表面活性剂
表面活性剂应用原理
表面活性剂应用原理表面活性剂是一类化学物质，具有分子结构中同时存在亲水性和亲油性的特点。
它们在水和油之间起到界面活性的作用，可以降低液体表面张力，使液体能够更好地湿润固体表面。
表面活性剂的应用原理主要包括以下几个方面：1. 降低表面张力：表面活性剂分子结构中的亲水基团与亲油基团相互作用，形成分子在界面上的吸附层。
这一吸附层能够降低液体的表面张力，使液体更容易湿润固体表面，提高液体的渗透性和扩展性。
2. 分散和乳化作用：表面活性剂能够在液体中形成胶束结构，将油滴或固体微粒分散在水相中，形成分散体系。
这种分散作用可以使油、脂、颜料等不溶于水的物质均匀分散在水中，提高它们的溶解度和可操作性。
3. 渗透和浸润作用：表面活性剂能够改善液体与固体的接触性能，使液体更容易渗透进入固体内部。
这种渗透作用可以提高液体在固体上的浸润性，使液体能够更好地与固体接触和反应，提高工艺效率。
4. 乳化稳定作用：表面活性剂能够使油水两相形成均匀的乳状液体，称为乳化作用。
乳化剂通过在油水界面上形成吸附层，阻止油滴的聚集和沉淀，从而保持乳状液体的稳定性。
5. 胶束增溶作用：表面活性剂能够在溶液中形成胶束结构，将水溶性和油溶性物质同时溶解在溶液中。
这种胶束增溶作用可以提高溶液的溶解度和稳定性，扩大溶液的应用范围。
总之，表面活性剂应用原理主要包括降低表面张力、分散和乳化作用、渗透和浸润作用、乳化稳定作用以及胶束增溶作用等。
这些作用使得表面活性剂在各个领域中具有广泛的应用，如洗涤剂、乳化剂、润滑剂、抗静电剂、泡沫剂等。
表面活性剂的功能
表面活性剂的功能表面活性剂是一种化学物质，广泛应用于各个领域。
它具有许多重要的功能，下面将介绍其中几个主要的功能。
第一，表面活性剂具有降低液体表面张力的功能。
液体的表面张力是指液体表面上分子间的相互牵引力。
表面活性剂能够吸附在液体表面，并与液体分子相互作用，破坏液体表面分子间的牵引力，从而降低液体的表面张力。
这使得液体更容易湿润固体表面，并能够提高液体的流动性。
第二，表面活性剂具有增强溶解度的功能。
由于表面活性剂的结构具有亲水和疏水基团，它们能够在水和油之间形成一种结构称为胶束。
胶束是一种由表面活性剂分子组成的小颗粒，其疏水基团朝向胶束的内部，亲水基团朝向胶束的外部，从而将疏水物质包围在内部。
这种结构能够增强疏水物质在水中的溶解度，使其更易被水所接受。
第三，表面活性剂具有分散、乳化和稳定液体混合物的功能。
由于表面活性剂的两性性质，它们能够将不相溶的液体分散在一起，并形成稳定的乳状液体。
这在制药、食品和化妆品等领域中得到了广泛应用。
例如，在药物制剂中，表面活性剂能够将水溶性药物和油溶性药物结合在一起，提高药物的稳定性和溶解度。
第四，表面活性剂具有减少液滴的表面张力的功能。
在农业领域中，表面活性剂被用作农药的助剂。
它们能够降低液滴的表面张力，使液滴更好地附着在作物上，并提高农药的吸收效率。
此外，表面活性剂还能够改善土壤的渗透性，促进植物根系的生长和发育。
除了上述功能外，表面活性剂还具有抗静电、抗沉积、防锈、抗腐蚀等多种功能。
总的来说，表面活性剂的功能非常广泛，不仅可以改变液体的性质，提高液体的使用性能，还可以在各个领域中发挥重要的作用。
然而，由于表面活性剂会对环境产生一定的影响，因此在应用过程中需要合理使用，并加强对其环境和健康风险的研究。
表面活性剂的原理
表面活性剂的原理
