第1章表面活性劑-上

2023/2/1表面活性劑化學化學化工學院應用化學系武小滿Email：xmanwu77@163.comTelq：5704678722023/2/1

冰淇淋是我們最喜愛的食物；有了洗滌劑我們的生活才能如此美好。若沒有表面活性劑，這兩樣東西都不會有。這真是太可悲了。但是，如果真的沒有了表面活性劑，也不會有人為沒有冰淇淋和洗滌劑而哭泣。因為沒有表面活性劑，人也沒有了。

——英國著名界面化學家Ckint表面活性劑化學32023/2/1表面活性劑化學42023/2/1表面活性劑化學52023/2/1目錄第1章表面活性劑概述第2章表面與界面的性質(zhì)第3章表面活性劑在溶液界面上的吸附第4章表面活性劑在固液界面上的吸附第5章表面活性劑的結(jié)構(gòu)與性能第6章表面活性劑在溶液中的自聚第7章表面活性劑的功能與應用第8章表面活性劑的應用第9章表面活性劑的復配表面活性劑化學2023/2/1表面活性劑化學第1章表面活性劑概述表面活性劑化學72023/2/11.1表面活性劑的存在與發(fā)展（1）天然表面活性劑的存在

(a)Amoeba——動物的祖先（阿米巴）；原生動物，寄生于高級動物的變形蟲。無器官、無一定形狀，但已具有高級動物一樣的細胞膜——雙分子層bilayer，包括蛋白質(zhì)、核酸、脂質(zhì)等。表面活性劑化學82023/2/1(b)恐龍的膽汁酸——幾十萬年前的脊椎動物。在其膽囊中濃縮的膽汁酸能乳化油并使之易于酶解；(c)哺乳動物的乳汁

—酪氨酸(casein)，球蛋白(globrin)等作為乳化劑，易于吸收；92023/2/1(d)蛋黃中的卵磷脂表面活性劑化學102023/2/1作業(yè)表面活性劑化學以小論文的形式綜述天然存在的表面活性劑有哪些?各自發(fā)揮了什么作用?112023/2/1（2）肥皂的應用關(guān)于肥皂起源的考證——堿與脂肪的反應；16世紀法國馬賽肥皂的工業(yè)化；制堿術(shù)的實用化——路布蘭制堿法；油脂提煉技術(shù)的進步——脫色精煉術(shù)；運輸業(yè)的發(fā)展——廉價原料。中國制皂業(yè)20世紀初，在上海建立了我國第一家制皂廠；1950年，全國年產(chǎn)量4萬噸；90年代，全國年產(chǎn)量達140萬噸；目前，每年維持略減。表面活性劑化學122023/2/1（3）合成洗滌劑——

肥皂偏堿性，不耐硬水(Ca+,Mg+)。二十世紀初人類開始尋找肥皂代用品。二戰(zhàn)前：1917年德國BASF公司開發(fā)烷基萘磺酸鹽。由于長碳鏈鹵代烴價格太高，一般采用氯丁烷與萘反應得丁基萘，然后磺化即得。

C4H9-C10H6-SO3Na

特點：親水性太好，不能用作洗滌劑，為常用的潤濕劑、分散劑，俗稱拉開粉。此后，蓖麻油酸合成的脂肪酸丁酯磺酸鹽，同樣親水性太好，只能用作潤濕劑。表面活性劑化學132023/2/1

1928年，脂肪醇硫酸鈉（例如：C12H25OSO3Na）去污力強，泡沫豐富，但價高，而且在熱酸中易水解，沒能很快推廣。

1930年，脂肪醇、酸、胺的聚氧乙烯醚，為最早的非離子表面活性劑，耐硬水極好，但也因價格太高而無法推廣。RO(C2H4O)nHRCOO(C2H4O)nHRN(C2H4O)n(C2H4O)mHRCONH(C2H4O)nH表面活性劑化學142023/2/1(b)二戰(zhàn)后：十二烷基苯磺酸鈉(ABS)作為最早的合成洗滌劑正式上市，60年代后為直鏈烷基苯磺酸鹽

