表面活性劑概論

1、表面活性劑概述研發(fā)中心非離子研究室2009-05-06概述2022/8/812.6 表面活性劑及其應(yīng)用表面活性劑分類常用表面活性劑類型表面活性劑效率和有效值膠束臨界膠束濃度親水親油平衡表面活性劑的重要作用浮游選礦乳狀液類型起泡作用增溶作用乳化作用洗滌作用潤濕作用2022/8/8表面活性劑分類 表面活性劑通常采用按化學(xué)結(jié)構(gòu)來分類，分為離子型和非離子型兩大類，離子型中又可分為陽離子型、陰離子型和兩性型表面活性劑。顯然陽離子型和陰離子型的表面活性劑不能混用，否則可能會發(fā)生沉淀而失去活性作用。1.離子型2.非離子型陽離子型陰離子型兩性型表面活性劑2022/8/8常用表面活性劑類型陰離子表面活性劑RCO

2、ONa羧酸鹽R-OSO3Na硫酸酯鹽R-SO3Na磺酸鹽R-OPO3Na2磷酸酯鹽2022/8/8常用表面活性劑類型陽離子表面活性劑R-NH2HCl伯胺鹽 CH3 |R-N-HCl仲胺鹽 | H CH3 |R-N-HCl叔胺鹽 | CH3 CH3 |R-N+-CH3Cl-季胺鹽 | CH32022/8/8常用表面活性劑類型兩性表面活性劑R-NHCH2-CH2COOH 氨基酸型 CH3 |R-N+-CH2COO-甜菜堿型 | CH32022/8/8常用表面活性劑類型R-(C6H4)-O(C2H4O)nH烷基酚聚氧乙烯醚非離子表面活性劑R2N-(C2H4O)nH聚氧乙烯烷基胺R-CONH(C2H4

3、O)nH聚氧乙烯烷基酰胺R-COOCH2(CHOH)3H多元醇型R-O-(CH2CH2O)nH脂肪醇聚氧乙烯醚2022/8/8表面活性劑效率和有效值表面活性劑效率 使水的表面張力明顯降低所需要的表面活性劑的濃度。顯然，所需濃度愈低，表面活性劑的性能愈好。表面活性劑有效值 能夠把水的表面張力降低到的最小值。顯然，能把水的表面張力降得愈低，該表面活性劑愈有效。 表面活性劑的效率與有效值在數(shù)值上常常是相反的。例如，當憎水基團的鏈長增加時，效率提高而有效值降低。2022/8/8一、離子表面活性劑（一）陰離子表面活性劑起表面活性作用的部分是陰離子。1、高級脂肪酸鹽： 通式：(RCOO)n-Mn+脂肪酸鹽

4、 分類：一價金屬皂(鉀、鈉皂)；二價或多價皂(鉛、鈣、鋁皂)；有機胺皂(三乙醇胺皂) 性質(zhì)：具有良好的乳化能力，易被酸及多價鹽破壞，電解質(zhì)使之鹽析。 應(yīng)用：具有一定的刺激性，只供外用。2022/8/8（一）陰離子表面活性劑2、硫酸化物： 通式：ROSO3-M+分類：硫酸化油(硫酸化蓖麻油稱土耳其紅油)；高級脂肪醇硫酸脂(十二烷基硫酸鈉) 。 性質(zhì)：可與水混溶，為無刺激的去污劑和潤濕劑；乳化性很強，穩(wěn)定、耐酸、鈣，易與一些高分子陽離子藥物發(fā)生沉淀。 應(yīng)用：代替肥皂洗滌皮膚；有一定刺激性，主要用于外用軟膏的乳化劑。有時也用于片劑等固體制劑的潤濕劑或增溶劑。2022/8/8一、離子表面活性劑3、磺酸

