表面活性剂复配原理要点
表面活性剂复配技术
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表面活性剂的复配原理
7.1.5 正、负离子表面活性剂复配
1. 全面增效作用
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表面活性剂的复配原理
7.1.5 正、负离子表面活性剂复配 2.提高混合物溶解性的方法 (5)极性基的选择 烷基磺酸盐代替烷基硫酸盐单组分体系前者比后者水溶性
的电荷密度从而减弱离子头基间的强静电相互作用和增加 体系的表面活性。
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表面活性剂的复配原理
7.1.5 正、负离子表面活性剂复配 2.提高混合物溶解性的方法 (6)加入两性表面活性剂 两性表面活性剂其表面活性不如阴、阳离子型表面活性剂
强。将其加入正、负离子表面活性剂复配体系，结果表明 有利于改善复配体系的溶解性能。 (7)加入非离子表面活性剂 加入溶解度较大的非离子表面活性剂，正、负离子表面活 性剂在水中溶解度明显增加。
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表面活性剂的复配原理
7.1.2表面活性与无机电解质混合体系
1.无机电解质对离子型表面活性剂的影响 机制 无机盐对离子型表面活性剂表面活性的影响主要是由于反
离子压缩了表面活性剂离子头的离子氛厚度，减少了表面 活性剂离子头之间的排斥作用，从而使表面活性剂更容易 吸附于表面并形成胶团，溶液的表面张力与cmc降低。
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表面活性剂的复配原理
7.1.7表面活性剂和高聚物复配及表面活性剂-高聚物相互
作用 2.表面活性剂-高聚物复配体系的应用 (1). 增黏 ①对阳离子表面活性剂与非离子聚合物复配体系 由于其相互作用较弱，黏度增加不太常见。但若聚合物的
疏水性增加，则相互作用增强，导致体系的流变性质改变。 如乙基羟乙基纤维素的疏水性随温度升高而增加，因此其
表面活性剂
（一）.Kraft点，浊点（昙点）温度对增溶作用的影响：•★Kraft点：对于离子型表面活性剂，温度增加到某个温度，表面活性剂的溶解度急剧升高，这一温度即Kraft点。
•★浊点（昙点）：对于非离子型表面活性剂，温度增加到某个温度，表面活性剂的溶解度急剧下降，溶液出现浑浊，这一温度即浊点。
•表面活性剂的复配：表面活性剂相互间，或与其它化合物配合使用能提高增溶能力，降低用量。
（二）.CMC★Def：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。
表面活性剂在溶液中开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度。
胶束形状：球状、棒状、层状★胶束的作用：乳化作用；泡沫作用；分散作用；增溶作用；催化作用润湿：液体和固体表面接触时，原来的固－气界面消失，形成新的固－液界面的现象。
是溶液表面张力下降，溶液表面具有吸附现象的结果。
增溶:脂溶性强的物质在与本身性质相似的胶束中，溶解度可明显增大，形成透明溶液，这一作用称为增溶。
增溶体系为热力学上稳定的各向同性溶液。