(LAS)取代。(c)20世紀70年代脂肪醇價格下降，非離子表面活性劑正式登場。特點：CMC極小，中性表面活性劑化學152023/2/1(d)表面活性劑的發(fā)展

從洗滌劑潤濕、乳化、分散、浮選、增溶表面活性作用抗靜電、抗菌、平滑、柔軟發(fā)展特征：單一用途多用途民用為主工業(yè)用為主表面活性作用兼用次要作用工業(yè)味精——用量少、作用大。表面活性劑化學162023/2/11.2表面活性劑的國內(nèi)外發(fā)展（1）產(chǎn)量：

1995年世界洗滌劑總產(chǎn)量4300萬噸肥皂總產(chǎn)量900萬噸中國洗滌劑總產(chǎn)量291萬噸肥皂總產(chǎn)量69萬噸

2000年世界洗滌劑總產(chǎn)量5000萬噸中國洗滌劑總產(chǎn)量350萬噸僅為7%表面活性劑化學172023/2/1（2）結(jié)構(gòu)：工業(yè)用/民用比上升工業(yè)用占總量的比例：發(fā)達國家平均50-55%95年日本為70%，其中，清洗僅占20%95年中國為39.6%，主要是清洗用。（3）品種：95年全世界達5000種以上中國已達1100種其中，陰離子型>非離子型>陽、兩性離子型表面活性劑化學182023/2/1（4）趨勢——綠色、高效、低成本1．表面活性劑要易于生物降解，原料可再生，廣泛使用后，對環(huán)境無污染，對人、畜安全溫和。2．表面活性劑要高效、多功能，除有清潔作用外，還要有抑菌、殺菌、滋潤皮膚等作用，并應不斷開發(fā)新用途。3．耐硬水、低溫洗滌效果好，濃縮的表面活性劑洗滌用品是一個發(fā)展方向，這包括濃縮洗衣粉和濃縮液體洗滌劑。

表面活性劑化學192023/2/11.3表面活性劑的應用表面活性劑在食品工業(yè)中是作為

添加劑、加工助劑或清潔劑1988年，世界衛(wèi)生組織(WHO)和糧農(nóng)組織共同批準在食品中允許使用的表面活性劑有它的種類和性質(zhì)有嚴格的法規(guī)限制1.在食品工業(yè)中的應用表面活性劑化學202023/2/1抗粘劑41種面粉處理劑7種面團改良劑34種洗滌去皮劑22種乳化劑19種加工助劑、消泡劑42種澄清劑25種脂肪結(jié)晶改良劑4種大部分用途是作為乳化劑、起泡劑、消泡劑、潤濕劑、分散劑、增稠劑、結(jié)晶防止劑、抗菌劑，抗氧化劑或與蛋白質(zhì)和淀粉形成復合體及洗滌清潔劑212023/2/1食品添加劑的一般要求1毒理學鑒定，在限量范圍內(nèi)人體長期攝入無毒無害。2能正常參與人體代謝或能被正常解毒排出體外或不參與消化直接排出體外不能在體內(nèi)分解或與其他物質(zhì)反應生成有毒物質(zhì)3不能破壞食品營養(yǎng)，不能影響食品質(zhì)量和風味表面活性劑化學222023/2/14

應該在低劑量下產(chǎn)生相應效果且不能用于掩蓋食品腐敗變質(zhì)的缺陷5

最好在達到效果后被除去不進入人體6添加后能被分析鑒定出來食品添加劑的一般要求表面活性劑化學232023/2/1起泡劑蓬松劑242023/2/1澄清劑表面活性劑化學252023/2/1增稠劑乳化劑色素甜味素表面活性劑化學262023/2/1

洗滌劑通常的主要組分:2在洗滌劑生產(chǎn)中的應用表面活性劑輔助組分——助洗劑、添加劑等組成。表面活性劑化學272023/2/1表面活性劑化學282023/2/1表面活性劑化學292023/2/1表面活性劑化學302023/2/1表面活性劑化學312023/2/1