表面活性剂是一类化学物质，可以在液体中降低表面张力，使其能够更好地与其他物质相互作用。
其原理基于分子在界面处的行为。
具体来说，表面活性剂分子由一个亲水性头部和一个疏水性尾部组成。
在水溶液中，表面活性剂分子会自发地聚集在液体表面或界面上，形成一个结构稳定的薄膜，这个薄膜被称为“胶束”。
由于表面活性剂分子的疏水性尾部会互相靠拢，这样就将其亲水性头部暴露在溶液中。
这使得表面活性剂分子能够与水分子形成氢键和其他相互作用力。
同时，表面活性剂分子的疏水性尾部也能与其他非极性物质相互作用。
在表面活性剂的作用下，液体的表面张力降低，液体分子之间的相互引力减小。
这使得液体更容易湿润固体表面，或者更容易与其他液体混合。
例如，在洗涤剂中，表面活性剂能够使油污与水发生混合，从而起到清洁的作用。
此外，表面活性剂还具有乳化和分散的作用。
乳化是指将非互溶的液体通过表面活性剂的作用，形成一个稳定的分散体系，如乳液。
分散则是将固体颗粒分散到液体中，使其形成均匀的悬浮液。
这些功能都是由表面活性剂分子在界面处的行为所决定的。
综上所述，表面活性剂通过降低液体的表面张力，改变界面的
特性，使其能够与其他物质更好地相互作用。
从而在许多领域中发挥着重要的作用，如洗涤剂、乳化剂、分散剂等。
第二章表面活性剂(共56张PPT)
C14H29SO4Na 30
C16H33SO4Na 45 C18H37SO4Na 56
活性剂
C10H21CHC6H4SO3Na | CH3
表面活性剂：是这样一种物质，当它的加入量很小时，就能使溶 剂（一般为水）的表面张力或液液界面张力显著降低，改变体系 的界面状态；当它达到一定浓度时，在溶液中缔合成胶团，从而 产生润湿或反润湿、乳化或破乳、起泡或消泡、以及加溶等一系 列作用，以达到实际应用的要求。
是一类即使在很低浓度时也能显著降低表（界）面张力的物质。
6.8
=CH-
-0.475 -0.475 -0.475
2.4
-(C3H5O)-(氧丙烯基) -0.15
2.1
-CP2-
1.9
-CF3-
-0.87 -0.87
例：计算月桂酸钠的HLB值 CH3（ CH2）10-COONa
解：-CH3：， -CH2- ： -COONa：19.1
HLB=7+∑(亲水基团基数)-∑(亲油基团基数) HLB= 7 + 19.1-（-0.475）×
第二章 表面活性剂
第一节 表面活性剂基本概念
一、表面张力
界面上的分子与体相内部分子所处的
状态不同。受力状态不同。
图2—1 液相内部和液-气界面的
分子所受作用力的示意图
表面张力：液体表面任意单位长度上的
收缩力称为表面张力，单位为N·m-1
。
从能量上看，表面分子比内部分 子具有更高的能量。
要使体系的表面积增加，就必须对体系 做功。
团具有的亲水亲油平衡值。 表示表面活性剂的亲水疏水性能。
HLB值大，亲水性强，亲油性弱； HLB值小，亲油性强，亲水性弱。
（1）HLB值的规定
表面活性剂
一、名词解释1.表面与界面：界面是指物质的相与相之间的交界面（约几个分子厚的过渡区）。
若其中一项为气体，这种界面通常称为表面。
2.表面活性剂：表面活性剂是这样一种物质，它活跃于表面和界面上，具有极高的降低表、界面张力的能力和效率。
在一定浓度以上的溶液中形成分子有序组合体，从而具有一系列应用功能。
3.表面活性：这种因表面正吸附而使液体表面张力降低的性质称为表面活性。
表面活性剂所具有的润湿和反润湿，渗透和防水，乳化和破乳，分散和凝聚，起泡和消泡，洗涤，抗静电，润滑以及增溶等一系列作用称为表面活性。
