第二章表面活性剂化学..doc

第二章 表面活性剂化学 说到表面活性剂大家其实并不陌生，我们所用的肥皂就是较早的表面活性剂，后来在20世纪30年代随着石油工业的发展，表面活性剂迅速发展，品种和产量不断增多，用途也不断推广。到1995年，我国年产量就达到900万吨，品种达1万种以上。其应用也已经渗透到几乎所有技术经济部门，包括石油、纺织、食品、农业、环境、新型材料，日用化学品等，加上用量很少，就能发挥显著的效果，素有“工业味精”之美称。 本章的思路：分子结构――性质――用途 总体－具体 2.1表面活性剂基本概念 一、表面与表面张力 生活中很多现象都跟表面张力有关：荷叶上的水珠，毛细管的虹吸，量筒的凹液面。 表面：凝聚体与气体之间的接触面一般称为表面。 表面张力：引起液体表面自动收缩的力叫表面张力。 或是指一种使表面分子具有向内运动的趋势，并使表面自动收缩至最小面积的力。 为什么会有表面张力？是因为表面上的分子所处的状态与体相内部的分子所处的状态不同。液体内部，每个分子所受的作用力是对称的，合力为零，如A，而处在界面的B因液体内部对它的吸引力大，气体分子对它的吸引力小，，所受力不对称，合力指向液体内部并垂直与液体表面，所以表面上的分子有向内部迁移的趋势。此合力即表面张力或称比表面能或比表面自由能，单位为牛顿/米（N/m）或(J/m2)。 二、表面活性剂的定义 不同物质的水溶液表面张力不同，同一溶液不同浓度表面张力也不同。下面是各类物质水溶液的表面张力与浓度的关系。 1非表面活性物质： 无机盐、不挥发酸碱 2表面活性物质： 短链脂肪酸、醇、醛 3表面活性剂：明显降低水的表面张力的两亲性质的有机化合物 狭义定义：少量使用就能使体系表面张力大幅度下降的物质就是表面活性剂。1930年Freundlich提出。 广义定义：少量使用即可使表面或界面性质发生显著变化的物质叫做表面活性剂。 三、表面活性剂的结构和分类 双亲结构：极性的亲水基团和非极性的亲油基团。极性端称为头基，非极性端称为尾基。 一般结构示意图像个小蝌蚪的形状。 正因为表面活性物具有两亲性结构，极性端极力进入水相，而非极性端受到水的排斥，有逃出水相的趋势，于是它被排向水面，在水面上浓集，将憎水部分伸向空气。微观上看，表面层表面活性物分子所受的向内的拉力比水分子的要小些，即表现出表面活性物质溶液的表面张力低于水的表面张力。 亲油基：直链或支链烷基、烷基苯基、芳香衍生物、聚氧乙烯基、长链全氟烷基、低分子量全氟聚氧丙烯基、硅氧乙烯基。 亲水基：－COOH，－OH，－NH2，－OSO3 表面活性剂分子的性质差异来源于亲油基部分烷基大小、形状和亲水基种类。 例如：C6H5C12H24SO3Na,是阴离子表面活性剂，亲油基是C6H5C12H24－，亲水基是－SO3 四、表面活性剂的分类 1按其溶于水所显示的化学特征分： 阴离子表面活性剂：在水中离解，其活性部分为阴离子，如羧酸盐肥皂； 阳离子表面活性剂：在水中离解，其活性部分为阴离子，如季铵盐； 两性表面活性剂：其亲水基是由带有正电荷和负电荷的两部分有机地结合起来而构成的，如甜菜碱型和氨基酸型。 非离子表面活性剂：在水中不会离解成离子，但同样具有亲水基和亲油基。如平平加 RO（CH2CH2O）(hydrophile-lipophile balance，HLB)系表面活性剂分子中亲水和亲油基团对油或水的综合亲合力。是用来表示表面活性剂的亲水亲油性强弱的数值。 数值范围：HLB值范围为0~40，其中非离子表面活性剂HLB值范围为0~20。即石蜡为0，聚氧乙烯为20。 HLB 值愈大，亲水性愈强； HLB 值愈小，亲油性愈强。 2 HLB值的确定 .实验 HLB值范围 表面活性剂在水中的性状 1－4 不分散 5－6 分散得不好 6－8 剧烈振荡后成乳色分散体 8－10 稳定乳色分散体 10－13 半透明至透明的分散体 13以上 透明溶液（完全溶解） 计算 (1)多元醇型和聚乙二醇型非离子表面活性剂： HLB＝ (2)大多数多元醇脂肪酸酯： HLB＝20（1－S/A） S为酯的皂化价，A为脂肪酸的酸价。 (3)混合的非离子表面活性剂： HLBab=(HLBa×Wa+HLBb×Wb)/(Wa+Wb) (4)官能团HLB计算法： Davies 将表面活性剂分子分解为不同的基 ++ 团，每个基团对分子的HLB值都有一定的贡献。其计算公式如下：HLB值具有加和性，加和时可用官能团法来测定。 HLB=7+∑(亲水基团HLB)－∑(亲油基团HLB) 并不是所有表面活性剂HLB值能用算式计算，须用实验方法加以验证。