表面活性劑與液晶

表面活性劑

及其應(yīng)用1、基本概念（1）表面與界面(SurfaceandInterface)—物質(zhì)相與相之間的“接界面”或“接觸面”。(a)物質(zhì)(Substances)—同種或異種物質(zhì)之間；(b)相(Phases)—物質(zhì)的化學(xué)、物理性質(zhì)相同的集合體。物質(zhì)有G,L,S三種聚集態(tài)，兩兩組合扣去G-G無接界面外，自然界中存在五種界面：G-L,G-S,L-L,L-S,S-S。

（2）表面與界面張力(a)本體相分子(b)表面相分子(c)表面張力(Tensionofsurface)-shrinkforceinsurface).液體表面的自動(dòng)收縮現(xiàn)象；自然狀態(tài)的水滴、氣泡、西瓜等等表面活性劑的一般結(jié)構(gòu)表面活性劑從結(jié)構(gòu)上看均為兩親分子，即同時(shí)具有親水的極性基團(tuán)和憎水的非極性基團(tuán)。極性頭8－18C長鏈烷基等非極性基團(tuán)親油基（疏水基）：與油具有親和性，如長鏈烴-CH2-CH2-CH2-CH2-

親水基：容易溶于水或易被水所潤濕的原子團(tuán)，如羧基、磺酸基、硫酸酯基、醚鍵、氨基、羧基CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2－COONa肥皂中的表面活性劑：脂肪酸鈉鹽3、表面活性劑的結(jié)構(gòu)特征（1）雙親結(jié)構(gòu)非極性的親油基極性的親水基——通過連接基或直接連接而成的不對(duì)稱化合物——例如肥皂，硬脂酸鈉學(xué)名十八烷基酸鈉：（二）親水親油平衡值定義：HLB(hydrophile-lipophilebalance)系表面活性劑中親水和親油基團(tuán)對(duì)油或水的綜合親合力，是用來表示表面活性劑的親水親油性強(qiáng)弱的數(shù)值。HLB值范圍：

HLB0～40，其中非離子表面活性劑HLB0～20，即石蠟為0，聚氧乙烯為20。（2）冰山結(jié)構(gòu)氫鍵神奇液體——水（例如：sl)主要原因是氫鍵。一個(gè)水分子可形成四個(gè)氫鍵形成六元環(huán)結(jié)構(gòu)，在液態(tài)時(shí)也會(huì)形成冰結(jié)構(gòu)，為假晶結(jié)構(gòu)Icebergstructure

加入表面活性劑于水中，破壞了水原有的氫鍵結(jié)構(gòu)，但在表面活性劑的親油基附近形成另種類似于疊羅漢那樣規(guī)整的冰結(jié)構(gòu)——Icebergstructure——有序度高、熵小不穩(wěn)定，從而驅(qū)使體系向破壞該結(jié)構(gòu)方向變化，逃逸水。（3）疏水相互作用(Hydrophobicinteraction)為避免形成冰山結(jié)構(gòu)，表面活性劑的親油劑在水中會(huì)向逃逸水的方向移動(dòng)——疏水相互作用。親油基——逃逸水——疏水基（4）表面活性——表面活性劑疏水作用的直接結(jié)果:(a)表（界）面吸附；(b)膠束作用。此兩個(gè)基本特性則引發(fā)了一系列作用：吸附——潤濕、乳化、分散、泡沫等；膠束——增溶。表面活性劑的種類：1、陰離子型：親水基團(tuán)為帶有負(fù)電的原子團(tuán)。2、陽離子型：親水基團(tuán)為帶有正電荷的原子團(tuán)。3、兩性離子型：帶有兩個(gè)親水基團(tuán)，在水中帶有正負(fù)兩種電荷，在酸性溶液中呈陽離子表面活性，在堿性溶液中呈陰離子表面活性，在中性溶液中呈非離子表面活性。4、非離子型：在水中不會(huì)離解成離子，也不帶電荷。5、混合型：兩個(gè)親水基團(tuán)，一個(gè)帶電，一個(gè)不帶電。常用表面活性劑1.陰離子表面活性劑

