表面活性劑的結(jié)構(gòu)與性能表面活性劑的基本概念表面活性劑的主要作用表面活性劑的基本性質(zhì)表面活性劑的主要分類第一章表面活性劑分類及性質(zhì)表面張力（σ）：使液體表面分子向內(nèi)收縮至最小面積的這種力；表面活性劑(surfactant)：具有很強(qiáng)表面活性、能使液體的表面張力顯著下降的物質(zhì)；結(jié)構(gòu)特征：“雙親”結(jié)構(gòu)：1.表面活性劑的基本概念

顯然陽(yáng)離子型和陰離子型的表面活性劑不能混用，否則可能會(huì)發(fā)生沉淀而失去活性作用。1.離子型2.非離子型陽(yáng)離子型陰離子型兩性型表面活性劑2.表面活性劑分類陰離子表面活性劑RCOONa

羧酸鹽R-OSO3Na

硫酸酯鹽R-SO3Na

磺酸鹽R-OPO3Na2

磷酸酯鹽（一）陰離子表面活性劑1.高級(jí)脂肪酸鹽

①系肥皂類：通式：(RCOO-)nMn＋，如硬脂酸鈉、鎂等。②分類：一價(jià)金屬皂(鉀、鈉皂)；二價(jià)或多價(jià)皂(鉛、鈣、鋁皂)；有機(jī)胺皂(三乙醇胺皂)。③性質(zhì)：具有良好的乳化能力，易被酸及多價(jià)鹽破壞，電解質(zhì)使之鹽析。④應(yīng)用：具有一定的刺激性，只供外用。

這類表面活性劑起表面活性作用的部分是陰離子。（一）陰離子表面活性劑2.硫酸化物：

①通式：R·O·SO3-M+硫酸化油,高級(jí)脂肪醇硫酸酯類。②分類：硫酸化油，如硫酸化蓖麻油，俗稱土耳其紅油；高級(jí)脂肪醇硫酸酯，如十二烷基硫酸鈉（SDS），又稱月桂醇硫酸鈉（SLS）。③性質(zhì)：可與水混溶，為無刺激的去污劑和潤(rùn)濕劑；乳化性很強(qiáng)，穩(wěn)定、耐酸、鈣，易與一些高分子陽(yáng)離子藥物發(fā)生作用產(chǎn)生沉淀。④應(yīng)用：代替肥皂洗滌皮膚；有一定刺激性，用于外用軟膏的乳化劑。陽(yáng)離子表面活性劑R-NH2·HCl

伯胺鹽

CH3|R-N-HCl

仲胺鹽|H

CH3|R-N-HCl

叔胺鹽|

CH3

CH3|R-N+-CH3Cl-

季銨鹽|CH3(二)陽(yáng)離子型表面活性劑兩性表面活性劑R-NHCH2-CH2COOH氨基酸型

CH3|R-N+-CH2COO-

甜菜堿型|CH3(三)兩性離子型表面活性劑R-(C6H4)-O(C2H4O)nH

烷基酚聚氧乙烯醚非離子表面活性劑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R-O-(CH2CH2O)nH 脂肪醇聚氧乙烯醚(四)非離子型表面活性劑在水溶液中不是解離狀態(tài)故稱之為非離子表面活性劑。1、結(jié)構(gòu)組成：①親水基團(tuán)(甘油、聚乙二醇、山梨醇)；②親油基團(tuán)(長(zhǎng)鏈脂肪酸、長(zhǎng)鏈脂肪醇、烷基或芳基)；③酯鍵、醚健。2、性質(zhì)：毒性小，溶血作用較小，化學(xué)上不解離，不易受電解質(zhì)，pH值的影響；能與大多數(shù)藥物配伍，廣泛應(yīng)用于外用、口服制劑和注射劑。（四）非離子表面活性劑①脂肪酸甘油酯

類別：脂肪酸單甘油酯和脂肪酸二甘油酯，如單硬脂酸甘油酯。性質(zhì)：不溶于水，在水、熱、酸、堿及酶等下易水解。應(yīng)用：HLB3～4，表面活性弱，用作W/O型輔助乳化劑。②多元醇型⑴蔗糖脂肪酸酯(sucroseesters,SE)

簡(jiǎn)稱蔗糖酯，是蔗糖和脂肪酸反應(yīng)生成的一大類化合物，分為單酯、二酯、三酯及多酯。

性質(zhì)：溶于丙二醇、乙醇，但不溶于水和油；在酸、堿及酶等作用下易水解成蔗糖和脂肪酸。

應(yīng)用：HLB5～13，表面活性弱，用作O/W型乳化劑。⑵脂肪酸山梨醇酯：山梨糖醇及其單酐和二酐+各種脂肪酸→脫水山梨醇脂肪酸酯的混合物

(司盤，span)品種：span20（脫水山梨醇單月桂酸酯），span40(脫水山梨醇單棕櫚酸酯)；span60（脫水山梨醇單硬脂酸酯）；span65（脫水山梨醇三硬脂酸酯）；span80（脫水山梨醇單油酸酯）；span85（脫水山梨醇三油酸酯）。應(yīng)用：粘稠白色至黃色的油狀液體或蠟狀固體，親油性較強(qiáng)，

