第2讲-表面活性剂.pdf

第二章 表面活性剂 2.1 概述： 1. 概念： 表面活性剂(surfactant)是指具有固定的亲水亲油基团，在溶 液的表面能定向排列，并能使表面张力显著下降的物质。 表面活性剂达到一定浓度后可缔合形成胶团，从而具有润湿或 抗粘、乳化或破乳、起泡或消泡以及增溶、分散、洗涤、防腐、 抗静电等一系列物理化学作用及相应的实际应用，成为一类灵 活多样、用途广泛的精细化工产品。 ２．结构：分子结构具有两亲性. 一部分是由疏水亲油的碳氢链组成的非极性基团，另一部分 为亲水疏油的极性基。这两部分分别处于表面活性剂分子的两 端。为不对称的两亲分子结构。 非极性烃链疏水基：8-20个碳原子以上烃链. 极性亲水基团：羧酸、磺酸、硫酸酯、氨基或胺基及其盐，也 可是羟基、酰胺基、醚键等。 2. ２ 表面活性剂的物理性质 （１）：表面张力 表面张力就是使液体表面尽量缩小的力，也可认为是作用于 液体分子间的凝聚力。 这就是当一滴单一成分的液体在恒温、恒压条件下达平衡时， 则总呈球状，即具有最小的表面积。由于表面分子受力不平 衡而产生的张力。 表面自由能： 增加液体的表面积实际上是将液体内部分子拉 倒表面的过程。由于表面分子有向内运动的趋势，因此必须克服 分子间的吸引力，把分子拉开，才能将内部分子转移到表面而增 加表面积, 这个过程中外界所消耗的功则转化为表面层分子的 位能, 这种能量即称为表面能或表面自由能。 将内部分子转移到表面引起表面增加时自由能的增加，即在一定 温度，一定压力下的可逆功，单位面积表面自由能的增加值。 （２）：临界胶束浓度 表面活性剂开始形成胶束的最低浓度为临界胶束浓度，简称 CMC 。(严格讲是一个范围） a) CMC 浓度非常低，在0.0001 ～0.02 M左右。 b) 可通过测定表面活性剂溶液的物理性质得到CMC （电阻率、 渗透压、蒸气压、粘度、密度等有显著变化） c)使用时浓度稍高于CMC ，其表面活性的性能充分发挥。 • CMC是反映表面活性剂的一个重要指标。 胶束概念 当表面活性剂达到一定浓度即ＣＭＣ时，急速聚集成一定形状 的分子和离子集合体。 胶团（束）形状 表面活性剂在溶剂中的状态 当溶液浓度低于CMC 时，由于表面活性剂分子的界面吸附和 在界面上定向排列，溶液的表面张力随浓度的增高而迅速降 低，其使用性能亦相应地提高。直至达到CMC 时，表面活性 剂已在溶液的界面上排列成单分子膜，此时表面张力降至最 低点，不再随浓度变化引起表面张力的降低。 （3）：界面电荷 界面电荷变化，引起表面张力变化。离子型表面活性剂 能影响到各种分散在水中的颜料、油脂的电动电位，几乎 所有在实际应用的颜料和油脂，它们在水中都具有负电荷， 如在溶液中存在阴离子表面活性剂，则负电荷就大大增加。 通过表面活性剂，改变固体的电荷状态，影响胶体的稳定 性。 （４）：增溶 增溶： 一般认为在ＣＭＣ浓度以上的表面活性溶液中加 入难溶或不溶于水的有机物质时，就得到溶解的透明水溶 液，这就称增溶现象。 增溶的机制和胶束的结构有关。 2 ．3 表面活性剂的结构和分类 表面活性剂的分类方法： （1）按表面活性剂在水溶液中能否解离及解离后所带 电荷类型分为非离子型表面活性剂、阴离子型表面活性 剂、阳离子型表面活性剂和两性离子型表面活性剂； （2）按表面活性剂在水和油中的溶解性可分为水溶性 和油溶性表面活性剂； （3）按分子量分类，可将分子量大于10000者称为高分 子表面活性剂，分子量在1000~10000者称为中分子量表 面活性剂及分子量在100~l000者称为低分子量表面活性 剂。 2 ．3 表面活性剂的结构和分类 表面活性剂由亲水基团和亲油基团两部分组成，根 据这一特性，可将其分为 ： 1 阴离子表面活性剂 2 阳离子表面活性剂 3 非离子表面活性剂 4 两性表面活性剂 阴离子表面活性剂 1