Chapter1.表面活性剂的简介.docVIP

Chapter 1.表面活性剂的简介 1.1表面活性剂及其历史 1.表面活性剂——surfactant, 为surface active agent 的缩写，暗示表面活性剂具有两种特性： a.活跃于表（界）面 b.改变表（界）面张力 表面活性剂是活跃于表面和界面，具有较高的降低表界面张力的能力和效率；在一定浓度以上的溶液中能形成有序组合体，从而具有一系列如（润湿、分散、乳化和洗涤）等应用功能的物质。 表面活性剂的这些功能和特性不仅在生产和生活中有重要应用，而且与生命本身活动密切相关，成为研究生命现象的奥秘和发展仿生技术及其重要的体系，因而受到广泛的重视。例如：冰淇淋、洗涤剂等。 2.表面活性剂的发展历史 ①公元前2500年——1850年 羊油和草木灰制造肥皂 羊油——三羧酸酯简称三甘酯， 经碱水解→羧酸盐、单甘酯、二甘酯和甘油 19世纪中叶 一方面肥皂开始实现工业化大生产，另一方面，也出现了化学合成的表面活性剂 ②土耳其红油的出现： 土耳其红油即蓖麻油与硫酸反应的产物，蓖麻油为蓖麻油酸的三甘酯 深度磺化，耐酸耐硬水 ③19世纪初，矿物原料制备洗涤剂 石油工业的发展→石油硫酸（绿油） 蜡和茶的磺化混合物，溶于酸中，呈绿黑色，用碱中和制得。 石油磺酸皂具有良好的水溶性，称绿钠（第一个矿物原料制得的洗涤剂） 第一次世界大战期间，油脂出现 煤炭产量→煤化工业发→短链烷基、奈磺酸盐类表面活性剂 如丙基奈磺酸盐、丁基奈磺酸盐 1920——1930 脂肪醇硫酸化→烷基硫酸盐 20世纪30年代， 长链烷基、苯基出现于美国 第一次世界大战后 德国开发乙二醇衍生物，如聚乙二醇衍生物产品，聚乙二醇与各种有机化合物（包括醇、酸、酯、胺、酰胺）等结合，形成多种优良性能的非离子表面活性剂。 纵观表面活性剂的发展，其实也是洗涤剂的发展，近半个世纪中，对洗涤剂的要求： 1.3表面张力与表面自由能 1.表面和界面 表面：物体与空气/饱和蒸汽等相接触的表面 界面：两相物质间的接触层，即物质相与相之间的分界面称为界面。包括气液、气固、液液、固固和固液五种。其中包含气相的界面叫表面，包括液体表面、固体表面。 2.表面张力的产生 例如，水龙头滴水，水滴趋向球形（忽视重力作用） 体相内部每个分子所受其周围分子作用力对称。 气液界面上液体分子所受液相分子的引力比气相分子对它的引力强，结果产生了表面分子受到指向液体内部并垂直于界面的引力。表面的分子有向液体内部迁移的趋势，产生液体表面有自动收缩现象。这种引起液体表面自动收缩的力就称之为表面张力。（如上图） U为使液体增加单位表面所需做的可逆功，或恒温恒压条件下增加单位表面积时体系自由能的增值，或单位表面上的分子比体系内部同量分子所具有的自由能过剩值——表面过剩自由能。表面自由能（surface free energy）常用单位为mJ/m2 3.表面张力的物理量 ①mN/m dyn/cm 力学方法（从力的角度推测） 液膜会收缩，要使液膜保持，必须施加力F,忽视摩擦力，F=U.2l U——比例系数 2——因为液膜有两个表面 U即为表面张力（surface tension）其物理意义是：垂直通过液体表面上的任一单位长度与液面相切的收缩的表面张力，单位常用mN/m或dyn/cm ②Mj/m2 热力学方法（从能量角度） 在上面的体系中若增加一无限小的力于?d,使其下移dx，则对体系所做的可逆功 dw=F.dx= U.2l.dx=U.dA 式中dA＝2ldx，是体系表面积的改变量，此可逆功也就是体系自由能的增加量（dG）T,P 因此，（dG）T,P＝U.dA 由此可得，U＝dW/dA=（dG/dA）T,P 1.4 1.表面活性剂的分子结构特点 共同特点：分子由两部分构成 一般溶剂为水，则表面活性剂由两部分构成 疏水基也叫亲油基 2.表面活性剂的分类 （一）按亲水基分类 表面活性剂 如离子型表面活性剂： 脂肪醇硫酸酯钠 十二烷基三甲基氯化铵（1231） 甜菜碱 非离子表面活性剂： C12H25－O－（CH2CH2O）25H 平平加 脂肪族高级醇环氧乙烷加成物 表面活性剂 (二)按疏水基分类 1.炭氢表面活性剂 疏水的碳氢基团 2.氟表面活性剂 疏水基为全氟化或部分氟化的碳氢链（碳氢表面活性剂疏水基中氢全部或部分被氟原子取代） 3.硅表面活性剂 疏水基为由亚甲基化的Si－O－Si Si－C－Si或Si－Si主干，一般是二甲基硅烷的聚合物 4.聚氧丙稀 由环氧丙烷齐聚物得到，主要用来与环氧乙烷一起制备聚合型表面活性剂 （三）其它分类 1.按表面活性剂的应用功能分类： 乳化剂、洗涤