洗滌劑的種類按除污垢的類型分為重垢型洗滌劑輕垢型洗滌劑重垢型常指洗滌棉、麻織物的洗滌劑。我國大部分洗衣粉，都屬此類。輕垢型常指洗滌絲、毛等精細織物的洗滌劑洗滌蔬菜，水果等的洗滌劑也是輕垢型洗滌劑。表面活性劑化學表面活性劑化學322023/2/1污垢的種類人體污垢

---C14-18飽和、不飽和脂肪酸及其

甘油酯---C14-25飽和、不飽和脂肪醇---C27烴---C36蠟（固態(tài)烴）被服污垢（油性污垢、固體污垢、硅污垢、炭質(zhì)污垢、特殊污垢）住宅污垢、餐具＆炊具污垢、工業(yè)污垢按化學成分：水溶性污垢、色素類、脂肪、蛋白質(zhì)、碳水化合物、可漂白物補充按被洗滌對象分：332023/2/1外形分為粉狀、塊狀、膏狀，漿狀和液體等多種形態(tài):用途可分為工業(yè)用和家用家庭用品分為衣用、廚房用、餐具用、居室用、衛(wèi)生間用、消毒用和硬表面用……表面活性劑化學342023/2/1選擇表面活性劑的幾個問題去污性能好加工時工藝上易于處理經(jīng)濟性對人體和環(huán)境安全表面活性劑化學352023/2/1去污性能方面應考慮如下一些因素吸附性污垢去除能力抗硬水性污垢分散性污垢抗沉積性溶解性潤濕性泡沫特性氣味、色澤貯存穩(wěn)定性等表面活性劑化學362023/2/1功能性洗滌劑加酶漂白抗靜電殺菌表面活性劑化學372023/2/1化學洗滌劑是人類健康的大敵滲透累積致癌無毒無公害的清潔劑表面活性劑化學382023/2/13在化妝品生產(chǎn)中的應用

化妝品是直接與人體皮膚及各部位接觸的因此所用表面活性劑應確保對人體無毒、無刺激、無相互作用，且應具有舒適感?；瘖y品對表面活性劑的要求表面活性劑化學392023/2/1表面活性劑化學402023/2/1表面活性劑化學表面活性劑化學412023/2/1眼影422023/2/1表面活性劑化學432023/2/1指甲油表面活性劑化學442023/2/1香水表面活性劑化學452023/2/1

香皂與肥皂相比，游離堿少，脂肪酸含最高，因此對皮膚的刺激也較小，其去油脂的功能不是特別強，不會過度除掉皮膚表面的油脂，但能達到良好的清潔作用

香皂

目前我國市場上銷售的香皂有普通香皂、透明香皂、兒童香皂、美容香皂、卸妝香皂以及藥物香皂等幾種類型表面活性劑化學462023/2/1普通香皂:一般以堿液與動植物油脂作為原料皂化制成。其香味類型很多，如茉莉香型、玫瑰香型、蘭香型、桂花型、水果香型等。透明香皂:一般以高級脂肪酸的鈉鹽為主體再加入透明劑如砂糖、甘油、乙醇等制成透明香皂對人體皮膚刺激較小、潤膚效果好、去污力強，屬于香皂中較好的一種類型。

表面活性劑化學472023/2/1兒童香皂:兒童皮膚細嫩、抵抗力差的特點，在香皂中加入優(yōu)質(zhì)潤膚劑與營養(yǎng)劑，呈中性或弱酸性。

美容香皂:營養(yǎng)型香皂，其中含有優(yōu)質(zhì)潤膚劑，并加入營養(yǎng)物質(zhì)如維生素、氨基酸、磷脂、骨膠原、蜂蜜、瓜汁、果汁等，用以促進皮膚的新陳代謝和營養(yǎng)吸收，有良好的美容和護膚作用。表面活性劑化學482023/2/1

