材料表界面第五章.ppt
《材料表界面第五章.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《材料表界面第五章.ppt(116页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、第五章 表面活性剂,第五章 表面活性剂,表面活性剂分类,表面活性剂的物理化学性能,表面活性剂的概念,表面活性剂的重要作用,什么是表面活性剂?,5.1 概述,第一种类型:水溶液的表面张力随 溶质浓度的增加几乎成直线关系上升。如Na2SO4,KOH,NH4Cl,KNO3等无机盐以及蔗糖,甘露醇等多羟基有机物的水溶液。,第二种类型:在稀溶液中可比较明显地降低水溶液的表面张力,通常开始降低的较快,随着浓度的增加,表面张力减小趋势减慢。如一些醇、醛、酸、酮与胺等的有机物。,第三种类型:加入少量物质可显著降低溶液的表面张力。至一定浓度后表面张力不再有显著变化。如8碳以上的直链有机碱金属盐,高碳直链磺酸盐,
2、硫酸盐,苯磺酸盐等表面活性剂的水溶液。,5.1.1 什么是表面活性剂?,5.1 概述,像第三类物质那样,加入很少量就能大大降低溶剂的表面张力,使表面呈现活性状态的物质称为表面活性剂。表面活性剂的概念:能显著降低水气界面和水油界面的界面张力的物质称为表面活性剂。,表面活性剂的分子结构特点,5.1 概述,表面活性剂,亲水基(极性部分),亲油基(非极性部分),带电基团两性离子极性基团,含8个碳原子以上的碳链,表面活性剂的分子结构特点,5.1 概述,表面活性剂的分子结构特点,5.1 概述,5.1 概述,表面活性剂的分子结构特点,表面活性剂达到形成单分子膜的最低浓度叫临界胶束浓度。或者能够形成胶束的表面
3、活性剂最低浓度称为临界胶束浓度。,表面活性剂的浓度变化和表面活性剂的活动情况的关系,表面活性原理:,1.表面吸附:在表(界)面上吸附,形成吸附膜。2.溶液内部自聚:在溶液内部自聚,形成多种类型的分子有序组合体。,5.1 概述,表面活性剂的分子结构特点,不同碳链长度的脂肪酸钠对石蜡-水界面张力的影响(30),1)7碳原子以下,降低表面张力不明显2)820个碳原子时,脂肪酸钠盐呈现明显的表面活性。当亲油基为直链或支链烷烃,820个碳原子时为合适;当亲油基为烷基酚或苯基,816个碳原子时为宜;若亲油基为烷基萘基,则烷基数为2个,每个烷基碳原子在3个以上。,亲油基,亲水基,表面活性剂的分子结构特点,5
4、.1 概述,5.2 表面活性剂的分类,按分子量大小分:(a)低分子量表面活性剂:1000以下;(b)中高分子量表面活性剂:1000以上;,按工业用途分类:渗透剂、润湿剂、乳化剂、分散剂、起泡剂、消泡剂、净洗剂、杀菌剂、匀染剂、缓染剂、柔软剂、平滑剂、抗静电剂、防锈剂等。,按疏水基的类型分:(a)碳氢链:以碳氢链为疏水基;(b)聚氧丙烯:由环氧丙烷低聚而成,聚氧丙烷为疏水基;(c)氟表面活性剂:以碳氟链为疏水基;特点:表面活性高,化学性质稳定,具有抗氧化性,耐酸、耐碱和耐高温。(d)硅表面活性剂:以硅氧烷链为疏水基;表面活性仅次于氟表面活性剂。(e)含硼表面活性剂:特点:具有沸点高、不易挥发、高
5、温下稳定等特点,常用于合成树脂的抗静电剂。,疏水基,亲水基,5.2 表面活性剂的分类,亲水基团是否带电,离子型,非离子型:不能电离,阴离子型,阳离子型,两性离子型,亲油基,亲水基,5.2 表面活性剂的分类,按亲水基类型分类是表面活性剂分类的主要方法,5.2 表面活性剂的分类,亲水基一端为阴离子,其水溶液一般为碱性或中性。它们在整个表面活性剂生产中占有相当大的比重(约40%)。,5.2.1 阴离子表面活性剂,阴离子表面活性剂,R-OSO3Na硫酸酯盐,R-SO3Na磺酸盐,R-OPO3Na2磷酸酯盐,起表面活性作用的部分是阴离子。1、羧酸盐:通式:(RCOO)n-Mn+脂肪酸盐 分类:一价金属皂
