表面活性剂 1 概述、结构特点、分类
表面活性剂概述、结构特点、分类
03 亲水基团的性质和数量对表面活性剂的离子类型、 溶解度和性能有重要影响。
连接基团
01
连接基团是连接疏水基团和亲水基团的桥梁，通常为
碳链或芳香环。
02
连接基团的性质和长度对表面活性剂的聚集状态和性
能有重要影响。
03
连接基团的设计和优化是表面活性剂分子设计中的关
短链表面活性剂
疏水基团较短的表面活性剂，具有较 低的表面张力和较好的润湿性。
长链表面活性剂
疏水基团较长的表面活性剂，具有较 高的表面张力和较好的渗透性。
按亲水基团分类
羧酸盐型
以羧酸及其衍生物作为亲水基团的表面活性剂， 具有较好的耐酸、耐硬水能力。
硫酸酯盐型
以硫酸酯作为亲水基团的表面活性剂，具有较好 的耐碱、耐硬水能力。
磺化法
用浓硫酸或氯磺酸等强酸处理有机物，引入磺 酸基团，形成表面活性剂。
酯化法
通过醇和酸的酯化反应，生成酯类表面活性剂。
绿色合成方法
生物发酵法
利用微生物发酵产生表面活性剂，具有环保、可持续 的优点。
酶催化法
利用酶催化反应合成表面活性剂，选择性高、条件温 和。
绿色氧化还原法
利用环保的氧化剂和还原剂合成表面活性剂，减少对 环境的污染。
亲水亲油平衡值（HLB）
总结词
亲水亲油平衡值是衡量表面活性剂亲水性和亲油性平衡程度的指标。
详细描述
HLB值越大，表面活性剂的亲水性越强；反之，HLB值越小，表面活性剂的亲油性越强。选择合适的 HLB值的表面活性剂对于发挥其应用性能至关重要。
泡沫性能与去污力
总结词
泡沫性能和去污力是衡量表面活性剂在 洗涤、清洁等领域应用效果的性能参数 。
表面活性剂文献综述
表面活性剂一、表面活性剂的性质1.表面活性剂的定义表面活性剂(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。
2.表面活性剂的结构特点表面活性剂分子具有独特的两亲性：一端为亲水的极性基团，简称亲水基，也称为疏油基或憎油基，有时形象地称为亲水头，如-OH、-COOH、-SO3H、-NH2；另一端为亲油的非极性基团，简称亲油基，也称为疏水基或憎水基，如R-（烷基）、Ar-（芳基）。
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，但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”。
3.表面活性剂的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。
表面活性剂-概论(第一章,第二章)
捕集剂
（a）
（b）
矿物浮选示意图
将粉碎好的矿粉倒入水中，加入捕集剂，捕集剂以亲水基吸附
于矿粉表面，疏水基进入水相，矿粉亲水的高能表面被疏水的碳 氢链形成的低能表面所替代，有力图逃离水包围的趋势，如图所 示。向矿粉悬浮液中加入发泡剂并通空气，产生气泡，发泡剂的 两亲分子会在气-液界面作走向排列，将疏水基伸向气泡内，而亲 水的极性头留在水中，在气-液界面形成单分子膜并使气泡稳定。 吸附了捕集剂的矿粉由于表面疏水，会向气-液界面迁移与气 泡发生“锁合”效应。即矿粉表面的捕集剂会以流水的碳氢链插 入气泡内，同时起泡剂也可以吸附在固-液界面上，进人捕集剂形 成的吸附膜内。在锁合过程中，由起泡剂吸附在气-液界面上形成 的单分子膜和捕集剂吸附在固-液界面上的单分子膜可以互相穿透 ，形成固-液-气三相稳定的接触，将矿粉吸附在气泡上。于是， 依靠气泡的浮力把矿粉带到水面上，达到选矿的目的。
羧酸盐类 阴离子表面活性剂 磺酸盐类 硫酸酯盐类 磷酸酯盐类
离子型表面活性剂
表面活性剂