5、化物： 通式：RSO3-M+ 分類：脂肪族磺酸化物，如二辛玻珀酸脂磺的鈉；烷基芳基磺酸化物，如十二烷基苯磺酸鈉，常用洗滌劑；烷基苯磺酸化物；膽酸鹽，如?；悄懰徕c。 性質(zhì)：水溶性, 耐酸、鈣、鎂鹽性比硫酸化物差, 不易水解。 應(yīng)用： 用作胃腸脂肪的乳化劑和單脂肪酸甘油酸的增溶劑；較好的洗滌劑。2022/8/8（二）陽離子表面活性劑起作用的是陽離子，亦稱陽性皂。1.結(jié)構(gòu)：含有一個五價氮原子。2.特點：水溶性大，在酸性和堿性溶液中較穩(wěn)定具有良好的表面活性和殺菌作用。 3.應(yīng)用：殺菌；防腐；皮膚、粘膜手術(shù)器械的消毒。4.常用藥物：苯扎氯銨(潔爾滅)；苯扎溴銨 (新潔爾滅) 2022/8/8（三）兩性離

6、子表面活性劑分子結(jié)構(gòu)上同時具有正負電荷基團的表面活性劑，隨介質(zhì)的pH可成陽或陰離子型。常用品種：卵磷脂、氨基酸型和甜菜堿型兩性離子型表面活性劑。 最大優(yōu)點：適用于任何PH溶液，在等電點時也無沉淀。性質(zhì)：堿性水溶液中呈陰離子性質(zhì)，起泡性良好、去污力亦強； 酸性水溶液中呈陽離子性質(zhì)，殺菌力很強，毒性小。2022/8/8二、非離子表面活性劑在水溶液中不解離。 1.結(jié)構(gòu)組成：親水基團 (甘油、聚乙二醇、山梨醇)；親油基團(長鏈脂肪酸、長鏈脂肪醇、烷基或芳基)；酯鍵、醚健 2.性質(zhì)： 毒性，溶血作用較小，化學(xué)上不解離，不易受電解質(zhì)，pH值的影響；能與大多數(shù)藥物配伍，應(yīng)用廣泛（外用、內(nèi)服、注射）。2022

7、/8/8常用品種（一）脂肪酸甘油酯 主要有脂肪酸單甘油酯和脂肪酸二甘油酯。 性質(zhì)：不溶于水，在水、熱、酸、堿及酶等作用下易水解成甘油和脂肪酸， HLB34，表面活性弱。 應(yīng)用：主要用作W/O型輔助乳化劑。2022/8/8常用品種（二）多元醇型 1.蔗糖脂肪酸酯 簡稱蔗糖酯， 是蔗糖和脂肪酸反應(yīng)生成的一大類化合物。根據(jù)脂肪酸取代數(shù)不同分為：單酯、二酯、三酯及多酯。 性質(zhì)：溶于丙二醇、乙醇，但不溶于水和油；在酸、堿及酶等作用下易水解成蔗糖和脂肪酸， HLB513，表面活性弱。 應(yīng)用：主要用作O/W型乳化劑、分散劑。2022/8/8（二）多元醇型2.脂肪酸山梨坦：司盤類Spans 即脫水山梨醇脂肪酸

8、酯 是山梨糖醇及其單酐和二酐+各種脂肪酸Spans(混合物) 根據(jù)脂肪酸品種數(shù)量不同分為：應(yīng)用：HLB1.83.8，因其親油性較強，一般用作水/油乳劑的乳化劑。用于搽劑，軟膏，亦可作為乳劑的輔助乳化劑。2022/8/8（三）聚氧乙烯型1.聚氧乙烯脂肪酸酯：賣澤類Myrj 系聚乙二醇與長鏈脂肪酸縮合而成的酯。 通式：RCOOCH2(CH2O CH2)nCH2OH 因n不同，產(chǎn)品常用的有： Myri-45 -49 -51 -52 -53 應(yīng)用：具有較強水溶性，乳化能力強，作增溶劑和油/水型乳化劑。 常用的有polyoxyl 40 stearate(聚氧乙烯40硬脂酸酯)。2022/8/8（三）聚氧

