗糙，整体色泽较为暗淡，手感比较平，没有立体感，有些产品

16、的说明文字模糊不清，而真洗发水的包装外观质地均匀，色泽鲜亮，手感错落有致，印刷字体清晰顺畅。,第二闻产品香味。香味是判断洗发水真假的重要依据。假的洗发水，香味或比较暗淡，或者根本就没有香味，另外有些假冒产品由于过多的加入了香精，闻起来有刺鼻的香味。而正品洗发水香味比较浓郁但很清新，给人的感觉比较舒爽。,洗发水的选用,第三点打开洗发水，来个“近距离接触”。挤出一点点洗发水，看一看它的粘稠度。假的洗发水，由于掺水比较多。显得比较稀而且有丝状。甚至时还会看到泡沫或拉丝现象。而真的洗发水，整体看起来比较均匀，色泽柔和鲜亮，没有拉丝状。洗起头来泡沫一般也比较丰富。,第四点问价钱。正规商店、商场的名

17、牌洗发水价钱比较高，一般都是真货，如果价位非常低，低于正品进货价20%以上，这就值得怀疑了。,洗发应注意的问题,1 不宜过勤根据自己的情况，大概一周洗两、三次就可以了。,2 不宜用二合一或多合一的洗发水,3 护法素的使用,天生卷或头发较为干枯的可适量增加护法素的用量。,非常细软的发质一般头皮都容易出油，可以少用护法素。,护法素中的多种化学物质可渗入头皮，进而会伤害大脑，只要用在发梢上即可，不要碰到头皮或者尽量清洗干净。,5 表面活性剂的生物学性质, 表面活性剂对药物吸收的影响低浓度，增加药物在胃肠道体液中的润湿性。浓度增加到临界胶束浓度以上时，药物被包裹在胶束内而不易释放，或因胶束太大，

18、不能透过生物膜，则会降低药物的吸收。表面活性剂有溶解生物膜脂质的作用，增加上皮细胞的通透性。,5 表面活性剂的生物学性质, 表面活性剂与蛋白质的相互作用蛋白质在碱性介质中羧基解离使其带负电荷，会与阳离子表面活性剂结合；在酸性介质中，其碱性基团则带正电荷，会与阴离子表面活性剂结合。外表面活性剂还可使蛋白质产生变性。,5 表面活性剂的生物学性质, 表面活性剂的毒性阳离子型阴离子型非离子型。离子型表面活性剂还具有较强的溶血作用。,3.6 分散和絮凝作用,涂料,墨水,消字液,改正液,分散的作用,感光材料,纳米材料,钻井泥浆,油墨,絮凝的作用,废水、污水的处理,聚丙烯酰胺共聚物阳离子絮凝剂,聚乙烯醇

19、,乳化剂/乳状液类型简单检测,一种或一种以上的液体以液珠的状态分散在另一种与其不相混溶的液体中构成的系统称为乳状液。,简单的乳状液通常分为两大类。习惯上将不溶于水的有机物称油，将不连续以液珠形式存在的相称为分散相或者内相，将连续存在的液相称为连续相(分散介质)或者外相。,可使乳液稳定的物质称为乳化剂。,天然乳状液：牛奶；石油；,当表面活性剂胶束溶液与不溶于水的油相接触时，会发生一系列的过程。,开始是油自动进入胶束内核，发生增溶作用。,随着油的不断进入，胶束胀大，最后在胶束内形成微滴。,这种体系称为微乳状液，简称微乳液。,什么是微乳状液(简称微乳液),微乳状液(简称微乳液)也属于乳状液.,1.水

20、包油乳状液，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。,2.油包水乳状液，用W/O表示。内相为水，外相为油，如油井中喷出的原油。,乳状液的破坏：使两相分离.,乳状液转化:W/O-O/W,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，说明油是不连续相。,乳状液的应用举例,15cm3煤油,25cm3水,0.8gC,震荡,W/O;外观为油.,0.1gSiO2,震荡, O/W,膨化燃油不等于水变燃油技术! 1999年的南极科考船被迫中途返航.,19861996年的骗子王洪成,300多个企业,上亿元投资.,水中含有氢和氧.氢和氧结合可以放

21、出大量能量!,请分析这句话.,有机硅表面活性剂,简介,有机硅表面活性剂一个全甲基化的硅氧烷为亲油基团一个或多个亲水基团表面张力烃类表面活性剂30dyn/cm 有机硅表面活性剂仅为20dyn/cm 有机硅表面活性剂能胜任普通表面活性剂不能使用的场合既能用于水性介质，也能用于非水介质,1. 表面活性剂的分子模型,表面活性由-CH2-体现由-CH3来体现表面能为30dyn/cm或更高表面能约为20dyn/cm 水面上一株茁壮的水草一朵盛开的睡莲,共同点,表面张力与浓度对数曲线有一个拐点，反映出有机硅表面活性剂的自聚集（胶束的形成）临界胶束浓度（CMC）随分子结构而变化，同一系列