胺盐 阳离子表面活性剂 季铵盐 杂环类 鎓盐 甜菜碱型 两性表面活性剂 咪唑啉型 氨基酸型 天然型 聚氧乙烯型 多元醇型 烷醇酰胺型 嵌段聚醚型
非离子表面活性剂
元素表面活性剂 特种表面活性剂 高分子表面活性剂 冠醚型表面活性剂 生物表面活性剂
的表面张力，改变体系界面状态，从而产生润湿、乳化、
质。 表面活性剂在溶液中达到一定浓度以上，会形成分子 有序组合体，从而产生一系列重要功能。表面活性剂的
这些特性不仅在生产和生活中有重要作用，而且与生命 活动本身密切相关，成为研究生命现象的奥秘和发展仿 生技术极有价值的体系，因而受到广泛的重视。
1.2 表面活性剂发展简史
表面活性剂
商品名为苄泽(Brij)，平平加O (Perogol O)是一类聚氧乙烯 蓖麻油化合物，HLB值在12－18间，具有较强的亲水性质， 常用作增溶剂及o/w型乳化剂
（四）聚氧乙烯－聚氧丙烯共聚物
又称泊洛沙姆(poloxamer)，商品名为普流罗尼克(pluronic)。 Poloxamer 188(Pluronic F68)作为一种水包油型乳化剂，是目前 用于静脉乳剂极少数合成乳化剂之一,用本品制备的乳剂能够耐 受热压灭菌和低温冰冻而不改变其物理稳定性。
制剂中存在多种组份时，对主药的增溶效果取决于各组份 与表面活性剂的相互作用。当多种组份与主药竞争
同一增溶位置或某一组分吸附或结合表面活性剂分子 而使主药的增溶量减小，若某些组份可扩大 胶束体积从而增加主药的增溶。
例如：苯甲酸增加羟苯甲酯在聚氧乙烯脂肪醇醚
溶液中的溶解，而二氯酚则减少其溶解
4、抑菌剂的增溶
本章重点
• 掌握表面活性剂的定义及结构特点 • 掌握表面活性剂的分类：阴离子表面活性剂，阳离
子表面活性剂，两性离子型表面活性剂，非离子型 表面活性剂 • 掌握表面活性剂的性质：胶束，HLB值，起昙，配 伍，应用 • 熟悉表面活性剂的生物学性质：对药物吸收的影响， 与蛋白质的相互作用，毒性，刺激性
第三节 表面活性剂的基本性质和应用
一、表面活性剂胶束
当表面活性剂在溶液表面的正吸附达到饱和时,如继 续增加表面活性剂的浓度,不能在表面定向排列的表面活 性剂分子则转入体相。这些过剩的表面活性剂分子依赖 范德华力聚集在一起形成亲油基团向内亲水基团向外在 水中稳定分布的胶束(micelle)。
表面活性剂分子缔合形成胶束的最低浓度称为临界 胶束浓度(CMC)。
表面活性剂习题与答案
第一章概述1.表面活性剂的定义在加入量很少时即能明显降低溶剂的表面张力，改变物系的界面状态，能够产生润湿、乳化、起泡、增溶及分散等一系列作用，从而达到实际应用的要求的一类物质。
2.表面活性剂的分类（按离子类型和亲水基的结构）离子类型：a.非离子型表面活性剂b.离子型表面活性剂（阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、两性表面活性剂）亲水基：羧酸盐型、磺酸酯盐型、磷酸酯盐型、胺盐型、季铵盐、鎓盐型、多羧基型、聚氧乙烯型第二章表面活性剂的作用原理表面活性、表面活性物质、表面活性剂？因溶质在表面发生吸附（正吸附）而使溶液表面张力降低的性质被称为表面活性，这类物质被称为表面活性物质。
表面活性剂：是一类表面活性物质，其在浓度极低时能明显降低溶液表面张力的物质。
表面活性如何表征？假如ψ。
是水或溶剂的表面张力，ψ为加入表面活性剂后溶液的表面张力，则表面（界面）张力降低值π可表现为π5ψ。
2ψ，在稀水溶液中可以用表面张力降低值与溶液浓度的比值π/c来衡量溶质的表面活性。
当物质的浓度c很小时，ψ-c略成直线，每增加一个–CH2，π/c增加为原来的3倍。