9、乙烯型2.聚氧乙烯脂肪醇醚 系聚乙二醇與脂肪醇縮合而成的醚。 通式:RO(CH2O CH2)nH 產(chǎn)品有: 1）芐澤類(Brij)，如Brij-30 和-35分別為不同分子量的聚乙二醇與月桂醇的縮合物，n為10-20時作油/水乳化劑 。2）西土馬哥(Cetomacrogol)為聚乙二醇與十六醇的縮合物。3）平平加O(Perogol O)為15單位氧乙烯與油醇的縮合物。 4）埃莫爾弗(Emlphor)為一類聚氧乙烯蓖麻油化合物，由20個單位以上的氧乙烯與油醇縮合而成。 Emlphor易溶于水和醇及多種有機溶劑， HLB1218，具有較強親水性，乳化能力強，作增溶劑和油/水型乳化劑。 如Cremo

10、phore EL為聚氧乙烯蓖麻油甘油醚，氧乙烯單位為3540，HLB1214。 2022/8/8（四）聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物即泊洛沙姆(poloxamer)，商品名普朗尼克 (Pluronic)。 通式：HO(C2H4O)a-(C3H6O)b-(C2H4O)cH 性質(zhì)：為淡黃色液體或固體；分子量100014000；HBL0.530；隨聚氧丙烯比例增加，則親油性增強；隨聚氧乙烯比例增加，則親水性增強；具有乳化、潤濕、分散、起泡和消泡等多種優(yōu)良性能，但增溶能力較弱。特點：對皮膚無刺激和過敏性， 對粘膜刺激性很大，毒性中較小，Poloxamer118 (pluronic68)可作為o/w型乳化劑，

11、 是目前用于靜脈乳劑少數(shù)合成的乳化劑之一，用本品制備的乳劑能耐受熱壓滅菌和低溫冰凍而不改變其物理穩(wěn)定性。2022/8/8膠束(micelle) 表面活性劑是兩親分子。溶解在水中達一定濃度時，其非極性部分會自相結(jié)合，形成聚集體，使憎水基向里、親水基向外，這種多分子聚集體稱為膠束。 隨著親水基不同和濃度不同，形成的膠束可呈現(xiàn)棒狀、層狀或球狀等多種形狀。 2022/8/8膠束(micelle)2022/8/8膠束(micelle)2022/8/8膠束(micelle)2022/8/8膠束(micelle)2022/8/8臨界膠束濃度(critical micelle concentration) 臨

12、界膠束濃度簡稱CMC 表面活性劑在水中隨著濃度增大，表面上聚集的活性劑分子形成定向排列的緊密單分子層，多余的分子在體相內(nèi)部也三三兩兩的以憎水基互相靠攏，聚集在一起形成膠束，這開始形成膠束的最低濃度稱為臨界膠束濃度。 這時溶液性質(zhì)與理想性質(zhì)發(fā)生偏離，在表面張力對濃度繪制的曲線上會出現(xiàn)轉(zhuǎn)折。繼續(xù)增加活性劑濃度，表面張力不再降低，而體相中的膠束不斷增多、增大。2022/8/8臨界膠束濃度(critical micelle concentration)2022/8/8親水親油平衡(hydrophile-lipophile balance) 表面活性劑都是兩親分子，由于親水和親油基團的不同，很難用相同的

13、單位來衡量，所以Griffin提出了用一個相對的值即HLB值來表示表面活性物質(zhì)的親水性。對非離子型的表面活性劑，HLB的計算公式為：HLB值=親水基質(zhì)量親水基質(zhì)量+憎水基質(zhì)量100/5例如：石蠟無親水基，所以HLB=0 聚乙二醇，全部是親水基，HLB=20。其余非離子型表面活性劑的HLB值介于020之間。2022/8/8親水親油平衡(hydrophile-lipophile balance) 根據(jù)需要，可根據(jù)HLB值選擇合適的表面活性劑。例如：HLB值在26之間，可作油包水型的乳化劑；810之間作潤濕劑；1218之間作為水包油型乳化劑。HLB值 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