一定浓度的表面活性剂溶液中溶解的被增溶物质的饱和浓度称为：增容量乳化：互不相溶的两液相，一相液体以液滴状态分散于另一相中，形成非均匀相液体分散体系（称为乳剂），这一作用称为乳化作用。
表面活性剂在此又称为乳化剂，它使一相液体以非常微小液滴状态均匀分散于另一相中。
泡沫：使空气进入溶液中，液体薄膜包围着气体形成泡，由于溶液浮力而升到溶液表面，最终逸出液面形成双分子薄膜。
是气体分散在液体中的分散体系。
★影响CMC的因素：1）表面活性剂的结构：主要包括表面活性剂的碳氢链链长（C↑，CMC↓），碳氢链分支数目（分支多，烃链间作用力↓，CMC↑）、极性基位置（极性基位于烃链中间，CMC↑）、碳氢链中其它取代基（烃链中有极性基团时，CMC↑）、亲水基团（CMC离子> CMC非离子）2）外部条件：温度（T↑，CMC非离子↓）（三）. HLB值：（表面活性剂亲水亲油平衡值）★Def：表示分子内部平衡后整个分子的综合倾向是亲水的还是亲油的。
阴-阳离子表面活性剂复配研究与应用
阴-阳离子表面活性剂复配研究与应用摘要:综合介绍了阴-阳离子表面活性剂复配体系在各种物化性能的增效效应,例如降低表面张力的效能、表面张力的效率、降低临界胶束浓度的能力、改善表面吸附的能力,以及这些增效效应在去污、增溶、泡沫、润湿、乳化等方面的应用。
讨论了提高阴-阳离子表面活性剂之间的可配伍性之对策,诸如采用非等摩尔比复配、在离子型表面活性剂中引入聚氧乙烯链及加入非离子或两性表面活性剂进行调节等手段以优化配方性能和提高综合经济效益。
总结了阴—阳离子表面活性剂复配体系用于洗涤用品的可行性配方技术,即采取无机助剂、水溶性有机高聚物或非离子表面活性剂包裹阳离子表面活性剂的措施。
关键词:阴离子表面活性剂;阳离子表面活性剂;复配体系;增效效应;研究;应用目前,表面活性剂复配体系的研究与应用已形成热点,如表面活性剂与无机物、高聚物或表面活性剂之间复配等,其目的是提高含表面活性剂配方的性能,优化使用并提高经济效益。
长期以来,在表面活性剂复配应用过程中把阳离子型表面活性剂与阴离子型表面活性剂的复配视为禁忌,一般认为两者在水溶液中相互作用会产生沉淀或絮状络合物,从而产生负效应甚至使表面活性剂失去表面活性。
研究发现,在一定条件下阴-阳离子表面活性剂复配体系具有很高的表面活性,显示出极大的增效作用,这样的复配体系已成功地用于实际。
由于阴-阳离子表面活性剂复配在一起相互之间必然产生强烈的电性作用,因而使表面活性大大提高。
有人认为阳离子型表面活性剂与阴离子型表面活性剂混合之后形成了“新的络合物”,并会表现出优异的表面活性和各方面的增效效应。
1阴-阳离子表面活性剂复配的增效效应1.1降低表面张力的效能复配溶液所能达到的最低表面张力,即在ｃｍｃ时的表面张力γｃｍｃ比单一组分的最低表面张力低。
阳离子表面活性剂Ｃ8Ｈ17Ｎ(ＣＨ3)3Ｂｒ(以下用Ｃ8Ｎ表示)与阴离子表面活性剂Ｃ8Ｈ17ＳＯ4Ｎａ(以下用Ｃ8Ｓ表示)等摩尔复配体系的γｃｍｃ比两纯组分各自的γｃｍｃ低得多,尤其在正庚烷/水溶液界面的界面张力的降低表现更为突出,等摩尔复配体系的界面张力可以低至0.2ｍＮ/ｍ,而两种纯表面活性剂溶液相应的界面张力则高得多(分别为14ｍＮ/ｍ和11ｍＮ/ｍ)。
表面活性剂的复配原理
表面活性剂的复配原理表面活性剂的复配原理是指将不同种类的表面活性剂按一定的比例和方式组合使用，以达到更好的表面张力调节、乳化稳定以及分散悬浮等效果。
表面活性剂由亲水基和疏水基组成，亲水基具有亲水性，疏水基具有疏水性。
在液体中，亲水基会向水相靠近，而疏水基会向空气相靠近。
当表面活性剂溶解在液体中时，由于其分子有两个相对独立的界面，即表面活性剂分子的水溶液界面和水/空气界面。