HLB1.8～3.8，一般用作W/O型乳劑的乳化劑或混合乳化劑。用于搽劑、軟膏，亦作為乳劑的輔助乳化劑。⑶聚山梨酯(polysorbate)：脫水山梨醇脂肪酸酯+環(huán)氧乙烷→聚氧乙烯脫水山梨醇脂肪酸酯

(吐溫,Tween)品種:Tween20（聚氧乙烯脫水山梨醇單月桂酸酯）,Tween40（聚氧乙烯脫水山梨醇單棕櫚酸酯）,Tween60（聚氧乙烯脫水山梨醇單硬脂酸酯）,Tween80（聚氧乙烯脫水山梨醇單油酸酯）,Tween85（聚氧乙烯脫水山梨醇三油酸酯）。應(yīng)用：粘稠性黃色液體，親水性化合物，為水溶性表面活性劑，用作增溶劑、乳化劑、分散劑和潤(rùn)濕劑。④聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物

通式：HO(C2H4O)a-(C3H6O)b-(C2H4O)cH，是各種不同分子量的聚氧乙烯（親水基）與聚氧丙烯（親油基）的嵌段共聚物，其中a為化合物總量的10～80％，b至少為15。本品又稱泊洛沙姆(poloxamer)，商品名普郎尼克(Pluronic)。

性質(zhì)：為淡黃色液體或固體，分子量1000～14000，HLB0.5～30，具有乳化、潤(rùn)濕、分散、起泡和消泡等多種優(yōu)良性能，但增溶能力較弱。應(yīng)用：新型的優(yōu)良乳化劑、增溶劑。表面活性劑是兩親分子。溶解在水中達(dá)一定濃度時(shí)，其非極性部分會(huì)自相結(jié)合，形成聚集體，使憎水基向里、親水基向外，這種多分子聚集體稱為膠束。隨著親水基不同和濃度不同，形成的膠束可呈現(xiàn)棒狀、層狀或球狀等多種形狀。

（1）膠束(micelle)及臨界膠束濃度3.表面活性劑基本性質(zhì)（1）膠束(micelle)（1）膠束(micelle)臨界膠束濃度(criticalmicelleconcentration)CMC的測(cè)定1.表面張力法：以表面張力對(duì)濃度的對(duì)數(shù)作圖，曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)即為CMC值。適合于離子表面活性劑和非離子型表面活性劑。2.電導(dǎo)法：以表面活性劑溶液的摩爾電導(dǎo)率對(duì)濃度或濃度的平方根作圖，曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)即CMC值。適合于離子表面活性劑。3.染料法：表面活性劑溶液增溶染料前后吸收光譜的變化。4.光散射法：膠束形成與散射光強(qiáng)度成正比。

庚基乙二醇十二烷基醚的表面張力與濃度的關(guān)系

十二烷基磺酸水溶液的電導(dǎo)率與濃度的關(guān)系臨界膠束濃度的測(cè)定方法表面活性劑都是兩親分子，由于親水和親油基團(tuán)的不同，很難用相同的單位來衡量，所以Griffin提出了用一個(gè)相對(duì)的值即HLB值來表示表面活性物質(zhì)的親水性。對(duì)非離子型的表面活性劑，HLB的計(jì)算公式為：HLB值=親水基質(zhì)量親水基質(zhì)量+憎水基質(zhì)量×100/5例如：石蠟無親水基，所以HLB=0 聚乙二醇，全部是親水基，HLB=20。其余非離子型表面活性劑的HLB值介于0～20之間。（2）親水親油平衡

Krafft點(diǎn)：離子表面活性劑在水中的溶解度隨溫度升高至某一溫度時(shí)，其溶解度急劇升高，該溫度稱為Krafft點(diǎn)。

濁點(diǎn)：因加熱聚乙烯型非離子表面活性劑溶液發(fā)生混濁的現(xiàn)象稱為起曇，此時(shí)的溫度稱為濁點(diǎn)或曇點(diǎn)（cloudpoint）。（3）Krafft點(diǎn)和濁點(diǎn)表面活性劑的基本作用，主要有五個(gè)方面：1.潤(rùn)濕作用

表面活性劑可以降低液體表面張力，改變接觸角的大小，從而達(dá)到所需的目的。例如，要農(nóng)藥潤(rùn)濕帶蠟的植物表面，要在農(nóng)藥中加表面活性劑；如果要制造防水材料，就要在表面涂憎水的表面活性劑，使接觸角大于90°。（4）表面活性劑的基本作用2.起泡作用

