孟胜男 第二章第三节 表面活性剂

第二章表面活性剂

第二章表面活性剂 基本要求：了解什 么是表面活性剂、其 特点，分类、性质、 合成方法，特点和应用范围。 重点：掌握各种表面活性剂的分类方法。 难点：懂得各种表面活性剂的特性。 学时：3学时 第一节表面张力与表面活性剂 一、表面张力 液体的表面张力来源于物质的分子或原子间的范德华力。范 德华引力包括取向力、诱导力和色散力，是永远存在于分子 或原子间的一种作用力。它是一种吸引力，作用范围约有几 个埃。范德华引力中最重要的是色散力。取向力存在于极性分子之间；诱导力存在于极性分子之间或极性分子与非极性分子之间；而色散力无论是极性分子或非极性分子都有。所以表面张力是分子间吸引力的一种量度。 接触角由于界面张力的影响，在暴露于空气中的固体表面上，液滴形成如图2-1所示的形状。 二、表面活性剂 作为表面活性剂，必须是少量的溶入液体中就能显著降低液体的表面张力和界面性质的化合物。 临界胶束浓度表面活性剂水溶液在很低的浓度范围内是以单个有机离子或分子分散的。从某一浓度开始，加入的表面活性剂则以由多个离子或分子缔合而成的胶束分散于水中。表面活性剂开始形成胶束的浓度为临界胶束浓度，简称CMC。当溶液浓度低于CMC时，由于表面活性剂分子的界面吸附和在界面上定向排列，溶液的表面张力随浓度的增高而迅速降低，其使用性能亦相应地提高。直至达到CMC时，表面活性剂已在溶液的界面上排列成单分子膜，此时表面张

力降至最低点。此后活性物浓度的增高对于表面张力和使用 性能的影响不大，如图2-3所示。因此CMC是反映表面活 性剂的一个重要指标。 亲水亲油平衡值HLB表面活性剂的应用性能取决于分 子中亲水和亲油两部分的组成和结构，这两部分的亲水和亲油能力的不同，就使它的应用范围和应用性能有差别。表面活性剂分子中亲水基的强度与亲油基的强度之比值，就称为亲水亲油平衡值，简称HLB值。HLB值的表示方法有两种：一种是以数值表示，数值为零的亲水性最小（亲油性最强），数值为40的亲水性最强，大多数表面活性剂的HLB值在20以下；另一种则粗略地以符号表示，以HH、H、N、L、LL等分别表示其亲水性强、较强、中等和亲油性略强、亲油性强等性质。HLB值极高和极低，对降低表面张力的作用是有限的，但对调配乳化体系有影响。HLB值越大，其亲水性越好。一般情况如表2-2。 第二节表面活性剂的分类和应用性能 一、表面活性剂的分类 表面活性剂的性能取决于其亲水基和亲油基的构成，但亲水基在种类和结构上的改变较亲油基的改变对表面活性剂的影响大。因此，最常用的分类方法是按分子结构中亲水基团的带电性分为阴离子、阳离子、非离子和两性表面活性剂四大类，然后在每一类中再按官能团的特征加以细分。 二、表面活性剂的应用性能 1.洗涤 2.乳化 一种液体以微滴状态均匀分散在另一液相所成的物系称为乳（浊）液。分层的液体混合物变成乳液的现象称为乳化。乳化可使物料分布均匀并充分地接触，因此在化妆品、洗涤剂、食品、医药、纺织、印染、农药、水性涂料、高分子合成等方面有广泛而重要的应用。 3.分散 4.增溶 第三节阴离子表面活性剂 亲水基团带有负电荷的表面活性剂称为阴离子表面活性剂。肥皂也是一种阴离子表面活性剂，但由于习惯上已把它与合成表面活性剂分为两大类，所以在这里不讨论它。