14、 20 | | | | | | 石蠟 W/O乳化劑 潤濕劑 洗滌劑 增溶劑 | | 聚乙二醇 O/W乳化劑2022/8/8表面活性劑的重要作用 表面活性劑的用途極廣，主要有五個方面：1.潤濕作用 表面活性劑可以降低液體表面張力，改變接觸角的大小，從而達到所需的目的。 例如，要農(nóng)藥潤濕帶蠟的植物表面，要在農(nóng)藥中加表面活性劑； 如果要制造防水材料，就要在表面涂憎水的表面活性劑，使接觸角大于90。2022/8/8表面活性劑的重要作用2.起泡作用 “泡”就是由液體薄膜包圍著氣體。有的表面活性劑和水可以形成一定強度的薄膜，包圍著空氣而形成泡沫，用于浮游選礦、泡沫滅火和洗滌去污等，這種活性劑稱為起泡劑。

15、也有時要使用消泡劑，在制糖、制中藥過程中泡沫太多，要加入適當?shù)谋砻婊钚詣┙档捅∧姸龋龤馀?，防止事故?022/8/8表面活性劑的重要作用2022/8/8表面活性劑的重要作用3.增溶作用 非極性有機物如苯在水中溶解度很小，加入油酸鈉等表面活性劑后，苯在水中的溶解度大大增加，這稱為增溶作用。 增溶作用與普通的溶解概念是不同的，增溶的苯不是均勻分散在水中，而是分散在油酸根分子形成的膠束中。 經(jīng)X射線衍射證實，增溶后各種膠束都有不同程度的增大，而整個溶液的的依數(shù)性變化不大。2022/8/8表面活性劑的重要作用4.乳化作用 一種或幾種液體以大于10-7m直徑的液珠分散在另一不相混溶的液體之中形成的

16、粗分散體系稱為乳狀液。 要使它穩(wěn)定存在必須加乳化劑。根據(jù)乳化劑結(jié)構(gòu)的不同可以形成以水為連續(xù)相的水包油乳狀液(O/W)，或以油為連續(xù)相的油包水乳狀液(W/O)。 有時為了破壞乳狀液需加入另一種表面活性劑，稱為破乳劑，將乳狀液中的分散相和分散介質(zhì)分開。例如原油中需要加入破乳劑將油與水分開。2022/8/8表面活性劑的重要作用5.洗滌作用 洗滌劑中通常要加入多種輔助成分，增加對被清洗物體的潤濕作用，又要有起泡、增白、占領(lǐng)清潔表面不被再次污染等功能。 其中占主要成分的表面活性劑的去污過程可用示意圖說明：A.水的表面張力大，對油污潤濕性能差，不容易把油污洗掉。2022/8/8表面活性劑的重要作用B.加入表面活性劑后，憎水基團朝向織物表面和吸附在污垢上，使污垢逐步脫離表面。C.污垢懸在水中或隨泡沫浮到水面后被去除，潔凈表面被活性劑分子占領(lǐng)。2022/8/8浮游選礦 首先將粗礦磨碎，傾入浮選池中。在池水中加入捕集劑和起泡劑等表面活性劑。 攪拌并從池底鼓氣，帶有有效礦粉的氣泡聚集表面，收集并滅泡濃縮，從而達到了富集的目的。 不含礦石的泥砂、巖石留在池底，定時清除。2022/8/8浮游選礦浮游選礦的原理圖 選擇合適的捕集劑，使它的親水基團只吸在礦砂的表面，憎水基朝向水。 當?shù)V砂表