在这两个界面上，亲水基和疏水基具有不同的定位，形成了所谓的吸附层，这种吸附行为也决定了表面活性剂的表面活性。
通过复配不同种类的表面活性剂可以调节表面张力和稳定乳液、分散悬浮体系。
具体原理如下：1. 鸟嘌呤类表面活性剂与短链烷基硫酸盐类表面活性剂的复配：鸟嘌呤类表面活性剂具有良好的乳化性能，但其乳化稳定性较差。
而短链烷基硫酸盐类表面活性剂具有良好的乳化稳定性。
因此，将两者复配使用可以提高乳化体系的稳定性，同时实现良好的乳化效果。
2. 非离子型表面活性剂与阳离子型表面活性剂的复配：非离子型表面活性剂在水性体系中具有较好的乳化性能，但其稳定性相对较差。
而阳离子型表面活性剂则具有良好的稳定性。
将两者复配使用可以同时实现较好的乳化效果和乳化稳定性。
3. 阴离子型表面活性剂与非离子型表面活性剂的复配：阴离子型表面活性剂在水性体系中具有较好的分散悬浮性能，但其分散稳定性较差。
而非离子型表面活性剂具有较好的分散稳定性。
将两者复配使用可以提高分散悬浮体系的稳定性，同时实现良好的分散效果。
通过合理复配不同种类的表面活性剂，可以充分利用各种表面活性剂的特性，实现更好的表面张力调节、乳化稳定以及分散悬浮等效果。
表面活性剂的复配
节ｐ ， 值 也就是界面膜 的 自然曲率 ， 使之与油滴 的 自
然 曲率 更 匹配 而 提高 乳液 的稳定 性 。
图 １ 界 面 上 的 表 面 活 性 剂 示 意 图
Ｆ ｇ ｒ Ｔｈ ｃ ｅ ｔ ｉ ｇ ａ ｏ ｕ ｆ ｃ ａ ｔ ｎ ｔ ｅｉ ｔｒａ ｅ ｉｕ ｅ １ ｅ ｓ ｈ ｍａ ｉ ｄ ａ ｒ ｍ ｆｓ ｒａ ｔ ｎ ｎ ｅ ｆ ｃ ｃ ｏ ｈ
式 中 ， 为 表 面 活性 剂 尾 的体 积 ， 为 尾 的伸 展 长 ｖ ，
度 ， 为 表 面活 性剂 头 在界 面上 的投 影 面积 。 ａ
油 在 水 中乳 液 的Ｐ ＜１ 界 面 膜 为 弯 向油 滴 的 曲 ，
表 面活 性剂 分 子 在油 ／ 界 面上 ， 水 以亲 油端 （ ） 尾 溶 人 油 相 ，以亲 水 端 （ ） 在 界 面 的水 相 一 侧 ， 头 贴 如 图 １ 示 ， 自发 地 、有 序 地 堆 砌 成 一 个 有 自然 曲 所 并 率 的界 面 膜 ， 一 曲率 与 表 面 活 性 剂 分 子 的 几 何 形 这
１Ｉ 山 ｖ１ ｅ ａ ＪＥ ｓ ｉ＇ 【１ ． ｉ
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【 收稿 日期 ］ ０ ２ ０ — ０ ２ １— １ ２
堆 砌 参 数 （ 与 表 面 活性 剂 分 子 的几 何 形 状 关 Ｐ）
系设 定 如下 ：
ｖｌ ／
Ｄ —— 口
平 衡 值 （ Ｂ） ， ２ 表 面 活 性 剂 复 配 比使 用 单 ＨＬ 下 以 种
一
的 表 面 活 性 剂 有 更 好 的 乳 化 稳 定 性 。这 是 因 为 ，
表面活性剂及其复配体系
表面活性剂的特性
表面活性
表面活性剂能够显著降低溶液的表面张力，使其 低于纯溶剂的表面张力。
分散性
表面活性剂能够将固体颗粒分散于液体中，形成 稳定的悬浮液。
ABCD
润湿性
表面活性剂能够增加固体表面与液体之间的接触 面积，使液体更好地润湿固体表面。
乳化性
表面活性剂能够将一种液体分散于另一种不混溶 的液体中，形成稳定的乳状液。
复配体系的相容性
相容性原理