第二章表面活性剂

一、表面活性剂的结构对其特性有何影响？ 表面活性剂分子一般是由非极性的亲油基和极性的亲水基两部分组成。具有既亲水又亲油的两亲性质。正是由于这种特征结构才使表面活性剂具有独特的性能，即界面定向吸附性；表面活性剂在气/液、液/液、液/固界面排列情况和分子中亲油基与亲水基的性质、数目及位置有关。表面活性剂的性能取决于其亲水基和亲油基的构成，但亲水基在种类和结构上的改变远较亲油基的改变对表面活性剂性能的影响大。 亲水基在表面活性剂分子中的位置对其性能的影响： 亲水基在表面活性剂分子中间比在端位时表面活性剂的润湿性、渗透性好；在端位比中间时表面活性剂的分散性、去污性好。 亲油基的结构对表面活性剂性能的影响： 长链和直链的烷烃使表面活性剂的去污力、分散性提高；短链特别是带支链的烷烃使表面活性剂润湿性、渗透性增强。 二、举例说明一种磺酸盐型阴离子表面活性剂从实验室合成到工业生产要考虑哪些因素? 对于磺酸盐型阴离子表面活性剂的合成，实验室合成与工业生产最大的区别是质与量，实验室合成时质量传递和热量传递相对容易进行，工业生产量放大后质量传递和热量传递相对困难些，因此我们必须重点考虑以下因素：（以烷基苯的磺化为例） 1、磺化剂的选择：烷基苯的磺化可选择的磺化剂有：浓硫酸、发烟硫酸、三氧化硫，根据工业实践和磺化剂性能的比较，要因地制宜的加以选择。比如我们选择三氧化硫。三氧化硫磺化得到的单体含盐量低，可用于多种产品的配制（如用于配制液体洗涤剂、乳化剂、纺织助剂等）；又能以化学计量与烷基苯反应，无废酸生成，节约烧碱，降低成本，三氧化硫来源丰富等优点。 2、一旦磺化剂确定后，就要重点选择磺化工艺及设备，这是我们生产是否成功的关键，根据投资大小确定生产规模，一般采取连续生产工艺。 3、三氧化硫磺化的特点：反应属气液非均相反应，主要发生在液体表面或内部。在大多数情况下．扩散速度是主要控制因素；反应为强放热瞬时反应，大部分反应热是在反应的初始阶段放出。因此如何控制反应速度，迅速移走反应热成为生产的关键。在反应过程中副反应极易发生，反应系统黏度急剧增加，烷基苯在50℃时其黏度为1mpa·s，而三氧化硫磺化产物的黏度为1.2Pa·s，因此带来物料间传质和传热的困难，使之产生局部过热和过磺化。根据三氧化硫磺化的这些特性，我们应该选择膜式反应器，解决反应中的传质传热问题。 3、为了确保产品质量，磺化后产品的中和采用先进的连续中和工艺。 4、生产过程中和生产后的三废处理。 三、何为乙氧基化反应？由此可得到哪些表面活性剂．它们在性能上的相同之处是什么? 1.是乙氧基化反应是指由含活性氢的化合物如脂肪醇、烷基酚、脂肪胺或烷醇酰胺等与环氧乙烷(EO)进行加成反应，在羟基或氨基上引入聚环氧乙烷醚基链。乙氧基化反应如下：

第二章表面活性剂化学

第二章表面活性剂化学 说到表面活性剂大家其实并不陌生，我们所用的肥皂就是较早的表面活性剂，后来在20世纪30年代随着石油工业的发展，表面活性剂迅速发展，品种和产量不断增多，用途也不断推广。到1995年，我国年产量就达到900万吨，品种达1万种以上。其应用也已经渗透到几乎所有技术经济部门，包括石油、纺织、食品、农业、环境、新型材料，日用化学品等，加上用量很少，就能发挥显著的效果，素有“工业味精”之美称。 本章的思路：分子结构――性质――用途总体－具体 2.1表面活性剂基本概念 一、表面与表面张力 生活中很多现象都跟表面张力有关：荷叶上的水珠，毛细管的虹吸，量筒的凹液面。 表面：凝聚体与气体之间的接触面一般称为表面。 表面张力：引起液体表面自动收缩的力叫表面张力。 或是指一种使表面分子具有向内运动的趋势，并使表面自动收缩至最小面积的力。 为什么会有表面张力？是因为表面上的分子所处的状态与体相内部的分子所处的状态不同。液体内部，每个分子所受的作用力是对称的，合力为零，如A，而处在界面的B因液体内部对它的吸引力大，气体分子对它的吸引力小，，所受力不对称，合力指向液体内部并垂直与液体表面，所以表面上的分子有向内部迁移的趋势。此合力即表面张力或称比表面能或比表面自由能，单位为牛顿/米（N/m）或(J/m2)。 2 二、表面活性剂的定义

不同物质的水溶液表面张力不同，同一溶液不同浓度表面张力也不同。下面是各类物质水溶液的表面张力与浓度的关系。 1非表面活性物质：无机盐、不挥发酸碱 2表面活性物质：短链脂肪酸、醇、醛 3表面活性剂：明显降低水的表面张力的两亲性质的有机化合物 狭义定义：少量使用就能使体系表面张力大幅度下降的物质就是表面活性剂。1930年Freundlich提出。 广义定义：少量使用即可使表面或界面性质发生显著变化的物质叫做表面活性剂。 三、表面活性剂的结构和分类 双亲结构：极性的亲水基团和非极性的亲油基团。极性端称为头基，非极性端称为尾基。 一般结构示意图像个小蝌蚪的形状。 正因为表面活性物具有两亲性结构，极性端极力进入水相，而非极性端受到水的排斥，有逃出水相的趋势，于是它被排向水面，在水面上浓集，将憎水部分伸向空气。微观上看，表面层表面活性物分子所受的向内的拉力比水分子的要小些，即表现出表面活性物质溶液的表面张力低于水的表面张力。 亲油基：直链或支链烷基、烷基苯基、芳香衍生物、聚氧乙烯基、长链全氟烷基、低分子量全氟聚氧丙烯基、硅氧乙烯基。 亲水基：－COOH，－OH，－NH 2，－OSO 3 表面活性剂分子的性质差异来源于亲油基部分烷基大小、形状和亲水基种类。 例如：C 6H 5 C 12 H 24 SO 3 Na,是阴离子表面活性剂，亲油基是C 6 H 5 C 12 H 24 －，亲水基是－SO 3 四、表面活性剂的分类 1按其溶于水所显示的化学特征分： 阴离子表面活性剂：在水中离解，其活性部分为阴离子，如羧酸盐肥皂； 阳离子表面活性剂：在水中离解，其活性部分为阴离子，如季铵盐； 两性表面活性剂：其亲水基是由带有正电荷和负电荷的两部分有机地结合起来而构成的，如甜菜碱型和氨基酸型。 非离子表面活性剂：在水中不会离解成离子，但同样具有亲水基和亲油基。如平平加