卸妝香皂:其特點是以非離子型表面活性劑為主體，加入凡士林、羊毛脂、香料等精制而成，其主要用于卸妝清潔、對油彩及顏料膜的清潔能力強、刺激性小。

藥物香皂:即藥皂，也稱為抗菌皂。是在制造香皂的同時加人一定量的藥物成分，使其具有殺菌、消毒和治療某些皮膚病的特殊功能。表面活性劑化學表面活性劑化學492023/2/11消毒殺菌2腈綸勻染劑3抗靜電劑4礦物浮選劑5相轉(zhuǎn)移催化劑6織物柔軟劑食品加工印染金屬加工電鍍采礦采油表面活性劑化學502023/2/1表面活性劑一詞來自英文Surfactant。它實際上是短語Surface（表面）

Active（活性）

Agent（添加劑）的縮合詞。它還有一個名字叫做Tenside。

表面活性劑是這樣一種物質(zhì)，它活躍于表面和界面上，具有極高的降低表、界面張力的能力和效率。在一定濃度以上的溶液中形成分子有序組合體，從而具有一系列應用功能。表面活性劑化學512023/2/1

降低表面張力為正吸附，溶質(zhì)在溶液表面的濃度大于其在溶液本體中的濃度，此溶質(zhì)為表面活性物質(zhì)。

增加表面張力為負吸附，溶質(zhì)在溶液表面的濃度小于其在溶液本體中的濃度，此溶質(zhì)為表面惰性物質(zhì)。溶入少量就能顯著降低表面張力的物質(zhì)也稱表面活性物質(zhì)或表面活性劑。表面活性劑化學522023/2/11.4表面活性劑分類表面活性劑分子非極性烴鏈（疏水）極性基團（親水）H2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2COHCH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CO硬脂酸表面活性劑化學532023/2/1陰離子表面活性劑RCOONa 羧酸鹽R-OSO3Na 硫酸酯鹽R-SO3Na 磺酸鹽R-OPO3Na2

磷酸酯鹽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1.1.1按離子類型表面活性劑化學542023/2/1陽離子表面活性劑R-NH2·HCl 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|CH3表面活性劑化學552023/2/1兩性表面活性劑R-N+HCH2-CH2COO-H氨基酸型

CH3|R-N+-CH2COO-H

甜菜堿型|CH3表面活性劑化學562023/2/1R-(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(C2H4O)nH

聚氧乙烯烷基酰胺R-COOCH2(CHOH)3H

多元醇型R-O-(CH2CH2O)nH

脂肪醇聚氧乙烯醚表面活性劑化學572023/2/11.1.2按親水基的結(jié)構(gòu)分類極性基團：羧酸、磺酸、硫酸、磷酸酯鹽、氨基或胺基及其鹽（伯、仲、叔、季）鎓鹽型（磷、砷、硫、碘化合物）羥基、酰胺基、醚鍵等。表面活性劑化學582023/2/11.1.3按疏水基的種類分類直鏈烷基支鏈烷基3.烷基苯基4.烷基萘基通常為烴基構(gòu)成5.松香衍生物6.高分子質(zhì)量聚氧丙烷基7.長鏈全氟(或高氟代)烷基8.聚硅氧烷基表面活性劑化學592023/2/1硅表面活性劑氟表面活性劑

1.1.4按表面活性劑的特殊性分類

元素表面活性劑是指碳氧鏈上的氫（碳）原子被其它元素所代替，而顯現(xiàn)出與普通表面活性劑不同的性能。元素表面活性劑表面活性劑化學602023/2/1高分子表面活性劑3.合成高分子表面活性劑聚乙烯醇、聚丙烯酸鹽、聚丙烯酰胺2.部分合成高分子表面活性劑羧甲基纖維素、羧甲基淀粉1.天然高分子表面活性劑阿拉伯樹膠、皂、蛋白質(zhì)（大豆蛋白、牛乳）表面活性劑化學612023/2/1生物表面活性劑1.糖脂系鼠李糖脂、海藻糖脂、槐糖脂

2.?；s氨酸系硫放線菌素、脂縮氨酸。由酵母、細菌作用于培養(yǎng)液。生成有特殊結(jié)構(gòu)的表面活性劑表面活性劑化學622023/2/1冠醚型表面活性劑冠醚能與金屬多價離子絡合作，用作相轉(zhuǎn)移催化劑、萃取劑等表面活性劑化學632023/2/11.1.5其他分類方法