表面活性剂复配体系中的各组分 之间应具有良好的相容性，以保 证复配体系的稳定性和性能的发 挥。相容性的好坏主要取决于各 组分之间的相互作用和分子间的 排列。
相容性影响因素
相容性改善方法
影响复配体系相容性的因素主要 包括各组分的极性、溶解度参数、 分子量、官能团等。这些因素可 以通过影响分子间的相互作用和 排列，从而影响相容性的好坏。
要点二
热稳定性
表面活性剂复配体系应具有一定的热 稳定性，以便在实际应用中能够承受 一定的温度变化。热稳定性差的复配 体系在高温下容易发生分解、氧化等 反应，导致性能下降。
要点三
储存稳定性
表面活性剂复配体系应具有良好的储 存稳定性，以确保在长时间储存过程 中保持性能的稳定。储存过程中，复 配体系可能会受到光照、氧气、湿度 等因素的影响，因此需要采取适当的 措施来提高其稳定性。
为了提高复配体系的相容性，可 以采用混合溶剂、加入增溶剂或 乳化剂等方法来改善各组分之间 的相互作用和分子排列。同时， 选择合适的表面活性剂种类和浓 度也是提高相容性的关键因素表面活性剂能够降低水的表面张力，使污渍更容易被 去除。
防锈
一些表面活性剂可以形成保护膜，防止金属腐蚀和生 锈。
环境友好型表面活性剂的开发
表面活性剂复配
阳离子：质量分数0.5%十六烷基三甲基溴化铵（分子量364.45），
阴离子：质量分数0.5%十二烷基苯磺酸钠（分子量348.48），
非离子：质量分数0.5%TO-10（分子量630）
仪器：烧杯，移液管，滴管，天平
2.实验部分
2.1向阳离子中滴加阴离子，记录发生沉淀时阴阳离子比例，获得阴
阳离子混合时发生沉淀反应的区域。
2.2在生成沉淀的区域，选择不同的阴阳离子比例，向其中加入非离子，当沉淀消失时，记录三者的用量比。
2.3选择某一比例的复配体系，测定其表面张力。
3.结果
3.1向阳离子中加入阴离子，发现当阴阳离子体积比大于12:5时会有
白色浑浊生成，即生成沉淀的区域为V阳离子：V阴离子< 5:12
3.2向阳离子中加入阴离子，产生沉淀后继续加入非离子至浑浊消失，三者的用量比例列入下表
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 十六烷基三甲基溴化铵/ml 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 十二烷基苯磺酸钠/ml 12 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 TO-10/ml 1 18 27 50 65 67 67 67 67 67 67 3.3（表面张力测定结果）
阴阳离子进行复配时会有沉淀生成，影响表面活性剂的使用，加入一定比例的某些非离子型表面活性剂后可以使沉淀消除，增大阴阳离子表面活性剂的使用比例范围。
第9章表面活性剂的复配课堂使用
基础教学
3
• 混合胶束：βM
(1
(
X
M 2
)2
ln(C1M2
/
X1M )2 ln[(1 )C1M2
X1M C1M ) / (1 X1M
)C2M
]
1
M
ln(C1M2
/
X
M 1
C1M
)
(1
X
M 1
)2
- X1M为混合胶束中表面活性剂1所占的摩尔百分数，则表面活性剂2 在混合胶束中所占的摩尔百分数为（1－X1M）
• 通常疏水基相同、环氧乙烷加成数相近的两种非离子表面 活性剂混合时，近乎理想混溶，容易形成混合胶束，其混 合物的亲水性相当于这两种物质的平均值
• 当两种表面活性剂的环氧乙烷加成数和亲水性相差较大时， 混合物的亲水性高于二者的平均值，油溶性的品种有可能 增溶于水溶性表面活性剂的胶束中