羧酸鹽

RCOO－

例如：肥皂中的表面活性成分硬脂酸鈉等(2)磺酸鹽R-SO3－

例如：洗衣粉中的十二烷基苯磺酸鈉(ABS)等(3)硫酸酯鹽R-OSO3－

(4)磷酸酯鹽R-OPO32－2.陽離子表面活性劑

具有易吸附于一般固體表面及殺菌性兩個(gè)特點(diǎn)伯胺鹽

R-NH3＋

(2)季胺鹽

CH3|例如C16H33-N+-CH3Br－

|CH3十六烷基溴化銨(俗稱1631)(3)吡啶鹽例如C12H25(NC5H5)+

常用表面活性劑季胺鹽水溶液具有強(qiáng)殺菌性，常用作消毒、殺菌劑常用表面活性劑3.兩性表面活性劑(3)卵磷脂類屬天然表面活性劑，常用作食品添加劑

氨基酸型R-NH2CH2-CH2COO－

洗滌性能良好，常作為特殊洗滌劑(2)甜菜堿型

CH3

R-N+-CH2COO-CH3去污力強(qiáng)，對(duì)纖維有保護(hù)作用4.非離子表面活性劑脂肪醇聚氧乙烯醚

R-O-(CH2CH2O)nH

俗稱平平加系列，具良好濕潤性能(2)烷基酚聚氧乙烯醚R-(C6H4)-O(C2H4O)nH

俗稱OP系列，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，抗氧化性能強(qiáng)(3)聚氧乙烯烷基酰胺R-CONH(C2H4O)nH 常用作起泡劑、增粘劑

(4)多元醇型

主要是失水山梨醇的脂肪酸酯及其聚氧乙烯加成物

Span類及Tween類表面活性劑即屬此類具有低毒的特點(diǎn)，廣泛用于醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)以及生化實(shí)驗(yàn)親水基多為聚氧乙烯基構(gòu)成，由所含氧乙烯基數(shù)目控制其親水性。穩(wěn)定性高，與其他類型表面活性劑相容性好，可混合使用SpanTween常用表面活性劑性能參數(shù)C20

：降低溶液表面張力20mN·m-1

時(shí)所需的表面活性劑濃度,該值愈小表明表面活性劑在界面的吸附能力愈強(qiáng)。2.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。C20有效值雜質(zhì)的原因20mN/m常用表面活性劑性能參數(shù)CMC

在表面張力對(duì)濃度繪制的曲線上會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)折。繼續(xù)增加活性劑濃度，表面張力不再降低，3.臨界膠束濃度(CMC)(CriticalMicelleConcentration)表面活性劑溶液中開始形成膠束的最低濃度稱為臨界膠束濃度。臨界膠束濃度

(criticalmicelleconcentration)表面活性劑濃度變大C<CMC分子在溶液表面定向排列，表面張力迅速降低C＝CMC溶液表面定向排列已經(jīng)飽和，表面張力達(dá)到最小值。開始形成小膠束C>CMC溶液中的分子的憎水基相互吸引，分子自發(fā)聚集，形成球狀、層狀膠束，將憎水基埋在膠束內(nèi)部膠束(micelle)

兩親分子溶解在水中達(dá)一定濃度時(shí)，其非極性部分會(huì)互相吸引，從而使得分子自發(fā)形成有序的聚集體，使憎水基向里、親水基向外，減小了憎水基與水分子的接觸，使體系能量下降，這種多分子有序聚集體稱為膠束。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。球形膠束棒狀膠束層狀膠束臨界膠束濃度(criticalmicelleconcentration)臨界膠束濃度簡稱CMC