4.临界胶束浓度（cmc）：表面活性剂在水中随着浓度增大，表面上聚集的活性剂分子形成定向排列的紧密单分子层，多余的分子在体相内部也三三两两的以憎水基互相靠拢，聚集在一起形成胶束，这开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度（critical micelle concentration, cmc）。
5.Krafft点与浊点：对离子型表面活性剂，在温度较低时，表面活性剂的溶解度一般都较小，当达到某一温度时，表面活性剂的溶解度突然增大，这一温度被称为Krafft点。
对非离子型表面活性剂则不同，它存在浊点（cloud point），即一定浓度的表面活性剂溶液在加热过程中，表面活性剂突然析出使溶液浑浊的温度点。
6.特劳贝（Traube）规则：在稀水溶液中，当c很小时，γ-c略成直线，每增加一个一CH2一基团时，其负斜率约为原来的三倍。
7.效率和有效值：表面活性剂的效率(efficiency)由测定表面活性剂使水的表面张力明显下降至一定值时的所需浓度来度量的。
有效值(effectiveness) 是表面活性剂能使溶液的表面张力降低到可能达到的(一般在cmc附近)最小值（γcmc)。
8.酸值：是指中和1克脂肪中的游离脂肪酸所需的氢氧化钾的毫克数。
9.皂化值：是指水解1克油脂所需要氢氧化钾的克数。
10.冰山结构（iceberg sturcture）：表面活性剂溶于水后，使水中原来的氢键结构重新排列，亲油基周围也形成一“整齐结构”，即所谓“冰山结构”。
表面活性剂工作原理
表面活性剂工作原理
表面活性剂是一种能够降低液体表面张力的化学物质。
它的工作原理可以分为两个主要方面，即界面活性和乳化作用。
首先，表面活性剂具有界面活性，也就是它们能够在液体界面上形成一个稳定的薄膜。
这是由于表面活性剂分子结构中同时具有亲水（亲胶体）和疏水（亲脂肪）区域。
当表面活性剂加入到液体中时，它们会在液体界面上排列成一个单分子层或多分子层，将其亲水基团朝向水相，疏水基团朝向空气或油相。
这种排列方式能够降低液体表面的张力，使液体更容易湿润固体表面或与其他液体混合。
其次，表面活性剂还能够通过乳化作用来稳定两种不相容的液体混合物。
当两种不相容的液体混合时，由于它们的特性不同，容易分层或形成不稳定的乳液。
而表面活性剂分子具有两个不同的亲性区域，它们能够在液体界面上形成一个起稳定作用的界面层。
表面活性剂分子的亲水区域吸附在水相中，疏水区域吸附在油相中，形成一个类似于胶体的微乳液结构。
这种结构能够阻止两种液体相互分离，稳定乳液的形成。
总的来说，表面活性剂通过界面活性和乳化作用来降低液体表面张力，增加液体与固体间的接触面积，并稳定两种不相容液体的混合物。
这些特性使得表面活性剂在许多领域中得到广泛应用，例如洗涤剂、乳化剂、泡沫剂以及药物输送系统等。
表面活性剂的名词解释
表面活性剂的名词解释表面活性剂（Surfactants）是一类复合分子，其中一部分通常是脂类结构，另一部分则为具有水溶性的部分，这些分子具有能够改变液体的表面张力的能力。
它们可以将另一种液体的分子聚集在一起，加快混合并改变液体的表面张力。
表面活性剂在化学、石油学、农药学、制药、食品工业、家用和商业清洁剂、包装、染料、建筑材料、塑料和纤维工业等领域中都有许多用途。
