表面活性劑優(yōu)秀課件

表面活性劑,1、定義將少量物質加到溶劑(溶液)中即可顯著降低溶劑(溶液)的表(界)面張力，使體系的表(界)面狀態(tài)發(fā)生明顯變化。2、分類2.1按表面活性劑在水中的電離情況分類（A）陰離子型表面活性劑（B）陽離子型表面活性劑（C）非離子型表面活性劑（D）兩性類表面活性劑使用：一般陰離子型、陽離子型表面活性劑不可同時混用,1,表1-表面活性劑的主要親水親油基團,2,表-2表面活性劑按親水基種類分類,3,4,2.2高分子表面活性劑：通常將分子量在數(shù)千以上且具有表面活性的物質稱為高分子表面活性劑2.3特種表面活性劑(A)有機氟表面活性劑:疏水基為全氟代的烷基(B)有機硅表面活性劑:疏水基為聚二甲基硅氧鏈(C)高分子表面活性劑:天然(果膠酸鈉,羧基淀粉,羧甲基纖維素CMC),合成(PVA,聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物)(D)有機硼表面活性劑,5,2.4生物表面活性劑:利用微生物在一定條件下,將某些物質轉化為具表面活性劑特性的代謝物.如:海藻糖脂,磷脂類,鼠李糖,蛋白脂-多糖聚合物3、特征、結構與性質3.1特征兩親性：親水親油性溶解性：溶于液相中的某一相,6,界面吸附：達到平衡時，其在界面上的濃度要大于其作為溶質在溶液整體中的濃度界面定向：在界面上定向排列成分子層形成膠束：當其在溶劑中的濃度達到一定時，會聚集形成膠束，此濃度的極限值稱為臨界膠束濃度CMC（CriticalMicelleConcentration）多功能性：其溶液通常具有多種復合的功能，如清洗，發(fā)泡，潤濕，乳化，增溶，分散等,7,3.2結構及性質不對稱結構：親水親油基團一般分處兩端，使其一部分可溶于水而另一部分易自水中逃逸。疏水基團：脫離水包圍的趨勢，自身互相靠近并聚集，致使其在水溶液表面上吸附，并在溶液內(nèi)部形成膠束。表面張力與lgC：作圖可確定CMC,8,9,4、相關物性4.1表面張力：單位面積的表面自由能。水中加入表面活性劑后，表面張力迅速下降，開始時表面張力隨其濃度增加而急劇下降，以后則大體保持平衡。4.2膠束：表面活性劑在超過一定濃度范圍后急速聚集，形成了所謂的膠束分子或離子集合體。4.3顯效點（KrafftPoint）:離子型表面活性劑在水中的溶解度在低溫時只隨溫度的升高緩慢增加,溫度升至某一值后,溶解度迅速增大,此點為-。該點的濃度為該溫度下的CMC。4.4濁點（CloudPoint）:緩慢加熱非離子表面活性劑的透明水溶液，當表面活性劑開始析出，溶液呈現(xiàn)渾濁時的溫度。故非離子表面活性劑在濁點以上不溶于水，而在濁點以下溶于水。,10,4.5親水親油平衡值HLB（HYDROPHILIC-LIPOPHILICBALANCE）值表面活性劑的親水親油部分有適當?shù)钠胶獗壤砻婊钚詣┰诮缑嫔闲纬上喈斀Y實的吸附膜與其親水親油部分的大小比例有關。