表面活性劑綜述

1、文獻綜述：表面活性劑實驗 1201 Schen刖言簡介：表面活性劑（surfactant）:是指加入少量能使其溶液體系的界面狀態(tài)發(fā)生明顯變化的物質(zhì)。具有固定的親水親油基團，在溶液的表面能定向排列。表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)具有兩親性：一端為親水基團，另一端為憎水基團；親水基團常為極性基團，如羧酸、磺酸、 硫酸、氨基或胺基及其鹽，羥基、酰胺基、醚鍵等也可作為極性親水基團；而憎水基團常為 非極性烴鏈，如8個碳原子以上烴鏈。表面活性劑分為離子型表面活性劑（包括陽離子表 面活性劑與陰離子表面活性劑）、非離子型表面活性劑、 兩性表面活性劑、 復(fù)配表面活性劑、 其他表面活性劑等。原理：通過分子中不同部分分別對于

2、兩相的親和，使兩相均將其看作本相的成分，分子排列在兩相之間，使兩相的表面相當于轉(zhuǎn)入分子內(nèi)部。從而降低表面張力。 由于兩相都將其看作本相的一個組分， 就相當于兩個相與表面活性劑分子都沒有形成界面，就相當于通過這種方式部分的消滅了兩個相的界面，就降低了表面張力和表面自由能。臨界膠束濃度（CMC ）:表面活性劑分子締合形成膠束的最低濃度。當其濃度高于 CMC值時，表面活性劑的排列成球狀、棒狀、束狀、層狀/板狀等結(jié)構(gòu)?！咀ⅰ浚和ㄟ^對表面活性劑學(xué)習(xí)和了解，本文就其部分性能和應(yīng)用進行了如下簡單綜述。一：表面活性劑的膠束及其應(yīng)用:1.1 膠束：是指在水溶液中表面活性劑的分子或離子的濃度超過cmc時締合形成的

3、親水基向外、疏水基向內(nèi)的聚集體！表面活性劑隨其水溶液的濃度變化形成膠束的過程如圖-1所示預(yù)膠束HAW-膠/川 HHI 川 HHIIHIabc圖1表而活性劑的膠束化過程1打咅 1 Formation of surfactant inieellra1.2 膠束的基本結(jié)構(gòu)：包括內(nèi)核和外層 2部分。對于離子型表面活性劑的膠束，內(nèi)核 由彼此靠近的疏水基構(gòu)成，外層包括由表面活性劑離子#反離子及水化水組成的固定層以及由反離子在溶劑中擴散分布形成的擴散層，如圖2a所示。非離子型表面活性劑的膠束無電荷，水化層較厚，如圖2b所示。內(nèi)核是表面活性劑膠束溶液的非極性區(qū)域?！?疏水內(nèi)核、-一扱性甚層 于尊（反粒F固定層

4、）a離子型膠束b非離子型膠束圖2表而活性劑膠束辰本結(jié)構(gòu)示意圖Fili. 2 Sirurluif- of surlailaiil nik ellrs通常，表面活性劑在 cmc附近形成的膠束多為球形。溶液濃度達到cmc的10倍附近或更高時，膠束可變?yōu)闄E球、扁球形或棒狀，甚至形成層狀膠束！膠束的形狀取決于表面活性劑分子的幾何形狀，特別是親水基和疏水基橫截面積的相對大小。為表征表面活性劑分子的幾何特性，Israelachvili等在1976年定義了臨界排列參數(shù) P:式中v是表面活性劑分子疏水基體積;l是疏水鏈長度;a是親水基緊密排列的單層中的平均占有面積。根據(jù)P的大小，可以大致判斷膠束的形狀。當PW

5、0.33時，易于形成球形或橢球形膠束；0.33P1.0的表面活性劑分子易形成反膠束。1.3膠束的增溶作用表面活性劑在水中形成膠束后，膠束內(nèi)部為非極性或極性較小的區(qū)域，這使得原本不溶或微溶于水的有機化合物的溶解度顯著增大，這種作用稱為增溶作用或加溶作用。表面活性劑由于其雙親結(jié)構(gòu)，在水中自發(fā)形成親水基向外、疏水基向內(nèi)的膠束結(jié)構(gòu)！膠束提供了從非極性到極性全過渡的微環(huán)境，對各類物質(zhì)均有不同程度的增溶作用，為其應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。:表面活性劑的反膠束及其應(yīng)用:2.1 反膠束：表面活性劑是既含有親水基又含有親油基 （或疏水基）的兩親分子。在水中， 當表面活性劑的濃度超過臨界膠束濃度 cmc時，親水基朝外疏水基