6、(钾、钠皂);二价或多价皂(铅、钙、铝皂);有机胺皂(三乙醇胺皂)性质:具有良好的乳化能力,易被酸及多价盐破坏,电解质使之盐析。应用:具有一定的刺激性,只供外用。,5.2 表面活性剂的分类,5.2.1 阴离子表面活性剂,5.2 表面活性剂的分类,5.2.1 阴离子表面活性剂,2、硫酸酯盐:通式:ROSO3-M+分类:硫酸化油(硫酸化蓖麻油称土耳其红油);高级脂肪醇硫酸脂(十二烷基硫酸钠)。性质:可与水混溶,为无刺激的去污剂和润湿剂;乳化性很强,稳定、耐酸、钙,易与一些高分子阳离子药物发生沉淀。应用:代替肥皂洗涤皮肤;有一定刺激性,主要用于外用软膏的乳化剂。有时也用于片剂等固体制剂的润湿剂或增溶
7、剂。,5.2 表面活性剂的分类,5.2.1 阴离子表面活性剂,3、磺酸盐:通式:RSO3-M+分类:脂肪族磺酸化物,如二辛玻珀酸脂磺的钠;烷基芳基磺酸化物,如十二烷基苯磺酸钠,常用洗涤剂;烷基苯磺酸化物;胆酸盐,如牛磺胆酸钠。性质:水溶性,耐酸、钙、镁盐性比硫酸化物差,不易水解。应用:用作胃肠脂肪的乳化剂和单脂肪酸甘油酸的增溶剂;较好的洗涤剂。,亲水基一端是阳离子,故常称之为“阳性皂”。其水溶液大多呈酸性。,阳离子表面活性剂,CH3|R-NH-HCl仲胺盐|H,CH3|R-N-HCl叔胺盐|CH3,CH3|R-N+-CH3Cl-季胺盐|CH3,5.2 表面活性剂的分类,5.2.2 阳离子表面活
8、性剂,起作用的是阳离子,亦称阳性皂。1.结构:含有一个五价氮原子。2.特点:水溶性大,在酸性和碱性溶液中较稳定具有良好的表面活性和杀菌作用。3.应用:杀菌;防腐;皮肤、粘膜手术器械的消毒。4.常用药物:苯扎氯铵(洁尔灭);苯扎溴铵(新洁尔灭)。,5.2.2 阳离子表面活性剂,5.2 表面活性剂的分类,CH3|R-N+-CH3Cl-季胺盐|CH3,在亲水基一端既有阳离子也有阴离子。,两性表面活性剂,CH3|R-N+-CH2COO-甜菜碱型|CH3,5.2.3 两性表面活性剂,5.2 表面活性剂的分类,分子结构上同时具有正负电荷基团的表面活性剂,随介质的PH可成阳或阴离子型。常用品种:卵磷脂、氨基
9、酸型和甜菜碱型两性离子型表面活性剂。最大优点:适用于任何PH溶液,在等电点时也无沉淀。性质:碱性水溶液中呈阴离子性质,起泡性良好、去污力亦强;酸性水溶液中呈阳离子性质,杀菌力很强,毒性小。,5.2.3 两性表面活性剂,5.2 表面活性剂的分类,R-(C6H4)-O(C2H4O)nH烷基酚聚氧乙烯醚,非离子表面活性剂,R2N-(C2H4O)nH聚氧乙烯烷基胺,R-CONH(C2H4O)nH聚氧乙烯烷基酰胺,R-COOCH2(CHOH)3H多元醇型,在水溶液中不电离,其亲水基主要是由具有一定数量的含氧基团(多为氧乙烯基CH2CH2O-)组成。,5.2.4 非离子型表面活性剂,5.2 表面活性剂的分
10、类,在水溶液中不解离。1.结构组成:亲水基团(甘油、聚乙二醇、山梨醇);亲油基团(长链脂肪酸、长链脂肪醇、烷基或芳基);酯键、醚健 2.性质:毒性,溶血作用较小,化学上不解离,不易受电解质,pH值的影响;能与大多数药物配伍,应用广泛(外用、内服、注射)。,5.2.4 非离子型表面活性剂,5.2 表面活性剂的分类,上节课回顾,能显著降低水气界面和水油界面的界面张力的物质称为表面活性剂。,表面活性原理:,1.表面吸附:在表(界)面上吸附,形成吸附膜。2.溶液内部自聚:在溶液内部自聚,形成多种类型的分子有序组合体。,表面活性剂的分子结构特点,上节课回顾,亲水基团是否带电,离子型,非离子型:不能电离,