若將HLB作為結構因子的總和來處理，把表面活性劑結構分解成一些基團，每一基團對HLB值均有確定的貢獻：HLB=7+（親水的基團數(shù)）-（親油的基團數(shù)）其中親水的基團數(shù)，親油的基團數(shù)可查相關手冊對只有-（C2H4O）n-為親水基的非離子表面活性劑HLB=E/5（E為表面活性劑中C2H4O質量百分數(shù)）陰陽離子型表面活性劑的HLB在140之間非離子型表面活性劑的HLB在10之間,11,5、表面活性劑的應用5.1潤濕：固體表面和液體表面接觸時，原來的固-氣界面消失，形成新的固-液界面。5.2滲透作用：借助表面活性劑向物體內(nèi)部進行滲透。5.3乳化作用：互不相溶的兩種液體以微小粒子分散于另一種液體中的現(xiàn)象叫乳化。表面活性劑向油水界面吸附，疏水基一端溶入油中，親水基一端留在水中，定向排列成一層保護層，降低了油水兩相界面上的界面張力，降低了油在水中分散所需要的功，達到油與水乳化的目的。,12,5.4增溶：也叫加溶，表面活性劑能使某些難溶或不溶于水的有機物在水中的溶解度顯著提高。此現(xiàn)象是當處于或高于CMC濃度時才明顯表現(xiàn)出來。此時，膠束內(nèi)部與液狀烴近似，為熱力學穩(wěn)定的各向同性溶液。不同于溶解作用,因為被增溶的有機物是進入表面活性劑的膠團中增加溶解的;也不同于乳化作用,因為乳化形成的乳化體是外觀一般不透明、熱力學不穩(wěn)定體系;而增溶形成的是透明、熱力學穩(wěn)定、各向同性的溶液。,13,苯乳狀液的穩(wěn)定性顯著低于苯增溶體系的原因在于：乳化的苯蒸汽壓與純苯相同；而增溶的苯蒸汽顯著低于純苯；由化學勢=+RTlnP，乳狀液的化學勢大于增溶溶液的化學勢。5.5分散作用：使固體微粒均勻分散在另一液體內(nèi)部。5.6起泡作用：表面活性劑分子的親水基向著內(nèi)部，疏水基向著外部（空氣）排列，最后形成雙分子膜結構。5.7洗滌作用：表面活性劑降低表面張力而產(chǎn)生的潤濕，滲透，乳化，分散，增溶等多種作用的綜合結果。,14,5.8浮選至少涉及氣、液、固三相。首先是采用能大量起泡的表面起泡劑。當在水中通人空氣或由于水的攪動引起空氣進入水中時，表面活性劑的憎水端在氣液界面向氣泡的空氣一方定向，親水端仍在溶液內(nèi)，形成了氣泡。另一種起捕集作用的表面活性劑（一般都是陽離子表面活性劑，也包括脂肪胺），吸附在固體礦粉的表面。這種吸附隨礦物性質的不同而有一定的選擇性。其基本原理是利用晶體表面的晶格缺陷。而向外的憎水端部分地插入氣泡內(nèi)。這樣在浮選過程中氣泡就可把指定的礦粉帶走，達到選礦的目的。,15,16,6、表面活性劑派生的性質及應用6.1纖維的柔軟整理劑:表面活性劑的親水基被纖維表面吸附,疏水基背離纖維表面朝向空氣,使纖維表面間的摩擦力降低,因而使人感到纖維柔軟潤滑.作為潤滑柔軟劑的表面活性劑疏水基具有較長的鏈烴結構.6.2抗靜電整理劑:疏水基-增加纖維織物的潤滑,降低纖維的摩擦系數(shù),使靜電不容易產(chǎn)生;親水基-吸收水分,使產(chǎn)生的靜電容易傳遞到大氣中去,避免靜電.6.3殺菌劑:陽離子表面活性劑具有較強的殺菌抑菌性,尤其是含有芐基時.,17,6.4勻染劑:使染料在纖維織物上均勻上色或延緩上色,并能使染料從纖維的重色區(qū)域轉移至淺色區(qū)域的功能.（A）親纖維勻染劑（B）親染料勻染劑6.5防水整理劑:纖維織物或紙張表面常帶有負電,一些陽離子表面活性劑由于電荷的相互作用,能吸附在纖維表面上,表面活性劑的疏水基朝外,在纖維表面上形成連續(xù)的防水膜,從而產(chǎn)生防水性.