表面活性剂的两大性质是什么？如何解释？两大性质：降低表面张力和胶束的形成降低表面张力：是由亲水、亲油基团相互作用、共同决定的性质，表面活性剂分子吸附于液体表面，用表面自由能低的分子覆盖了表面自由能高的溶剂分子，因此溶液的表面张力降低胶束的形成：达到吸附饱和，表面活性剂的浓度再增加，其分子会在溶液内部采取另一种排列方式，即形成胶束。
什么是临界胶束浓度及其测定方法？开始形成胶束的最低浓度被称为临界胶束浓度（critical micelle concentration,简写为cmc）。
测量依据：表面张力、电导率等性质随着表面活性剂浓度的变化，上述性质发生突变的浓度。
1、表面张力法：表面活性剂水溶液的表面张力开始时随溶液浓度的增加急剧下降，到达一定浓度（即cmc）后变化缓慢或不再变化。
表面活性剂的结构与性能
泡沫的稳定性
表面活性剂的泡沫稳定性与其分 子结构和浓度有关，通常分子结 构更复杂、亲水基团更多、疏水 链更长的表面活性剂具有更好的 泡沫稳定性。
应用
在洗涤剂、化妆品、农药等领域 广泛应用，提高清洁和去污效果。
04
表面活性剂的性能影响因素来自表面活性剂的结构特点01 亲水基团
表面活性剂分子中与水分子相互作用的部分，通 常为极性基团，如羟基、羧基、磺酸基等。
02 疏水基团
表面活性剂分子中与油类或有机物相互作用的部 分，通常为非极性基团，如烷基、芳基等。
03 连接基团
将亲水基团和疏水基团连接起来的部分，可以是 碳链或醚键等。
表面活性剂的应用领域
性和均匀性。
增溶性
增溶性
表面活性剂能够增加难溶性物质在水中的溶解度，形成透 明的溶液。
增溶性的提高程度
表面活性剂的增溶性与其分子结构和浓度有关，通常分子结构 更复杂、亲水基团更多、疏水链更长的表面活性剂具有更好的
增溶性。
应用
在制药、农药、染料等领域广泛应用，提高药物的溶解度 和稳定性。
泡沫性
泡沫性
亲水基团的作用是与水分子结合，降低水的表面张力， 使水分子更容易附着在其它物质表面。
疏水基团
疏水基团是表面活性剂分子中与水有较弱亲和力 或不亲和力的部分，通常为非极性烃链，如脂肪 烃、芳香烃等。
疏水基团的作用是降低表面活性剂在水中的溶解 度，使其更容易聚集在其它物质的表面。
连接基团
连接基团是连接亲水基团和疏水基团的桥梁，通常为碳链或杂原子链。
浓度
1 2
表面张力
随着表面活性剂浓度的增加，表面张力逐渐降低， 直至达到最低点，之后继续增加浓度，表面张力 不再明显降低。
表面活性剂化学复习
33
复习要点：1非离子表面活性剂的吸附量计算。 2表面活性剂的吸附固体表面的影响
第四章
表面活性剂溶液体相性质
35
4.2表面活性剂在溶液中的胶团化作用
(a)极稀溶液；(b)稀溶液；(c)临界胶团浓度的溶液；(d)大于临界胶团浓度的溶液
胶团：表面活性剂分子中的亲油基通过分子间的吸引力
相互缔合在一齐，而亲水基朝向水中的胶态聚集物。 临界胶团浓度：形成胶团时的浓度 (cmc)。
44
4.7临界胶束浓度性质特点
cmc愈小，表面活性愈高； cmc愈低，改变界面状态起到润湿、乳化、加溶、起 泡、洗涤等作用所需的表面活性剂浓度愈低； cmc是表面活性剂的—个重要物理化学参数
45
4.8加溶作用
加溶作用：在水溶液中表面活性剂的存在能使难溶 于水的有机物的表观溶解度高于纯水中的溶解度，此
3.1Gibbs公式
C 2
Γ2
(1 )
C2 RT
(
)T
若 γ 单 位 是 dyn.cm-1(erg.cm-2) ， R 的 单 位 是 8.31×107erg.mol-1.K-1，Γ单位是mol.cm-2；若γ单 位是mN.m-1(mJ.m-2)，R的单位是8.31J.mol-1.K-1 ， Γ单位是mol.m-2 22
HLB
W A HLB
A
W B HLB
.B
....