它们有各种形式，可以用作降低表面张力、防止结块、使液体混合以及增加洗涤针对微细污渍的能力等等。
表面活性剂主要分为两类：非电聚合物和电聚合物。
非电聚合物表面活性剂，如醇醚、醇胺、醛醚和酯，通常由肥皂、油脂和表面活性剂制成，其中脂肪酸和醇是最常用的材料。
它们可以自然发生溶解，形成小分子群物质，从而产生表面张力降低的作用。
电聚合物表面活性剂，如二烃型表面活性剂、均十型表面活性剂、十八醇型表面活性剂和硫型表面活性剂等，其特性比非电聚合物表面活性剂更加稳定，形成大分子物质。
它们的作用是将表面上的液体分子或固体粒子吸附在表面，形成聚合物膜，起到包裹、防止污染和粒子吸附的作用。
表面活性剂的用途非常广泛，主要可分为三大类：清洁剂、洗涤剂和阻抗粒子粘附剂。
清洁剂用于去除污垢和污物，有助于清洁物体表面。
洗涤剂用于洗涤污染物，有助于降低润湿性，改善污染物的分散性和溶解性。
阻粒子粘附剂用于阻止粘附物体之间的接触，有助于润湿性和粘附性。
有时，表面活性剂还可以用于提高生物可利用性，增加液体的流动性，增加消泡能力，阻碍氧化降解等。
表面活性剂的使用可以带来很多好处，如减少污染、提高清洁效率、减少包装制品的成本、提高水的吸收性、增加泡沫稳定性、降低表面张力和可利用性等。
然而，这些好处也有它们的局限性，因为它们会增加水分质量，增加污水处理工艺的成本，污染地下水，降低自来水的品质，影响蓝藻的生长等等。
因此，用户在使用表面活性剂时，应该谨慎选择型号，控制用量，并遵循一些安全操作措施，以确保安全和健康的使用环境。
表面活性剂的作用原理
疏水基团
疏水基团是表面活性剂分子中 与水分子排斥的部分，通常为 非极性烃基，如烷基、芳基等。
疏水基团的作用是与油污、油 脂等有机物结合，形成胶束或 乳浊液，从而将油污、油脂等 从表面分离。
疏水基团的性质决定了表面活 性剂的油溶性、去污能力和乳 化性能。
亲水亲油平衡值（HLB）
HLB值是衡量表面活性剂分子中亲水基团和疏水 基团平衡程度的数值。
04
表面活性剂的实际应用
洗涤剂
总结词
表面活性剂在洗涤剂中起到关键作用，能够降低水的表面张力，使污渍与织物 分离，从而达到清洁效果。
详细描述
洗涤剂中的表面活性剂能够降低水的表面张力，使水能够更好地渗透到纤维中， 将污渍从织物上彻底清洁掉。此外，表面活性剂还能包裹污渍，使其在洗涤过 程中容易随水流走，从而达到清洁效果。
的特性，两性离子型表面活性剂具有较好的适应性，应用范围广泛。
02
表面活性剂的分子结构与性质
亲水基团
亲水基团是表面活性剂分子中能 够与水分子结合的部分，通常为 极性基团，如羟基、羧基、氨基
等。
亲水基团通过与水分子结合，使 表面活性剂分子在水中溶解并分 散，形成单分子膜，降低水的表
面张力。
亲水基团的数量和性质决定了表 面活性剂的亲水性、溶解度和稳
详细描述
在制药领域中，表面活性剂可以作为药物载体，将药 物包裹在稳定的胶束中或形成脂质体，从而提高药物 的稳定性和生物利用度。在生物技术领域中，表面活 性剂可以作为生物传感器的敏感膜材料，检测生物分 子或细胞的存在和活性。此外，表面活性剂还可以用 于制备纳米材料和自组装膜等先进材料。
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• 表面活性剂的定义与分类 • 表面活性剂的分子结构与性质 • 表面活性剂的作用原理 • 表面活性剂的实际应用
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表面活性剂总结