（A）分類：不透氣型，透氣型（B）方法：吸附法，化學結合法,18,以十二烷烴為原料通過簡單化學反應生成各種表面活性劑,7、各種表面活性劑的合成概述,19,7.1陰離子表面活性劑羧酸鹽,硫酸(酯)鹽,磺酸鹽,磷酸(酯)鹽(硫酸酯鹽,磺酸鹽為目前陰離子表面活性劑的主要類別)7.1.1羧酸鹽型陰離子表面活性劑通式:RCOO-Na+(K+,NH4+)硬脂酸鈉(十八酸鈉)C17H35COONa:皂類洗滌劑制備方法(1)油脂水解皂化法(2)硬脂酸直接中和法7.1.2磺酸鹽型陰離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉LAS:C12H25-C6H4-SO3Na高效去污、潤濕、起泡、乳化及分散能力，穩(wěn)定性好制備方法:三氧化硫磺化法,20,以烯烴為原料制備烷基苯磺酸鹽：,以烷基苯為原料制備烷基苯磺酸鹽：,21,琥珀酸磺酸鹽(丁二酸酯磺酸鹽)乳化,潤濕及滲透能力強AESM或AESS:脂肪醇聚環(huán)氧乙烷醚琥珀酸單酯磺酸鈉典型產(chǎn)品為:月桂醇聚環(huán)氧乙烷AEO-3醚琥珀酸單酯磺酸鈉C12H25O(CH2CH2O)3OCCH2CH(SO3Na)COONa,AESM的合成:酯化和磺化,22,二(2-乙基己基)琥珀酸酯磺酸鈉(快速滲透劑OT),制備:酯化和磺化,23,仲烷烴磺酸鹽-SAS,-烯烴磺酸鹽-AOS,含量42%,+,內(nèi)酯含量50%,第一步：,第二步：,24,7.1.3硫酸酯鹽型陰離子表面活性劑月桂醇聚環(huán)氧乙烷酸鈉(十二醇聚環(huán)氧乙烷醚硫酸鈉)AES:C12H25O(CH2CH2O)3OSO3Na潤濕,乳化,增溶,去污,鈣皂分散性較好制備:三氧化硫法,氯磺酸法,氨基磺化法,67%,33%,AOS是兩種化合物的混合物，兩種化合物在性能上有互補性。,25,26,7.1.4磷酸酯鹽型陰離子表面活性劑AEPS:十二烷基聚環(huán)氧乙烷醚磷酸酯鈉鹽(月桂醇聚環(huán)氧乙烷醚磷酸鈉)包括:單烷基醚磷酸酯鈉鹽:乳化,洗滌,起泡,抗靜電性好;,雙烷基醚磷酸酯鈉鹽:平滑,集束性好,水溶性,起泡性,洗滌性相對較差;,27,制備(1)五氧化二磷法,(2)三氯氧磷法,28,7.1.5陰離子表面活性劑的生物降解性(1)表面活性劑在環(huán)境因素作用下結構發(fā)生變化,從對環(huán)境有害的分子轉化成對環(huán)境無害的小分子.(2)LAS(十二烷基苯磺酸鈉),AS(烷基磺酸鈉),AES(十二醇聚環(huán)氧乙烷醚硫酸鈉),AOS(-烯基磺酸鹽)中,AS最易生物降解.降解速度隨磺酸基和烷基鏈末端距間的距離增大而增大,烷基鏈長在C6-C12間最易降解.當陰離子表面活性劑的烷基鏈帶有支鏈,且長度愈接近主鏈愈難降解.,29,7.2陽離子表面活性劑含氮陽離子型表面活性劑主要分為胺鹽及季銨鹽胺鹽:為弱堿性；對pH較為敏感;酸性條件下形成可溶于水的胺鹽;堿性條件下游離出胺(常指伯,仲,叔胺的鹽)季銨鹽:為強堿；酸性或堿性溶液中均能溶解,并解離為正電荷的脂肪鏈陽離子。