2014-2015 表面活性剂化学实验资料

实验一乳状液的制备和性质

一、实验目的

1、用多种乳化剂制备不同类型的乳状液；

2、学习鉴别乳状液类型的基本方法；

3、了解乳状液的基本性质。

二、实验原理

乳状液是一种分散体系，它是由一种以上的液体以液珠的形式均匀地分散于另一种与它们不相混溶的液体中而形成的。通常将以液珠形式存在的一相称为内相（或分散相），另一相称为外相（或分散介质）。

通常外相为水相，内相为油相的乳状液称为水包油型乳状液，以O/W 表示，反之则为油包水型乳状液，以W/O 表示。为使乳状液稳定要加入的第三种物质（多为表面活性剂），称为乳化剂。乳化剂的性质常能决定乳状液的类型，如碱金属皂可使O/W 型稳定，而碱土金属皂可使W/O 型稳定。有时将乳化剂的亲水、亲油性质用HLB 值表示，此值越大亲水性越强。HLB 值在3～6 间的乳化剂可使W/O 型的乳状液稳定，HLB 值在8～18 间的乳化剂可使O/W 型的乳状液稳定。欲使某液体形成一定类型的乳状液，对乳化剂的HLB 有一定的要求。当几种乳化剂混合使用时，混合乳化剂的HLB 值和单个乳化剂的HLB 值有如下关系：

混合乳化剂HLB= ax+by+cz+…../x+y+z+…..

式中a、b、c ……表示单个乳化剂的HLB 值，x、y、z ……表示各单个乳化剂在混合乳化剂中占的重量分数。

乳状液类型的鉴别方法有：

①染色法

选择一种只溶于水（或只溶于油）的染料加入乳状液中，充分振荡后，观察内相和外相的染色情况，再根据染料的性质判断乳状液的类型。例如把油溶性染料加入到乳状液中若能使内相着色，则为O/W 型乳状液。

②稀释法

乳状液易于与其外相相同的液体混合。将1 滴乳状液滴入水中，若很快混合为O/W 型。

③电导法

O/W 型乳状液比W/O 型乳状液导电能力强。

乳状液的界面自由能大，是热力学不稳定体系。因此，即使加入乳化剂，也只能相对地提高乳状液的稳定性。用各种方法使稳定的乳状液分层，絮凝或将分散介质、分散相完全分开统称为破乳。

三、仪器和药品

1、仪器

试管、烧杯、量筒、表面皿、离心机、离心试管

2、药品

十二烷基硫酸钠、甲苯、Tween-20、明胶、氢氧化钠、椰子油、油酸钠

四、实验步骤

1、乳状液的制备

①在20ml 试管中加入2%的十二烷基硫酸钠的水溶液5ml，逐滴加入甲苯，每加入0.5ml 摇动半分钟，至加入5ml 为止。观察所得乳状液的外观。

②在20ml 试管中加入2%的Tween-20 水溶液5ml，逐滴加入甲苯，随时摇动，至加入5ml 为止。观察所得乳状液的外观。

③在20ml 试管中加入1%明胶水溶液5ml，加热至40℃，将5ml 甲苯分数次加之，并激烈摇动。观察所得乳状液外观，静置1～2h 后再观察之。

④瞬时成皂法

a、在试管中加入0.1mol/LNaOH 水溶液5ml，逐滴加入2ml 椰子油，稍加摇动，观察之。

b、在试管中0.1mol/NaOH 水溶液5ml，逐渐加入5ml 0.9%的油酸钠水溶液5ml，逐滴加入甲苯5ml，观察之。比较以上二种乳状液的稳定性。

2、混合乳化剂的使用

已知欲使甲苯形成O/W 型乳状液，要求乳化剂的适宜HLB 值为12.5。现有油酸钠（HLB 值为18）和Span-20（HLB 值为8.6）两种乳化剂。通过试验比较单独使用和混合使用时的效果。每次均取10ml 2%的乳化剂水溶液，在摇动下向其中滴加5ml 甲苯，加完后再摇动1min。