22、有机硅表面活性剂，亲油基越大，CMC越小含聚烷氧基的有机硅表面活性剂也表现出溶解性随温度的反向变化和浊点,2. 有机硅表面活性剂的分子结构,亲油基全甲基聚硅氧烷、硅氧烷三聚体环状硅氧烷 T型硅氧烷含氟硅氧烷亲水基非离子型：EO, EO/PO, 糖阴离子型：硫酸盐阳离子型：季铵盐两性型：甜菜碱,结合方式,梳状接枝共聚物三聚硅氧烷接枝共聚物,A-B-A型嵌段共聚物,其它接枝共聚物,有机硅表面活性剂与传统表面活性剂的共混,这是一个很好的课题，但研究的人却很少。有人认为有机硅表面活性剂与传统表面活性剂没有协同作用，一定要说有的话，对阳离子、阴离子表面活性剂有副作用，对非离子表面

23、活性剂的协同作用很小还有人指出有机硅表面活性剂对十二烷基硫酸钠有明显降低表面张力的作用，而对CMC的影响很小非离子表面活性剂对有机硅表面活性剂的铺展作用有帮助，对铺展速率没有影响。总之，有机硅表面活性剂对传统表面活性剂有明显降低表面张力的作用，但是对乳化、分散等的协同作用很少，甚至有副作用。,有机硅表面活性剂在农用化学品中的应用,1973年，Jansen首次对有机硅表面活性剂在除草剂增效方面的功效进行了全面的评估到1980s，有机硅表面活性剂在除草剂增效方面的应用有了迅速的发展，这与全球范围的少耕种、非耕种农业技术推广，以及由此带动的苗后除草剂的广泛使用是分不开的有机硅表面活性剂的应用

24、不仅使除草剂的除草活性有明显增大，也使其耐雨水冲刷性能有了明显改善,除草剂的润湿行为对比（a.非离子，b.玉米油，c.有机硅）,6 表面活性剂的基本性能试验,一、发泡力的测定 1方法原理 2仪器设备 3检验步骤仪器的清洗仪器的安装待测样品溶液的配制灌装仪器测定 4检验结果,二、表面张力及界面张力的测定 1方法原理 2仪器设备 3检验步骤表面活性剂溶液的配制清洗仪器校正仪器测量 4、结果计算= fF/（4r）,三、临界胶束浓度的测定 1表面张力法测定表面活性剂cmc （1）方法原理（2）仪器设备（3）检验步骤试验溶液的配制清洗仪器、仪器的校正及表面张力的测定 cmc的

25、测定绘制曲线（4）结果计算,2. 电导法测定表面活性剂的cmc 方法原理仪器时间检验步骤待测溶液的配制测定检验结果 3 反离子活度测量法方法原理仪器时间检验步骤检验结果,四、HLB值的测定 1阿特拉散法（1）甘油单脂肪酸酯和多元醇脂肪酸酯 HLB值20（1一S/A）（2）多元醇脂肪酸酯氧化乙烯加聚物 HLB值（wE wP）/5 2川上法3戴维斯法 4混合表面活性剂,5.2 表面活性剂的定性分析,一、离子类型的鉴别 1泡沫特征试验 2亚甲基蓝-氯仿试验阴离子型的鉴定阳离子型的鉴定非离子型的鉴定 3混合指示剂颜色反应溶液配制检验步骤,4磺基琥珀酸酯试验 5溴酚蓝

26、试验溶液配制检验步骤 6浊点试验适用对象操作步骤 7硫氰酸钴盐试验 8氧肟酸试验溶液配制检验步骤,二、元素定性分析 1. 金属钠熔法仪器和试剂检验步骤 2. 元素的鉴定（1）硫的鉴定（2）氮的鉴定普鲁士蓝试验氯胺T-双甲酮试验（3）磷的鉴定（4）卤素（Cl，Br，I）的鉴定（5）氟的鉴定（6）硅的检验,三、官能团的化学分析 1盐酸水解试验 2酯的羟肟酸试验 3氯化铁试验 4催化酯化试验 5酚酞试验 6氢氧化钾水解试验 7磷酸热分解试验 8溴和溴化钾试验 9Dragendorff试验 10茚三酮试验,5.3 定量分析,一、阴离子表面活性剂定量分析 1、直接两相

27、滴定法（1）方法原理在水和三氯甲烷的两相介质中，在酸性混合指示剂存在下，用阳离子表面活性剂氯化苄苏鎓滴定，测定阴离子活性物的含量。（2）试剂和仪器（3）检验步骤（4）结果表示 2亚甲基蓝分光光度法（1）方法原理用三氯甲烷萃取阴离子表面活性剂与亚甲基蓝所形成的复合物，然后用分光光度法定量阴离子表面活性剂。（2）试剂和仪器（3）检验步骤,二、阳离子表面活性剂定量分析 1. 直接两相滴定法原理与GB/T 51731995直接两相滴定法测定阴离子活性物一致 2. 适用对象 3. 仪器设备和试剂 4. 检验步骤 5. 结果表示 1000/（）,三、非离子表面活性剂的定量分析 1硫氰酸钴分光光度法（1）方法原理（2）试剂和仪器（3）检验步骤（4）结果表示 2泡沫体积法（1）方法原理（2）试剂和仪器（3）检验步骤（4）结果表示,四、两性表面活性剂的定量分析 1磷钨酸法（1）方法原理（2）试剂和仪器（3）检验步骤（4）结果表示 2比色法（1）方法原理（2）试剂和仪器（3）检验步骤,

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