11、阴离子型,阳离子型,两性离子型,亲油基,亲水基,按亲水基类型分类是表面活性剂分类的主要方法,上节课回顾,5.3 表面活性剂的物理化学性能,亲疏平衡值(HLB)表面活性剂都是两亲分子,由于亲水和亲油基团的不同,很难用相同的单位来衡量,所以Griffin提出了用一个相对的值即HLB值来表示表面活性物质的亲水性。HLB值的大小表示表面活性剂亲水亲油性的相对大小,HLB值越大,表示该表面活性剂的亲水性越强;HLB值越低,则亲油性或疏水性越强。,一般来讲,指定石蜡的HLB=0,油酸的HLB=1,油酸钾的HLB=20,十二烷基硫酸酯钠的HLB=40。以此为标准,阴离子表面活性剂HLB在1-40之间,非离子
12、表面活性剂的HLB在1-20之间。,HLB值的确定,1.非离子型HLB值的确定2.其他类型表面活性剂HLB值的计算3.混合表面活性剂的HLB值的计算,5.3.1 亲疏平衡值(HLB),5.3 表面活性剂的物理化学性能,5.3.1 亲疏平衡值(HLB),5.3 表面活性剂的物理化学性能,(1)非离子型HLB值的计算对聚乙二醇和多元醇非离子型表面活性剂:,5.3 表面活性剂的物理化学性能,例:求 的HLB值解:亲水基(CH2CH2O)9 分子量:396,表面活性剂分子量:616HLB=396/616*100/5=12.86,5.3.1 亲疏平衡值(HLB),5.3 表面活性剂的物理化学性能,(2)
13、其他类型表面活性剂HLB值的计算,例:计算十二烷基磺酸钠(C12H25SO3Na)的HLB值,解:据式,可得:=11-120.475+7=12.3,求甘油硬脂酸单酯的HLB值。,解:20 C 0.475209.5 2-OH 1.923.8 1个-COO-2.4 HLB=3.8+2.4-9.5+7=3.7,5.3.1 亲疏平衡值(HLB),5.3 表面活性剂的物理化学性能,(3)混合表面活性剂HLB值的计算 mA、mB为混合表面活性剂种A,B组分的质量,HLBA,HLBB为A,B组分各自的HLB值。,根据需要,可根据HLB值选择合适的表面活性剂。,HLB值 0 2 4 6 8 10 12 14
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,例如:HLB值在26之间,作油包水型的乳化剂;,810之间作润湿剂;,1218之间作为水包油型乳化剂。,5.3 表面活性剂的物理化学性能,亲疏平衡值(HLB),HLB值和其在水中的分散情况,5.3.1 亲疏平衡值(HLB),5.3 表面活性剂的物理化学性能,HLB的三个缺点:(1)它没有考虑到油相与水相本身的性能;(2)它没有考虑表面活性剂浓度的影响(3)它没有考虑到温度及各相体积的影响,5.3.2 相转型温度(PIT),5.3 表面活性剂的物理化学性能,5.3.2 相转型温度(PIT),非离子型表面活性剂在
15、低温下可形成水包油(O/W)型乳状液,随着温度升高,非离子型表面活性剂的亲水基团(特别是聚氧乙烯链)的水合程度随温度升高而降低,表面活性剂亲水性下降,溶解度减小,HLB值下降,最后达到某一温度,使得乳状液从原来的O/W型转变为油包水型(W/O)。这一温度称为相转型温度PIT。,5.3 表面活性剂的物理化学性能,表面活性剂的亲水性越强,PIT越高。越容易溶解非离子表面活性剂的油,其PIT值越低。PIT与HLB的关系近乎直线。HLB值大,其亲水性强,其PIT越高,故需在较高的温度下才能转相。PIT的测定可用电导法。,5.3.2 相转型温度(PIT),5.3 表面活性剂的物理化学性能,5.3.3 临