a、10ml 2%油酸钠水溶液中滴加5ml 甲苯；

b、10ml 2%Span-20 水溶液中滴加5ml 甲苯；

c、10ml 2%油酸钠和2%Span-20 的水溶液混合物中滴加5ml 甲苯。油酸钠和Span-20 溶液各取的体积按基本原理中所述公式计算。

比较以上3 种情况的乳化效果和所得乳状液的稳定性。

3、乳状液类型的鉴别

①用实验步骤 1 中②所制备的乳状液，在两小表面皿中分别加入少许水和甲苯，滴1 滴乳状液于其中，观察乳状液滴与水或甲苯的混合情况，判断乳状液的类型。

②2克干燥的硬脂酸锌在加热下溶于10ml 石油醚中，冷却后在激烈摇动下加入10滴（约0.5ml）水，用上述方法判断所得乳状液的类型。

4、乳状液的稳定性

离心分离法比较乳状液的稳定性

将上述步骤2的三种乳状液分别倒入3 支离心管中，在2000 rpm 条件下离心0.5min、1min 和3min后观察分层情况，比较它们的稳定性。

5、破乳

电解质的存在对乳状液的稳定性有很大的影响，用一个50 mL锥形瓶在激烈搅拌下将3ml 1%橄榄油—酒精溶液逐滴加入30ml 水中，得到较稳定的乳状液。可以用电解质溶液（0.1mol/L NaCl ）滴加至开始分层，观察之。

五、结果处理

1、指出所制备的各种乳状液内相、外相及乳化剂各是什么？

2、说明判断类型的各种方法的根据。

3、分析各乳状液破坏的原因，并找出不同电解质对乳状液稳定性的影响。

实验二、表面活性剂AES临界胶束浓度的测定(γ-lgC)

一、实验目的

1、掌握表面活性剂溶液表面张力的测定原理和方法

2、掌握表面活性剂溶液临界胶束浓度的测定原理和方法

二、实验仪器与试剂

1、全自动表面张力仪

全自动表面张力计：由水平平台、测力计和仪表组成。

1)水平平台：用微调螺丝可使其垂直上下移动；装有千分尺能估计0.1 mm 的垂直位移。

2)测力计：能连续测量作用于测量单元上的力，并具有至少0.1 mN/m的准确度。

3)仪表：用于指示或记录测力计测量值。

装置应防震避风。整个仪器要用天平罩保护起来，这有利于减小温度变化和尘埃污染。

4)铂铱环：铂铱丝直径0.3mm。环的周长通常为（40～60）mm。

5)测量杯：玻璃制品，内径至少8 cm。对于纯液体的测定，理想的测量杯是矩形平行六面体小皿，边长至少8 cm；这种形状有利于用洁净的玻璃棒或聚四氟乙烯板刮净液体表面。

2、表面活性剂AES

3、蒸馏水

三、实验原理

表面活性剂的水溶液，其浓度达到一定界限时，溶液的物理化学性能（如渗透压、电导、界面张力、密度、去污力等）即发生急剧的变化，该浓度界限称为表面活性剂的临界胶团浓度（cmc）。

cmc的测定方法很多，它们都是利用表面活性剂溶液的性质在cmc时发生突变的这一特性。如表面张力法、电导法、折光指数法、染料增溶法、光散射法等。通常，采用表面张力法、电导法进行测定。

本实验采用表面张力法测定表面活性剂的临界胶束浓度。

表面活性剂稀溶液随浓度增高，表面张力急剧降低，当达到cmc后，再增加浓度，表面张力不再改变或改变很小。测定一系列不同浓度的表面活性剂溶液的表面张力，绘制以表面张力作纵坐标，溶液浓度的对数作横坐标的曲线