6、向內(nèi)靠近形成膠束。 類 似地，在極性較小的非水溶劑中，表面活性劑分子隨著濃度增加會自發(fā)形成親水基向里 ”疏 水基朝向溶劑的聚集體，這種聚集體的構(gòu)型與水中的膠束剛好相反，因此被稱為反膠束。非水溶劑中，表面活性劑反膠束的內(nèi)核溶入水后形成“水池”其形成的動力不是熵效應(yīng)，而是水和親水基彼此結(jié)合或者形成氫鍵的結(jié)合能。在水中形成的非極性內(nèi)核可以溶解各種油污，達到去污的效果。與水中形成的膠束相反， 反膠束的極性內(nèi)核可以溶解某些極性小 分子，而且還可以溶解一些原來不能溶解的大分子物質(zhì)。2.2 結(jié)構(gòu)：反膠束的獨特結(jié)構(gòu)提供了非極性溶劑中的極性微水環(huán)境，反膠束內(nèi)“水池”的 存在使得反膠束具有溶解親水性極性物質(zhì)的能力

7、，如蛋白質(zhì)”核酸氨基酸無機金屬鹽等?；诖耍茨z束可以用于萃取極性物質(zhì)，也可以為酶促反應(yīng)提供場所，為納米材料提供制備環(huán)境。在極性較小的有機溶劑中，表面活性劑自發(fā)形成與水溶液中相反構(gòu)型的聚集體反膠束，其親水基朝內(nèi)”疏水基朝向非極性溶劑， 內(nèi)核可以溶解水形成“水池”。表面活性劑對“水 池”有一定的屏蔽作用。這種獨特的結(jié)構(gòu)為反膠束的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。三：表面活性劑的囊泡及其應(yīng)用3.1 囊泡：表面活性劑分子具有結(jié)構(gòu)上的不對稱性，同時具有親水基和疏水基，即具有兩親性，在水和非極性溶劑中均有一定的溶解度。在水中，表面活性劑分子在疏水作用的驅(qū)動下自發(fā)形成疏水基朝內(nèi)、親水基朝外的有序結(jié)構(gòu)，其中一種是雙分子層

8、結(jié)構(gòu)，雙層結(jié)構(gòu)封閉起來即形成囊泡（vesicle）。囊泡是由封閉雙分子層形成的球形或近球形結(jié)構(gòu)，內(nèi)部含有一個或多個水室如圖-3所示，只含有一個水室的囊泡是單室囊泡；多室囊泡則是封閉雙分子層形成同心球式的排列，中心及各個雙層中間均為水室。單室鑒泡b第室翼泡圖-3囊泡的結(jié)構(gòu)示意圖3.2 形成條件：不是所有的表面活性劑都可以形成囊泡，能否形成囊泡取決于其分子結(jié) 構(gòu)。囊泡是由曲率較小的雙層結(jié)構(gòu)形成，曲率則由分子結(jié)構(gòu)來決定。根據(jù)表面活性劑分子的幾何排列參數(shù)P（ P=V/al）,可以估計是否容易形成囊泡。一般認為，P=1/21內(nèi)、接近1時容易形成囊泡。一些單頭雙尾的表面活性劑在水中可以自發(fā)形成囊泡，這類分

9、子的疏水基體積相對較大；一些天然的磷脂分子也可以自發(fā)形成囊泡，如雙棕櫚酰磷脂酰膽堿（DPPC），其分子含有2條疏水鏈和較大的親水基。3.3結(jié)構(gòu)與性質(zhì)：鑒于囊泡的特殊結(jié)構(gòu)，極性的物質(zhì)都可以在囊泡體系中找到合適的“存身之所”，因此囊泡是一個非常好的反應(yīng)介質(zhì)，可以作為微反應(yīng)器用于化學(xué)反應(yīng)的研究。比 如，可以通過加溶一種反應(yīng)物，達到抑制體相中化學(xué)反應(yīng)的目的；另外，也可以把反應(yīng)物濃縮起來在囊泡內(nèi)或表面加快反應(yīng)進程。在水中，某些表面活性劑分子可以形成親水基朝外、疏水基朝內(nèi)的雙分子層結(jié)構(gòu)，彎曲后形成封閉的囊泡結(jié)構(gòu)#囊泡內(nèi)含有“水室”，擁有多種極性的微環(huán)境，幾乎可以包容任何極性的 小分子。囊泡的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)決定了囊泡是模擬生物膜最理想的選擇，有著廣闊的應(yīng)用前景。囊泡可以為化學(xué)反應(yīng)提供合適的場所，影響反應(yīng)的進行，如提高主反應(yīng)的速度、抑制副反應(yīng)等；囊泡的特殊結(jié)構(gòu)使其在納米材料制備方面有著獨特的作用，可以利用其結(jié)構(gòu)的局域性控制材料的尺寸，也可以作為“模板”制備核-殼材料；脂質(zhì)體作為一類特殊的囊