廣泛應用于洗滌、醫(yī)藥、石油、食品、農(nóng)業(yè)等各個領域。水溶性的油溶性的低分子量的高分子量的

表面活性劑具有潤濕、分散、乳化、增溶、起泡、消泡、保濕、潤滑、洗滌、滲透、殺菌、防腐等功能，642023/2/11.5陰離子表面活性劑表面活性劑化學陰離子表面活性劑的定義：親水基團帶有負電荷，溶于水中時具有表面活性的部分疏水基主要是烷基、烷基苯基親水基主要是羧基、磺酸基、硫酸基、磷酸基在表面活性劑中，陰離子表面活性劑是發(fā)展最早、產(chǎn)量最大、品種最多、工業(yè)最成熟的一類品種。其中烷基苯磺酸鈉的產(chǎn)量最大，它們是合成洗滌劑的重要成分之一。652023/2/11.5陰離子表面活性劑表面活性劑化學一、羧酸鹽脂肪酸的堿金屬鹽、堿土金屬鹽、高價金屬鹽、銨鹽和有機胺鹽統(tǒng)稱為脂肪酸鹽，也稱為皂。RCOONa:是塊狀肥皂和香皂的表面活性組分，俗稱硬皂。RCOOK:常用于制取液體皂，俗稱軟皂。多價金屬皂一般不溶于水，洗滌制品中極少應用，但某些金屬皂具有特殊的工業(yè)用途(如Ba、Ca、Mg鹽等)，用于油漆工業(yè)和塑料工業(yè)中。羧酸鹽的分子通式為RCOOM；662023/2/1表面活性劑化學1.油脂和脂肪酸甲酯的皂化2.脂肪酸中和制皂3.復分解法制皂：用于制取堿金屬皂或高價金屬皂

671、硬脂酸鈉分子式為C17H35COONa性狀：具有脂肪氣味的白色粉末，溶于熱水熱酒精，在冷水冷酒精中溶解較慢。來源：以氫氧化鈉中和硬脂酸而成。用途；硬脂酸鈉是肥皂的主要成分，也是皂類化妝品中的重要組分。其鉀鹽、銨鹽等都是皂類洗滌劑和乳化劑，用于膏霜和香波等制品中。682、月桂酸鉀分子式為C12H23COOK性狀：淡黃色漿狀物，溶于水，有豐富的泡沫。用途：作為乳化劑、液體皂和香波的主要成分。3、油酸三乙醇胺分子式為C17H33COOHN(CH2CH2OH)3性狀：淡黃色漿狀物，溶于水，易氧化變質(zhì)。來源：以三乙醇胺和油酸反應而得。用途：作為乳化劑。69二、烷基硫酸酯鹽(FAS)

烷基硫酸酯鹽的分子通式為ROSO3M；FAS在酸性條件下發(fā)生水解表面活性:C12-C16的FAS降低表面張力的效果較好，C14-C15的效果最佳；烷基鏈較短，潤濕力較好,C12的潤濕性最好；C13-C16FAS的去污力與AOS(α-烯基磺酸鈉)相接近，F(xiàn)AS對棉織物的去污效果最好,在硬水中去污力比LAS(直鏈烷基苯磺酸鈉)好，但隨著水質(zhì)硬度的提高,去污力下降；C14-C15FAS的起泡力最佳，與AOS相接近。70烷基硫酸酯鹽的用途:FAS是香波、合成肥皂、浴用品、剃須膏等衛(wèi)生用品中的重要組分，也是輕垢洗滌劑、重垢洗滌劑、地毯清洗劑、硬表面清洗劑等洗滌制品配方中的重要組分。月桂基硫酸鈉(K12)添加在潔齒劑(牙膏)中，用作潤濕劑、泡沫劑和洗滌劑。高碳脂肪醇硫酸鈉還可用作工業(yè)清洗劑、柔軟平滑劑、紡織油劑組分、乳液聚合用乳化劑等。其銨鹽和三乙醇胺鹽用于香波和浴劑中。711、月桂醇硫酸酯鈉或銨商品代號：K12或K12A；分子式：C12H25OSO3Na、C12H25OSO3NH4；性質(zhì)：外觀為白色粉末，可溶于水，有特征氣味，HLB值40；用途：作為泡沫劑，洗滌劑，乳化劑，大量用于牙膏及香波制作中，以產(chǎn)生泡沫，起洗滌的作用，亦可用于膏霜中作親水乳化劑。722、聚氧乙烯月桂醇醚硫酸鈉或銨商品代號：AES，AESA；分子式：