廣泛用作紡織品的防水劑，柔軟劑，抗靜電劑，染料固色劑,30,7.2.1脂肪胺鹽-制備,7.2.2乙醇胺鹽-制備,7.2.3聚乙烯多胺鹽-制備,31,7.2.4季銨鹽胺鹽遇堿會生成不溶于水的胺，季銨鹽與堿作用能生成一個溶于水的季銨堿與季銨鹽的混合物。具有一個長鏈烷基的季銨鹽在水中的溶解度與長鏈烷基的碳鏈長度有關，C8-C14易溶于水，C16-C18難溶于水。常規(guī)季銨鹽（1）制備:叔胺與烷基化劑反應,32,（2）季銨化反應的影響因素胺類堿性增大，親核性增大，易于季銨化反應吡啶堿性(PKb=8.8)小于三乙醇胺(PKb=3.24),故吡啶的烷基化速度要比三乙醇胺慢100倍當吡啶的2,3,4位上連有烷基時,堿性增大,但由于2位的空間位阻增大,反應性下降,33,空間效應增大，不易于季銨化反應單烷基隨鏈長(C6-C16)增加,影響不大;雙烷基隨鏈長(C6-C16)增加,有一定影響;三烷基隨鏈長(C6-C16)增加,影響較大烷基化劑中鹵素鍵能增大，反應性下降烷基化速度：IBrClF烷基化劑中烷基的影響：CH3-CH3CH2-（CH3）2CH-（CH3）3C-極性溶劑促進季銨化，非極性溶劑對反應影響較小。,34,7.2.5雜環(huán)類陽離子表面活性劑咪唑啉型,嗎啉型,35,7.3兩性表面活性劑同一分子中既含有陰離子親水基又含有陽離子親水基7.3.1甜菜堿型兩性表面活性劑羧酸型甜菜堿季銨鹽型陽離子和羧酸型陰離子組成(1)N-烷基取代的羧酸型甜菜堿-制備,36,(2)N-酰氨基取代的羧酸型甜菜堿-制備,(3)N-長碳鏈基硫代羧酸型甜菜堿-制備,37,硫酸酯甜菜堿-制備,磺酸甜菜堿-制備,38,7.3.2氨基羧酸型兩性表面活性劑羧酸型-氨基丙酸型-制備,N-烷基甘氨酸型-制備,氨基磺酸型-制備,39,7.3.3咪唑啉型兩性表面活性劑羧酸型咪唑啉-制備,咪唑啉硫酸酯-制備,40,7.4非離子表面活性劑7.4.1性質與分類在水溶液中不電離,也不易受pH的影響,不易受強電解質無機鹽的影響,與其他類型表面活性劑相溶性好主要包括聚氧乙烯型和多元醇脂肪酸酯型7.4.2聚氧乙烯型非離子表面活性劑隨烷基鏈增長,疏水性增大;聚氧乙烯單元數(shù)增大,水溶性增大。溶于水時,水分子以氫鍵與聚氧乙烯醚的氧原子連結,水分子中的氫原子連到醚鍵氧原子的”自由電子對”上,溶解是通過與1:(4-6)個水分子水合而完成的.醚的氧原子只有在聚氧乙烯鏈呈”之”字排列時,才可能結合4-6個水分子。,41,脂肪醇聚氧乙烯型非離子表面活性劑的制備,聚氧乙烯烷基酚型非離子表面活性劑,伯醇:,醚,通式：,制備：,42,聚氧乙烯脂肪酸酯型非離子表面活性劑的制備(1)脂肪酸與環(huán)氧乙烷酯化,43,(2)脂肪酸與聚乙二醇酯化,7.4.3脂肪酸多元醇酯型非離子表面活性劑山梨糖醇酐脂肪酸酯(Span):一般為混合物,44,Span60的制備：,45,聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯(Tween)：由Span分子中殘余的羥基與氧化乙烯縮合而成。,烷基糖苷(APG-Alkylpolyglucoside)APG（葡萄糖和脂肪醇合成的烷基糖苷）的親水性來自糖上的多個羧基與水形成的氫鍵