W A W B ...
Example:
含30％Span80(HLB＝4.3)和70％Tween80(HLB＝15) 的混合乳化剂的HLB值：
HLB＝0.30×4.3十0.70×15.0＝1.8
9
第二章表面活性剂分类 2.1阴离子表面活性剂
第十讲 表面活性剂
离子SAa： Γ 显著增大。
更多反离子进入吸附层削弱表面活性剂离子间电性排斥，排列紧密。
四、表面活性剂溶液在表面上的吸附
2、各种物理化学因素对吸附的影响
B 对降低表面张力能力的影响 （1）由表面吸附的分子性质和密度决定；
（更主要）SAa类型： cm （c 离子 ） cm （c 非离子）
张力，电导，渗透压，界面张力，洗涤作用）在溶液 达到一定浓度后就偏离一般强电解质溶液的规律（即 使对于离子型SAa）且各种性质都在一个相当窄的范 围内发生突变。（20世纪Mcbain研究羧酸盐与NaCl 溶液差异）
二、表面活性剂溶液的物理化学特性
十二烷基硫酸钠水溶液的一些物理化学性质
二、表面活性剂溶液的物理化学特性
T Kc
Γm 1Kc
常写作：
c 1 c Γ ΓmK Γm
c Γ
～ c 做图
极限吸附量 = 斜率 –1（一般不采用此法求）
四、表面活性剂溶液在表面上的吸附
1、吸附层结构与状态
C12SO4Na：2.1 nm ×（0.47 ～ 0.5 nm）
平躺时：1nm2以上 直立时：0.25nm2
C12H25O(C2H4O)nH
三、Gibbs吸附公式对各种SAa溶液之应用
维持盐浓度不变 则： dlnaNa 0
此时： d RΓ T A dln a A 1RT形式
同时：过量电解质的加入使溶液离子强度大致恒定，则 f 基本恒定。
此时： da l ndln cdln f
公式中可用浓度 c 代替活度 a 。
三、Gibbs吸附公式对各种SAa溶液之应用
（2）硅SAa （3）高分子SAa
一、表面活性剂的结构特征与类型
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Peregal
失水山梨醇油酸酯
司潘－80
Span－80
V．氟表面活性剂
疏水部分碳氢链上的氢原子全部或部分被氟原子取代
全氟辛酸钠
C7F15COONa
1、高热稳定性 2、高化学稳定性 耐强酸、强碱、强氧化剂 3、高表面活性 4、既憎水又憎油 5、合成较困难，对环境污染大
VI．硅表面活性剂
(CH3)3Si－CH2CH2COONa
第六章 表面活性剂
（Surfactant）
第一节 表面活 性剂概述
一、表面活性剂的定义
水溶液的表面张力曲线
表面活性物质 表面活性剂 表面活性剂：在很低浓度（1%以下）即能大 大降低溶剂的表面张力，或液液界面张力的化 学物质。
二、表面活性剂的结构特点
两亲分子
亲水基或憎油基：容易与水接近的原子团，即极性 部分，或称亲水部分 憎水基或亲油基：不易与水分子接近的原子团（如 碳氢链），即非极性部分，或称 疏水部分
III．两性表面活性剂 带有两个亲水基团，一带正电，一带负电
氨基酸型：RN+H2CH2CH2COO－ 甜菜碱型： RN(CH3)2CH2COO－ 磺基甜菜碱型： RN(CH3)2CH2CH2SO3－
正电基团：胺基、季铵基 负电基团：羧基、磺酸基
1、具有等电点 pI 2、如有氨基、羧基，性质受pH影响 3、易溶于水，在较浓的酸、碱，浓的无机盐中都可溶解 4、杀菌作用柔和，毒性小 5、可以有较长的疏水碳链
硅憎水性强，不长的硅链就可使化合物具有表面活性
Ⅶ ．Bola型表面活性剂
阿卡菌细胞膜中的Bola化合物
CH3
CH3 (CH2)x
