表面活性剂( surfactant ) 及其应用
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表面活性剂( Surfactant ) 及其应用. 极性头. 8 - 18C 长链烷基等非极性基团. 表面活性剂的一般结构. 表面活性剂 是指能显著降低水的表面张力的一类物质. 表面活性剂 从结构上看均为 两亲分子 ,即同时具有亲水的极性基团和憎水的非极性基团。. 最常见的是 8 - 18 碳的直链烷烃,或环烃等 如 C 17 H 35 -, R - 等. 非极性基团:. 2. 全氟表面活性剂:将上述碳氢链中的氢原子全部用氟原子取代即可。其疏水作用强于碳氢链,其水溶液表面张力可低至 20mN/m 以下. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
表面活性剂( Surfactant )及其应用
表面活性剂的一般结构
表面活性剂是指能显著降低水的表面张力的一类物质
表面活性剂从结构上看均为两亲分子,即同时具有亲水的极性基团和憎水的非极性基团。
极性头 8 - 18C 长链烷基等非极性基团
非极性基团:
1. 最常见的是 8 - 18 碳的直链烷烃,或环烃等
如 C17H35 -, R - 等
2. 全氟表面活性剂:将上述碳氢链中的氢原子全部用氟原子取代即可。其疏水作用强于碳氢链,其水溶液表面张力可低至 20mN/m 以下
H3C C
CH3
CH3
Si
CH3
CH3
( )4Si
CH3
CH3
O
3. 硅化合物类:如下所示的聚硅氧烷链疏水性很突出
表面活性剂分类
表面活性剂通常采用其极性基团的结构来分类,
离子型
非离子型
阳离子型阴离子型两性型表面活性剂
阳离子型和阴离子型的表面活性剂不能混用,否则可能会发生沉淀而失去活性作用。
常用表面活性剂
1. 阴离子表面活性剂
(1) 羧酸盐 RCOO -
例如: 肥皂中的表面活性成分硬脂酸钠等
(2) 磺酸盐 R-SO3-
例如: 洗衣粉中的十二烷基苯磺酸钠 (ABS) 等(3) 硫酸酯盐 R-OSO3
-
(4) 磷酸酯盐 R-OPO3
2 -
2. 阳离子表面活性剂 具有易吸附于一般固体表面及杀菌性两个特点
(1)伯胺盐 R-NH3+
(2) 季胺盐 CH3
|例如 C16H33-N+-CH3Br - | CH3
十六烷基溴化铵 ( 俗称 1631)
(3) 吡啶盐 例如 C12H25(NC5H5)+
常用表面活性剂
季胺盐水溶液具有强杀菌性,常用作消毒、杀菌剂
常用表面活性剂
3. 两性表面活性剂
(3) 卵磷脂类 属天然表面活性剂,常用作食品添加剂
(1) 氨基酸型 R-NH2CH2-CH2COO -
洗涤性能良好,常作为特殊洗涤剂
(2) 甜菜碱型 CH3
R-N+-CH2COO-
CH3
去污力强,对纤维有保护作用
4. 非离子表面活性剂
(1)脂肪醇聚氧乙烯醚 R-O-(CH2CH2O)nH
俗称平平加系列,具良好湿润性能
(2) 烷基酚聚氧乙烯醚 R-(C6H4)-O(C2H4O)nH
俗称 OP 系列,化学性质稳定,抗氧化性能强
(3) 聚氧乙烯烷基酰胺 R-CONH(C2H4O)nH
常用作起泡剂、增粘剂 (4) 多元醇型 主要是失水山梨醇的脂肪酸酯及其聚氧乙烯加成物 Span 类 及 Tween 类表面活性剂即属此类 具有低毒的特点,广泛用于医药工业、食品工业以及生化实验
亲水基多为聚氧乙烯基构成,由所含氧乙烯基数目控制其亲水性。稳定性高,与其他类型表面活性剂相容性好,可混合使用
O
OH
OH
O
OH
C
O
R
SpanO
O
O(C2H4O)yH
O
O(C2H4O)zH
C
O
R
H(OC2H4)x
Tween
Gemini
在 Gemini 表面活性剂中 , 两个离子头基是靠联接基团通过化学键而连接的 , 由此造成了两个表面活性剂单体离子相当紧密的连接 , 致使其碳氢链间更容易产生强相互作用 , 即加强了碳氢链间的疏水结合力 , 而且离子头基间的排斥倾向受制于化学键力而被大大削弱这就是 Gemini 表面活性剂和单链单头基表面活性剂相比较 , 具有高表面活性的根本原因。
常用表面活性剂性能参数1. C20 :降低溶液表面张力 2
0mN·m-1 时所需的表面活性剂浓度 ,
该值愈小表明表面活性剂在界面的吸附能力愈强。
2. 表面活性剂有效值
能够把水的表面张力降低到的最小值。显然,能把水的表面张力降得愈低,该表面活性剂愈有效。
C20
有效值
杂质的原因
20mN/m
常用表面活性剂性能参数
CMC
在表面张力对浓度绘制的曲线 上会出现转折。继续增加活性剂浓度,表面张力不再降低,
3. 临界胶束浓度 ( CMC ) (Critical Micelle Concentration)
表面活性剂溶液中开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度。
临界胶束浓度(critical micelle concentration)
表面活性剂浓度变大
C < CMC
分子在溶液表面定向排列,表面张力迅速降低
C = CMC
溶液表面定向排列已经饱和,表面张力达到最小值。开始形成小胶束
C > CMC
溶液中的分子的憎水基相互吸引,分子自发聚集,形成球状、层状胶束,将憎水基埋在胶束内部
胶束 (micelle)
两亲分子溶解在水中达一定浓度时,其非极性部分会
互相吸引,从而使得分子自发形成有序的聚集体,使憎
水基向里、亲水基向外,减小了憎水基与水分子的接触,
使体系能量下降,这种多分子有序聚集体称为胶束。
随着亲水基不同和浓度不同,形成的胶束可呈现棒
状、层状或球状等多种形状。
球形胶束
棒状胶束
层状胶束
脂质双层与细胞膜
临界胶束浓度 (critical micelle concentration)
临界胶束浓度简称 CMC
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。
在 CMC 附近,表面活性剂溶液的许多性质都会出现转折,如表面张力、电导率、去污能力等
可以利用测定表面张力,电导率等方法达到测定临界胶束浓度的目的
常用表面活性剂性能参数-亲水亲油平衡值 (hydrophile-lipophile balance)
Griffin提出了用一个相对的值即 HLB值来衡量表面活性物质的亲水性。对非离子型的表面活性剂, HLB 的计算公式为:
HLB值=
亲水基质量
亲水基质量 + 憎水基质量×20
石蜡无亲水基,所以 HLB=0 聚乙二醇,全部是亲水基, HLB=20。
其余非离子型表面活性剂的 HLB值介于 0 ~ 20 之间。
在表面活性剂的应用中,需根据不同目的选择具备适当亲水亲油性的表面活性剂
HLB值
根据需要,可根据 HLB值选择合适的表面活性剂。例如: HLB值在 2~ 6之间,可作油包水型的乳化剂;8~ 10 之间作润湿剂; 12~ 18 之间作为水包油型乳化剂。
HLB值 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 | |———| |——| |——| |——| |
石蜡 W/O 乳化剂 润湿剂 洗涤剂 增溶剂 | |————| 聚乙二醇 O/W 乳化剂
表面活性剂的重要作用 表面活性剂的用途极广,主要有五个方面:
1. 润湿作用
2.起泡作用
4.增溶作用
3.乳化作用
5. 洗涤作用