表面活性剂(surfactant)，是指加入少量能使其溶液体系的界面状态发生明显变化的物质。
具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列。
表面活性剂的分子结构具有两亲性：一端为亲水基团，另一端为憎水基团；亲水基团常为极性基团，如羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其盐，羟基、酰胺基、醚键等也可作为极性亲水基团；而憎水基团常为非极性烃链，如8个碳原子以上烃链。
表面活性剂分为离子型表面活性剂（包括阳离子表面活性剂与阴离子表面活性剂）、非离子型表面活性剂、两性表面活性剂、复配表面活性剂、其他表面活性剂等。
结构：
传统观念上认为，表面活性剂是一类即使在很低浓度时也能显著降低表（界）面张力的物质。
随着对表面活性剂研究的深入，一般认为只要在较低浓度下能显著改变表（界）面性质或与此相关、由此派生的性质的物质，都可以划归表面活性剂范畴。
无论何种表面活性剂，其分子结构均由两部分构成。
分子的一端为非极亲油的疏水基，有时也称为亲油基；分子的另一端为极性亲水的亲水基，有时也称为疏油基或形象地称为亲水头。
两类结构与性能截然相反的分子碎片或基团分处于同一分子的两端并以化学键相连接，形成了一种不对称的、极性的结构，因而赋予了该类特殊分子既亲水、又亲油，便又不是整体亲水或亲油的特性。
表面活性剂的这种特有结构通常称之为“双亲结构”（amphiphilic structure），表面活性剂分子因而也常被称作“双亲分子”。
根据所需要的性质和具体应用场合不同，有时要求表面活性剂具有不同的亲水亲油结构和相对密度。
通过变换亲水基或亲油基种类、所占份额及在分子结构中的位置，可以达到所需亲水亲油平衡的目的。
经过多年研究和生产，已派生出许多表面活性剂种类，每一种类又包含众多品种，给识别和挑选某个具体品种带来困难。
因此，必须对成千上万种表面活性剂作一科学分类，才有利于进一步研究和生产新品种，并为筛选、应用表面活性剂提供便利。
性质：
表面活性剂通过在气液两相界面吸附降低水的表面张力，也可以通过吸附在液体界面间来降低油水界面张力。
许多表面活性剂也能在本体溶液中聚集成为聚集体。
囊泡和胶束都是此类聚集体。
表面活性剂开始形成胶束的浓度叫做临界胶束浓度或CMC。
当胶束在水中形成，胶束的尾形成能够包裹油滴的核，而它们的（离子/极性）头能够形成一个外壳，保持与水接触。
表面活性剂在油中聚集，聚集体指的是反胶束。
在反胶束中，头在核，尾保持与油的充分接触。
表面活性剂通常分为四大类：阴离子，阳离子，非离子和两性离子（双电子）。
表面活性剂系统的热动力学很重要，不论是理论上还是实践上。
因为表面活性剂系统代表的是介于有序和无序物质状态之间的系统。
表面活性剂溶液可能含有有序相（胶束）和无序相（自由表面活性剂分子和/或离子）。
胶束——表面活性剂分子的亲脂尾端聚于胶束内部，避免与极性的水分子接触；分子的极性亲水头端则露于外部，与极性的水分子发生作用，并对胶束内部的憎水基团产生保护作用。
形成胶束的化合物一般为两亲分子，因此一般胶束除可溶于水等极性溶剂以外，还能以反胶束的形式溶于非极性溶剂中。
比如，常用的洗涤剂能够提高水在土壤中的渗透能力，但是效果仅仅持续数日(许多标准洗衣粉含有一定量的化学品，比如钠和溴，由于它们会破坏植物，不适于土壤)。