（γ-lgC），这曲线上的突变点即为临界胶束浓度。

四、实验步骤

1）准备测定5.00×10-2mol/L ，5.00×10-3mol/L，5.00×10-4mol/L、

5.00×10-5mol/L，5.00×10-6mol/L ，等5份不同浓度的溶液（包括预期的临界胶束浓度）。

2）清洗仪器、仪器的校正及表面张力的测定：用滴体积法或环法测定蒸馏水的表面张力，对仪器进行校正，然后按照从稀至浓依次测定AES溶液表面张力。

3）绘制曲线

作出表面张力-浓度对数曲线，拐点处即为CMC值。如希望准确测定CMC 值，在拐点处增加几个测定值即可实现。

五、注意事项

1）配制表面活性剂溶液时，要在恒温条件下进行，温度变化应在0.5℃之内。

2）为减少误差，要在高于krafft的温度下进行测定。

3）溶液的表面对于大气灰尘或周围的挥发性化学溶剂非常敏感，所以不要在进行测定的房间内处理挥发性的物品全部仪器应该用保护罩保护起来。

实验三、表面活性剂AES发泡力的测定

一、实验目的

1）熟练掌握罗氏泡沫仪的使用方法

2）掌握洗涤剂洗涤性能-发泡力的测定方法

二、实验仪器及试剂

仪器设备：

1、rose泡沫仪（支架、自动恒温水浴）

泡沫仪由分液漏斗、计量管、夹套量筒及支架部分组成。

1)分液漏斗：容量1 L，其构成为有一个球形泡与长200 mm的管子相连接，管的下端有一旋塞。分液漏斗梗在旋塞轴心线以上150 mm处带一刻度，供在试验中指示流出量的下限。在分液漏斗旋塞轴线下40 mm处严格地垂直于管的长度切断管子的下端。

2）计量管：不锈钢材质，长70 mm，内径(1.9±0.02)mm，壁厚0.3 mm。管子的两端用精密工具车床垂直于管的轴线精确地切割。计量管压配入长度为（10～20）mm的钢或黄铜安装管，安装管的内径等于计量管的外径，外径等于分液漏斗的玻璃旋塞的底端管外径。计量管上端和安装管上端应在同一平面上，用一段短的厚橡皮管（真空橡皮管）固定安装管，使得安装管的上端和玻璃旋塞的底端管相接触。

3)夹套量筒：容量1.3 L,刻度分度l0 mL。由壁厚均匀的耐化学腐蚀的玻璃管制成，管内径(65±1)mm,下端缩成半球形，并焊接一梗管直径12 mm的直孔标准锥形旋塞，塞孔直径6 mm。下端50 mL处刻一环形标线，由此线往上按分度l0 mL刻度，直至1300 mL刻度，容量准确度应满足（1300±13）mL。距50 mL 标线以上450 mm处刻一环形标线，作为计量管下端位置标记。量筒外焊接外径约90 mm的夹套管。

4）支架：使分液漏斗和量筒固定在规定的相对位置，并保证分液漏斗流出液对准量筒中心

2、刻度量筒: 500 mL

3、容量瓶: 1000 mL

4、恒温水浴：带有循环水泵，可控制水温于(50±0.5)℃

试剂：

1、氯化钙（化学纯）：CaCl2·2H2O

2、硫酸镁（化学纯）：MgSO4·7H2O

泡沫是表面活性剂的基本特征之一。泡沫与表面活性剂的许多用途相关，如泡沫灭火器、泡沫浮选、泡沫钻井液等。表面活性剂泡沫性能的测定方法有搅动法、气流法、倾注法等。

三、方法原理

使500 mL表面活性剂溶液从450 mm高度流到相同溶液的液体表面之后，测量得到的泡沫体积。

四、实验程序

1、150PPM硬水的配制（可统一配制）

称取硫酸镁(MgSO4·7H2O) 0.149g，氯化钙(CaCl2·2H2O) 0.132g，溶解于1000mL容量瓶中，加蒸馏水至刻度，摇匀。

2、试液配制

分别称取AES（自制、购买样品）3g于1000mL容量瓶中（事先用小烧杯溶解后再移入），加入150PPM硬水至刻度，摇匀。

3、操作

打开恒温水浴装置，达到一定温度时开启水泵，使泡沫测定装置夹套管水温稳定在40±1℃。

用蒸馏水冲洗刻度管内壁，冲洗必须完全，然后让试液冲洗管壁也应冲洗完全。

关闭刻度管活塞，自刻度管底部装入试液，静止5分钟，调节活塞，使试液面恰在50mL刻度处。此试液必须预先加热到40℃。

将球管或称液管注满200mL试液。

将球管安装到测量装置上，它与刻度管B的断面垂直，保证试液沿刻度管中心线滴下，球管出品置于900mL 刻度线上。

打开球管活塞，使试液流下，当球管中的试液流完时，立即开动秒表，并记录泡沫高度再记录5分钟后泡沫高度。

重复以上试验2~3次，每次试验之间必须将管壁冲洗干净。

两次试验的平均作为最后结果，允许误差应不超过5mm.

五、注意事项

1、装置罗氏泡沫仪必须垂直。

2、试液在放入球管前须预热到40±1℃。

3、有些泡沫稳定性较差，数分钟后表面破裂成为高低不平的表面，此时高度读数应该为峰谷面的平均值。

4、配制试液时应该尽量避免搅拌或振动，使之不形成泡沫。