基础教学
20
混合
• β值一般在+2（弱排斥）到- 40（强吸引）之间
复配活性剂类型
阴离子－阳离子
阴离子－两性型 阴离子－非离子 阴离子－阴离子 阳离子－非离子
表9-1 部分表面活性剂分子间相互作用参数
复配物
C8H17SO4-Na+－C8H17N+(CH3)3BrC12H25SO4-Na+－C12H25N+(CH3)3BrC10H21SO4-Na+－C12H25N+H2(CH2)2COOC10H21SO3-Na+－C12H25 (OC2H4)7OH C15H31COO-Na+－C12H25SO3-Na+ C10H21N+(CH3)3Br-－C8H17(OC2H4)4OH
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无机盐非离子表面活性剂的胶团聚集数的影响不大 对于非离子表面活性剂，则主要在于对疏水基的 “盐析”或“盐溶”作用，而不是对亲水基的作用。 起“盐析”作用时，表面活性剂cmc降低；起盐溶 作用时，则cmc升高。
23
电解质的盐析作用
图5-13 电解质对2％ 浊点的影响 1-AlCl3；2-CaCl2及LiCl；3-NaCl； 4-KCl；5-Li2SO4；6－K2SO4；7-Na2SO4
10
根据胶团理论，还可以推算出混合胶团的成分。
xim xi
c R ( c R cs ) ci ( ci cs )
K0
(5-4)
K0
当溶液中没有外加盐时，式5-4变为
xim xi ( )
CR Ci
1 K 0
11
非离子表面活性剂
xim xi ( )
CR Ci
式中， Xim为组分i在混合胶团中的摩尔分数； Xi为i组分在溶液中的摩尔分数；
6
二组分表面活性剂混合物的水溶液
1 C1 2 (1 K 0 )
X1 C1 (1 K 0 )
X2 C2 (1 K0 )
式中，C12为二组分混合物的cmc； C1为组分l的cmc； C2为组分2的cmc； X1为组分1的摩尔分数； X2为组分2的摩尔分数； K。为与胶团反离子结合度有关的常数。
对于非离子表面活性剂，无机盐对其性质影响较小。 当盐的浓度较小时(如小于0.1M)非离子表面活性剂 的表而活性几乎没有显著变化。 只是在盐浓度较大时，表面活性才显示变化，但也 较离子表面活性剂的变化小得多。
21
0.86N NaCl
图5-12表示无机盐对非离子表面活性剂表面活性的影响。
22
（ 5-6）
Cr为混合溶液的cmc；
Ci为混合溶液的组分i溶液的cmc。
12
图5-4 C7H15COOK－RCOOK混合物的cmc（25℃）【5】 图5-5 RO(C2H4O)nH混合物的cmc 【6】 RCOOK：1.C9H19CCOK 1C12H25O(C2H4O)6H－C8H17O(C2H4O)6H 2 C10H21COOK 2 C12H25O(C2H4O)6H－C12H25O(C2H4O)12H 3 C11H23COOK 4 C13H27COOK 13
欲使非离子表面活性剂的浊点有较大的变化，则必 24 须有较高的盐浓度。
Hale Waihona Puke .3极性有机物• 极性有机物一般是指碳原子数较多（≧6）的长链 的醇、酸、胺等。 • 少量的这样的有机物的存在，常导致表面活性剂 在水溶液中的cmc有很大下降。 • 同时，出现表面张力有最低值的现象。 • 极性有机物与离子表面活性剂。
19
图5-11金属盐对C12H25SO4Na水溶液表面张力的影响（29℃） 1-NaCl；2-MgCl2；3-MnCl2；4-AlCl3 （浓度均为0.1N）