商业土壤润湿剂会持续起效果一段时间，最终还是会被微生物降解。
然而，有一些会对水生物的生物循环产生影响，因此必须小心防止这些产品流入地表径流，过量产品不应该洗消。
分类：
表面活性剂的分类方法很多，根据疏水基结构进行分类，分直链、支链、芳香链、含氟长链等；根据亲水基进行分类，分为羧酸盐、硫酸盐、季铵盐、PEO衍生物、内酯等；有些研究者根据其分子构成的离子性分成离子型、非离子型等，还有根据其水溶性、化学结构特征、原料来源等各种分类方法。
但是众多分类方法都有其局限性，很难将表面活性剂合适定位，并在概念内涵上不发生重叠。
人们一般都认为按照它的化学结构来分比较合适。
即当表面活性剂溶解于水后，根据是否生成离子及其电性，分为离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂。
发展现状：
1.烷基磷羧酸盐（AEC）工业化制造
表面活性剂应人类要求正向着温和、易生物降解和多功能性，强调使用安全、生态保护和提高效率的方向发展。
例如：烷基醇醚羧酸盐（AEC）是8O年代以来，发达国家积极研究开发的优质表面活性剂热点品种，它与烷基多苷和醇醚磷酸单酯同被称为“表面活性剂90年代的绿色品种”。
2.新一代表面活性剂Gemini
现已经合成的低聚表面活性剂有二聚体、三聚体和四聚体等，其中最引人注目的是二聚体，结构示意图见图1，二聚表面活性剂最早被合成于1971年[4-5]，后因其结构上的特点而被形象地命名为Gemini（英文是双子星之意）表面活性剂。
表面活性剂Gemini（或称dimeric）提高了表面活性。
与当前为提高表面活性而进行的大量尝试，如添加盐类、提高温度或将阴离子表面活性剂与阴离子表面活性剂混合相比较，Gemini 表面活性剂是概念上的突破，因而被誉为新一代的表面括性剂。
3.AB型嵌段高分子表面活性剂
涂料中颜填料的分散先后使用过聚磷酸盐、硅酸盐、碳酸盐等无机分散剂，传统小分子表面活性剂和聚羧酸盐、聚丙酸酸盐等高分子化合物。
高分子化合物主要利用空间位阻使颜填料颗粒稳定，效果好于小分子表面活性剂的静电排斥作用。
研究表明，在众多类型的高分子分散剂中，效果最好、效率最高的是AB型嵌段高分子表面活性剂。
从分子结构上看，AB型嵌段高分子就是超大号的表面活性剂，A嵌段和B嵌段分别类似于表面活性剂的亲水头基和疏水尾链。
AB嵌段高分子表面活性剂在颜填料表面采取尾型吸附形态，A嵌段是亲颜料的锚固基团，B嵌段是亲溶剂的溶剂化尾链。
A嵌段可以是酸、胺、醇、酚等官能团，通过离子键、共价键、配位键、氢键及范德华力等相互作用吸附在颗粒表面，由于含有多个吸附点，可以有效地防止分散剂分子脱附，使吸附紧密且持久。
B嵌段可以是聚醚、聚酯、聚烯烃、聚丙烯酸酯等基团，分别适用于极性和非极性溶剂。
典型的AB嵌段型高分子表面活性剂结构如图3所示。
稳定颗粒主要依靠B嵌段形成的吸附层产生的空间位阻作用，所以对作为溶剂化尾链的B嵌段的长度和均一性有极高的要求，希望可以形成厚度适中且均一的吸附层，如果B段过长，可能会起架桥作用，引起分散体系黏度增加，甚至絮凝沉淀。
通常认为位阻层的厚度为20nm时，可以达到最好的稳定效果。
4. 低泡或无泡表面活性剂
低泡或无泡表面活性剂就是在原有的表面活性剂基础上进行改性，使其原有的发泡基团失去或降低发泡性，也有用异构醇加EO和PO进行嵌段来调节泡沫大小生产而成的。
市场有低泡表面活性剂LT-601，无泡表面活性剂8550、8551。