C12H25（OCH2CH2）nOSO3Na，或NH4制法：它是由非離子表面活性劑月桂醇聚氧乙烯醚硫酸化而制得，如：

用途：適合配制透明液體香波。733、單月桂酸甘油酯硫酸鈉分子式C11H23COOCH2CHOHCH2OSO3Na性狀：白色或微黃粉末；接近無臭、無味，能溶于水呈中性，對硬水穩(wěn)定，其洗滌力、發(fā)泡性和乳化作用良好。來源：先以月桂酸和甘油在堿性觸媒下加熱反應成單甘油酯．再以硫酸處理，然后以氫氧化鈉中和而得。用途：洗滌劑、泡沫劑、乳化劑。用于香波及牙膏。

74三、烷基磺酸鹽

烷基磺酸鹽的通式為RSO3M，其中可以是鏈烴，支鏈烴基或烷基苯，M=Na、Ca、K；是一種用量最大的陰離子表面活性劑。烷基芳基磺酸鹽，典型產(chǎn)品（若烷基帶支鏈則不易生物降解）性能：它比烷基硫酸酯鹽的化學穩(wěn)定性更好，表面活性也更強，成為配制各類合成洗滌劑的主要活性物質(zhì)；用途：烷基磺酸鹽的疏水基不同時，可以表現(xiàn)出不同的表面活性，可分別作為乳化劑、潤濕劑、發(fā)泡劑、洗滌劑等使用。751、十二烷基苯磺酸鈉（LAS）

烷基苯磺酸鈉陰離子表面活性劑中的最重要的一個品種，亦是產(chǎn)量最大的一個品種。產(chǎn)量約占全部陰離子型量的80%，分子式為C12H25C6H4SO3Na；制法：工業(yè)上一般通過丙烯、苯等合成性能：去污力強，泡沫力及泡沫穩(wěn)定性好，在酸堿和某些氧化物中穩(wěn)定,綜合洗滌性能優(yōu)越；用途：用于合成洗滌劑。762、單月桂酸甘油酯磺酸鈉分子式：C11H23COOCH2CHOHCH2SO3Na性質(zhì)：白色粉末，溶于水中成中性溶液，無毒性；制法：α—氯化丙二醇和亞硫酸鈉加熱生成1，2—丙二醇磺酸鈉，再加月桂酸加熱而制得：用途：可用于牙膏及其他化妝品中。773、月桂醇磺乙酸鈉分子式：(ROOCCH2SO3Na)R代表十二烷基，即月桂基；性質(zhì)：白色粉末，略有椰油的氣味，其溶液稍有辛辣味，每克月桂醇磺乙酸鈉可溶于10ml水中；制法：以氯乙酸和月桂醇作用生成月桂醇氯乙酸酯，再和亞硫酸鈉反應而制得用途：在牙膏中應用已有較長的歷史。發(fā)泡性能好，在硬水中也有洗滌效果，無毒性，能安全使用。784、二辛基磺化琥珀酸鈉性狀：白色蠟狀塑性固體，在25oC時，每克約溶于70m1蒸餾水中，全溶于乙醇和甘油中，在硬水中穩(wěn)定；用途：洗滌和發(fā)泡性能好，無毒性，對皮膚刺激性少，在硬水中穩(wěn)定，用于生產(chǎn)香波、泡沫浴及牙膏等。

795、油酸基乙磺酸鈉

分子式：C17H33COOCH2CH2SO3Na；性能：對油污的去垢力好，是一優(yōu)良的洗滌劑，在中性溶液時對鈣、鎂鹽穩(wěn)定。和肥皂共用、在硬水中能分散鈣、鎂皂的形成，易于洗清。由于酯鍵的存在，因此在酸性及