16、界胶束浓度(CMC),5.3 表面活性剂的物理化学性能,少量活性剂的加入可使水的表面张力迅速下降,但到某一浓度后,水溶液的表面张力几乎不变。这个表面张力转折点的浓度称为临界胶束浓度(CMC)。,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,5.3 表面活性剂的物理化学性能,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,5.3.3 临界胶束浓度(CMC),5.3 表面活性剂的物理化学性能,在CM
17、C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。CMC越小,形成胶束所需要的浓度越低,也就是表面活性剂可以在较低的浓度下发挥更大效能。,同系物的碳原子数增加,CMC减小;,碳数相同的表面活性剂,支链型比直链型的CMC高;,碳氢链的不饱和度增加,CMC增高;,碳氢链中有极性基时,CMC增高;,碳氢链中有苯环时,CMC降低;,离子型表面活性剂的CMC较非离子型的大得多。碳氢链相同时,前者可以是后者的100倍。,CMC越小,该表面活性剂的活性越大。,5.3.3 临界胶束浓度(CMC),5.3 表面活性剂的物理化学性能,5.3.3 临界胶束浓度(CMC),5.3 表面活性
18、剂的物理化学性能,临界胶束浓度的影响因素:,亲油因素使CMC下降;亲水因素使CMC增加,亲油基,亲水基,疏水基的影响在C8C16范围内,表面活性剂疏水基烃链长度增加,CMC下降。烃链碳原子数m与CMC的关系:lgCMC=A-Bm,临界胶束浓度的影响因素:,5.3 表面活性剂的物理化学性能,2.亲水基的影响亲水基团越多,CMC值越大,亲水基种类对CMC影响不大。,5.3 表面活性剂的物理化学性能,临界胶束浓度的影响因素:,3.温度的影响,5.3 表面活性剂的物理化学性能,临界胶束浓度的影响因素:,开始时CMC随温度升高而下降,中间经过一最小值,然后随温度升高而增大。,4.其它因素的影响(1)电解
19、质的影响,添加电解质使CMC下降。(2)有机物的加入。,5.3 表面活性剂的物理化学性能,临界胶束浓度的影响因素:,1.离子型表面活性剂的溶解度随温度升高而增大,当温度达到某一定值后,溶解度会突然增大。2.非离子型表面活性剂的溶解度随温度升高而下降。,5.3.4 表面活性剂的溶解度,5.3 表面活性剂的物理化学性能,5.3.4 表面活性剂的溶解度,5.3 表面活性剂的物理化学性能,1.Krafft点:离子表面活性剂在水中的溶解度随温度升高至某一温度时,其溶解度急剧升高,该温度称为Krafft点(Tk点)。,Krafft点是分子溶解和胶束溶解的分界点。,Krafft点是离子表面活性剂的特征值,k
20、rafft点越高,则CMC越小。TK高(低)的表面活性剂亲油(亲水)性好。Krafft点亦是离子表面活性剂应用温度的下限,即只有高于krafft点,表面活性剂才能更大地发挥作用。,5.3.4 表面活性剂的溶解度,1.Krafft点(离子型表面活性剂):,5.3 表面活性剂的物理化学性能,2.浊点(非离子型表面活性剂):非离子型表面活性剂溶液的溶解度随温度升高而下降,当温度升到一定值时,溶液突然变成混浊,此时的温度成为浊点,即C.P点。,5.3.4 表面活性剂的溶解度,5.3 表面活性剂的物理化学性能,产生浊点的原因:含氧基团(如氧乙烯基)与水分子形成的氢键因受热而减弱,溶解度随温度升高而降低,
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 材料 界面 第五

链接地址:https://www.31ppt.com/p-6137014.html