表面活性劑在溶液中開始形成膠束的最低濃度稱為臨界膠束濃度。

在CMC附近，表面活性劑溶液的許多性質(zhì)都會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，如表面張力、電導(dǎo)率、去污能力等可以利用測(cè)定表面張力，電導(dǎo)率等方法達(dá)到測(cè)定臨界膠束濃度的目的常用表面活性劑性能參數(shù)－親水親油平衡值(hydrophile-lipophilebalance)Griffin提出了用一個(gè)相對(duì)的值即HLB值來衡量表面活性物質(zhì)的親水性。對(duì)非離子型的表面活性劑，HLB的計(jì)算公式為：HLB值=親水基質(zhì)量親水基質(zhì)量+憎水基質(zhì)量×20

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0～20之間。在表面活性劑的應(yīng)用中，需根據(jù)不同目的選擇具備適當(dāng)親水親油性的表面活性劑HLB值

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2～6之間，可作油包水型的乳化劑；8～10之間作潤濕劑；12～18之間作為水包油型乳化劑。HLB值02468101214161820 ||———||——||——||——||

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(gè)方面：1.潤濕作用

2.起泡作用

4.增溶作用

3.乳化作用5.洗滌作用

表面活性劑的性質(zhì)1、潤濕和滲透性質(zhì)洗滌劑溶液很容易潤濕織物纖維，并浸入纖維的微孔中。2、乳化性質(zhì)洗滌劑的親油基溶入油滴，親水基留在水中，能降低油水兩相的表面張力，攪拌后能幫助油乳化。3、分散性質(zhì)洗滌劑分子能鉆進(jìn)固體粒子的縫隙，減弱固體粒子的內(nèi)聚力，使粒子破裂成微小質(zhì)點(diǎn)而分散在水中。4、發(fā)泡性質(zhì)使氣液兩相間表面張力降低而產(chǎn)生大量泡沫。5、增溶性質(zhì)活性劑把油溶解在膠束的親油基內(nèi)，使油性物質(zhì)的溶解度增大。去污原理：1、織物纖維和污垢被洗滌劑潤濕、滲透，織物和污粒上定向吸附著活性物的單分子層。2、經(jīng)過機(jī)械攪拌或搓洗，污粒脫離到水中，產(chǎn)生乳化、分散、懸浮等現(xiàn)象。3、還有一部分污垢（油脂、鈣皂、色料）被增溶到活性物的膠束中，被水洗去。1.3皂類洗滌劑(一)肥皂的成分與制造主要成分：高級(jí)脂肪酸的鈉鹽或鉀鹽C3H5(OOCR)3+3NaOH→3RCOONa+C3H5(OH)3

油脂燒堿肥皂甘油油脂：硬化油、牛油、骨油、豬油、棕櫚油、椰子油、菜籽油、棉籽油、豆油。輔助原料：松香、水玻璃、著色劑、熒光增白劑、抗氧劑、殺菌劑。（二）肥皂的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1、原料來源廣泛，制作工藝簡單。2、價(jià)格便宜、去污效果較好，對(duì)環(huán)境污染小。缺點(diǎn)：1、對(duì)水質(zhì)要求較苛刻。硬水、海水、酸性水不宜使用。2、堿性較強(qiáng)，不適合洗滌絲、毛織物和某些化學(xué)纖維紡織品。3、不適合洗衣機(jī)使用。普通洗衣粉的pH值9.5～10之間，堿性較強(qiáng)。它的主要成分是烷基苯磺酸鈉25％，甲苯磺酸鈉2.5％，月桂酸單乙醇酸胺3％，三聚磷酸鈉30％，無水硅酸鈉10％，CMC2％，熒光增白劑0.2％，硫酸鈉27.3％洗衣粉的成分1.4洗衣粉1、表面活性劑

石油化學(xué)產(chǎn)品為原料：烷基苯磺酸鈉、烷基硫酸鈉、脂肪醇硫酸鈉、脂肪醇聚氧乙烯醚、環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷的共聚物等。潤濕、滲透、分散、乳化和增溶2、無機(jī)助劑三聚磷酸鈉、水玻璃（硅酸鈉）、純堿（碳酸鈉）、硫酸鈉和過硼酸鈉三聚磷酸鈉的主要作用：