价数愈高的反离子，降低溶液cmc的作用愈显著。 高价离子具有更大的降低表面活性剂最低表面张力的能力。
20
5.2.2无机盐对于非离子表面活性剂
5.4非离子表面活性剂与离子表面活性剂的混合物
5.5阳离子表面活性剂与阴离子表面活性剂混合物
5.6表面活性剂和高聚物复配体系
3
5.1同系物混合体系
同系物混合物的物理化学性质，常介于各个纯化合
物之间。
碳原子数越多，越易于在溶液的表面吸附，表面
活性愈高。 碳原子数愈多，越易于在溶液中形成胶团，临界 胶团浓度越低，表面活性亦愈高。
NaCl浓度为：（1）－NaCl浓度为0;(2)- NaCl浓度为0.1M; (3)- NaCl浓度为0.3M;(4)- NaCl浓度为0.5M; (5)- NaCl浓度为1M
16
cmc与所加盐的浓度有下列关系：
lgcmc＝A2-k0lgC/i
式中，A2－常数；
K0－与胶团反离子结合度有关的常数；
7
图5-2 C10H21SO4Na－C12H25SO4Na混合体系的cmc（30℃）【3】 O-实验值；…理论计算值
8
对于非离子表面活性剂的二元混合物
上式中的K0＝0，则
9
图5-3 亚砜混合溶液的表面张力（25℃）【4】 1-C10H21SOCH；2-X1＝0.156；3-X1＝0.075；4-C8H17SOCH3
第五章 表面活性剂复配原理
复配依据：
表面活性剂之间具有协同效应（Synergistic
effect）。
1
研究意义
(1)提高表面活性剂的性能。复配体系常常具有比单
一表面活性剂更优越的性能。 (2)降低表面活性剂的应用成本。 (3)减少表面活性剂对生态环境的破坏。
2
主要内容
5.1同系物混合体系 5.2无机电解质 5.3极性有机物
(5-43)
C/i－表面活性剂反离子的浓度。
公式5-42其物理意义是：反离子浓度(C/i)增加， 影响表面活性离子胶团的扩散双电层，使扩散双电层 厚度减小，胶团容易生成，cmc值降低。
17
图5-8 C12H25SO4Na的cmc与离子浓度的关系（25℃）[8]
18
实验证明:
加到表面活性剂溶液中的无机盐，在降低溶液cmc 的同时，也使其表面张力大大下降。 当表面活性剂浓度相同时，NaCl浓度愈高，溶液 的表面张力愈低。 NaCl的加入量愈多，表面活性剂的cmc愈低，且最 低表面张力降得更低。
4
图5-1 C10H21SO4Na－C12H25SO4Na混合体系的表面张力（30℃）
1-1:0；2-3:1；3-1:1；4-1:3；5-0:1
5
混合表面活性剂的cmc
1 C r (1 K 0 )
Xi Ci (1 K 0 )
式中，Cr为混合表面活性剂的cmc； Ci为i组分表面活性剂的cmc；Xi为i组分的摩尔分数； K。为与胶团反离子结合度有关的常数。
5.2无机电解质
• 协同作用：无机电解质使溶液的表面活性
提高。 • 在表面活性剂的应用配方中，无机电解质 是最主要的添加剂之一。
14
5.2.1无机电解质对离子型表面活性剂的影响
• 降低同浓度溶液的表面张力，
• 降低表面活性剂的cmc，
• 使溶液的最低表面张力降得更低，即达到全面增效
作用。
15
图5-7 NaCl对C12H25SO4Na水溶液表面活性的影响（29℃）
25
5.3.1长链脂肪醇
脂肪醇的存在对表面活性剂溶液的表面张力、临界 胶团浓度以及其它性质(如起泡性、泡沫稳定性、乳 化性能及加密作用等)皆有显著的影响，其影响作用， 一般是随脂肪醇烃链的加长而增大。