CmH2m+1
N+ CH3
Y
(CH2)y
N+ CH3
Cm'H2m'+1 2Br
2a:m=m’,Y=CH2,x+y+1=s(m-s-m); 2b: m≠m’,Y= CH2,x+y+1=s(m-s-m’); 2c:m=m’,Y=(OCH2CH2)z,x=2,y=0; 2d:m=m’,Y=CH2,O,S,N(CH3),x=y=2; 2e:m=m’,Y=C≡C,x=y=1; 2f:m=m’,Y=0,x=y=1,疏水链有酯键，以Cl-为反离子; 2g:m=m’,Y=苯乙烯基,x=y=1;
IV．非离子表面活性剂
1、在溶液中不是离子状态，所以不容易受强电解质，无 机盐的影响，也不受酸碱影响，在溶液中稳定性较好 2、与其它表面活性剂相容性好 3、在水和有机溶剂中皆有较好的溶解性 一般有聚乙二醇（聚氧乙烯）型与多元醇型两类
脂肪醇聚氧乙烯醚
R－O－(C2H4O)n－H 平平加
HO OH CH2OOCC17H33 O OH
季铵盐类Gemini表面活性剂
Gemini型表面活性剂的特点
1、cmc低，比单链表面活性剂低1－2个数量级 2、吸附量大 3、浓度低于cmc时有时也可聚集 4、在水溶液中有丰富多彩的聚集行为
CH3 CH3 (CH2)x
CmH2m+1
N+ CH3
Y
(CH2)y
N+ CH3
Cm'H2m'+1 2Br
2b: m≠m’,Y= CH2,x+y+1=s(m-s-m’);
I．阴离子表面活性剂 A：羧酸盐：RCOOM，钠盐： 肥皂:脂肪酸钠 无毒，可再生， 易水解，与Ca2+↓、Mg2+↓ (硬水)
COONa
松香酸钠： 水溶性好，可抗硬水
B：磺酸盐：RSO3M 烷基芳基磺酸盐
R
SO3Na
洗衣粉
R = C12H25－
耐酸、碱，一定程度的抗硬水能力 不易生物降解
烷基磺酸盐
OR
ONa RO P O ONa
单酯盐
RO P O ONa
双酯盐
抗硬水能力强，低泡
II．阳离子表面活性剂 A：季铵盐
R1 R2
+ N
R3
R1
R3
R1
H
X－
R4
N
R2
N
R2
R1
H
· HX
· HX
N
H
· HX
季铵盐
叔胺盐
仲胺盐
伯胺盐
1、不受酸、碱影响 2、具有很强的杀菌作用，常用作消毒杀菌剂 3、易吸附于固体表面 4、洗涤效果差 5、价格较贵
RSO3M
SO3Na
价格高，溶解度低，抗硬水差 易于生物降解
C4H9 C4H9
拉粉
纺织、印染 工业上常用润湿剂
C：硫酸酯盐 ROSO3M C12H25OSO3Na 十二烷基硫酸钠 SDS Sodium Dodecyl Sulfate
良好的表面活性、良好的乳化、起泡性能 高级牙膏中起泡剂
D：磷酸脂盐
P390 表6－1
疏水作用（Hydrophobic Effect） 疏水基团不具有与水分子形成氢键的能力，导致其 存在于水溶液中隔断了周围水分子原有的氢键结构。 从而使得体系 ①焓增加 溶解热效应 ②熵减少 iceberg冰山结构形成（高度有序） 此二者都使体系Gibbs自由能上升。
而逆过程——疏水基离开水环境则为Gibbs自由能 降低过程 疏水作用：表面活性剂分子自水中逃逸的趋势
表面活性剂分子自水中逃逸的趋势 根源于两亲结构而 产生的疏水作用 外部 → 表面吸附 内部 → 缔合体
胶束
三、表面活性剂的分类
亲水部分+亲油部分
饱和碳氢链：如饱和脂肪酸系列
疏水部分
不饱和碳氢链：如油酸系列衍生物 非离子型 阴离子 离子型 阳离子 两性离子
亲水部分
特种表面活性剂：氟表面活性剂、硅表面活性 剂、高分子表面活性剂、生 物表面活性剂 新型表面活性剂：Bola型、Gemini型表面活性剂