“泡”就是由液體薄膜包圍著氣體。有的表面活性劑和水可以形成一定強(qiáng)度的薄膜，包圍著空氣而形成泡沫，用于浮游選礦、泡沫滅火和洗滌去污等，這種活性劑稱為起泡劑。也有時(shí)要使用消泡劑，在制糖、制中藥過程中泡沫太多，要加入適當(dāng)?shù)谋砻婊钚詣┙档捅∧?qiáng)度，消除氣泡，防止事故。3.增溶作用

非極性有機(jī)物如苯在水中溶解度很小，加入油酸鈉等表面活性劑后，苯在水中的溶解度大大增加，這稱為增溶作用。增溶作用與普通的溶解概念是不同的，增溶的苯不是均勻分散在水中，而是分散在油酸根分子形成的膠束中。經(jīng)X射線衍射證實(shí)，增溶后各種膠束都有不同程度的增大，而整個(gè)溶液的的依數(shù)性變化不大。4.乳化作用一種或幾種液體以大于10-7m直徑的液珠分散在另一不相混溶的液體之中形成的粗分散體系稱為乳狀液。要使它穩(wěn)定存在必須加乳化劑。根據(jù)乳化劑結(jié)構(gòu)的不同可以形成以水為連續(xù)相的水包油乳狀液(O/W)，或以油為連續(xù)相的油包水乳狀液(W/O)。有時(shí)為了破壞乳狀液需加入另一種表面活性劑，稱為破乳劑，將乳狀液中的分散相和分散介質(zhì)分開。例如原油中需要加入破乳劑將油與水分開。5.洗滌作用

洗滌劑中通常要加入多種輔助成分，增加對(duì)被清洗物體的潤(rùn)濕作用，又要有起泡、增白、占領(lǐng)清潔表面不被再次污染等功能。其中占主要成分的表面活性劑的去污過程可用示意圖說明：A.水的表面張力大，對(duì)油污潤(rùn)濕性能差，不容易把油污洗掉。B.加入表面活性劑后，憎水基團(tuán)朝向織物表面和吸附在污垢上，使污垢逐步脫離表面。C.污垢懸在水中或隨泡沫浮到水面后被去除，潔凈表面被活性劑分子占領(lǐng)。首先將粗礦磨碎，傾入浮選池中。在池水中加入捕集劑和起泡劑等表面活性劑。攪拌并從池底鼓氣，帶有有效礦粉的氣泡聚集表面，收集并滅泡濃縮，從而達(dá)到了富集的目的。不含礦石的泥砂、巖石留在池底，定時(shí)清除。 浮游選礦浮游選礦的原理圖選擇合適的捕集劑，使它的親水基團(tuán)只吸在礦砂的表面，憎水基朝向水。當(dāng)?shù)V砂表面有5%被捕集劑覆蓋時(shí)，就使表面產(chǎn)生憎水性，它會(huì)附在氣泡上一起升到液面，便于收集。簡(jiǎn)單的乳狀液通常分為兩大類。習(xí)慣上將不溶于水的有機(jī)物稱油，將不連續(xù)以液珠形式存在的相稱為內(nèi)相，將連續(xù)存在的液相稱為外相。1.水包油乳狀液，用O/W表示。內(nèi)相為油，外相為水，這種乳狀液能用水稀釋，如牛奶等。2.油包水乳狀液，用W/O表示。內(nèi)相為水，外相為油，如油井中噴出的原油。乳狀液檢驗(yàn)水包油乳狀液加入水溶性染料如亞甲基藍(lán)，說明水是連續(xù)相。加入油溶性的染料紅色蘇丹Ⅲ，說明油是不連續(xù)相。乳狀液類型的檢別4.表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有機(jī)硅（聚硅氧烷）類長(zhǎng)鏈全氟（或高氟代）烷基烷基酮基烷基萘基（烷基碳原子數(shù)為3以上）烷基苯基（烷基碳原子數(shù)為8~16）

烷烴基（包括直鏈烷基和支鏈烷基，碳原子數(shù)為8~20）1.親油基團(tuán)

表面活性劑由親水基團(tuán)和疏水基團(tuán)構(gòu)成

R-

,,2.親水基團(tuán)弱親水基羥基、羧基—OH,—COOH伯胺基、仲胺基、叔胺基酰胺基硫胺基硫醇基—SH醚基苯醚基酯基2.親水基團(tuán)強(qiáng)親水基：羧酸鹽—COO—磺酸鹽硫酸酯鹽胺鹽季銨鹽磷酸單酯鈉鹽磷酸雙酯鈉鹽聚氧乙烯基5.表面活性劑發(fā)展概況及應(yīng)用表面活性劑工業(yè)是本世紀(jì)三十年代發(fā)展起來的一門新型化學(xué)工業(yè)，隨著石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，發(fā)達(dá)國(guó)家表面活性劑的產(chǎn)量逐年迅速增長(zhǎng)，已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)之一。

我國(guó)四大類表面活性劑起步情況年代開發(fā)生產(chǎn)單位表面活性劑的種類產(chǎn)品名稱1956年科學(xué)院植保所非離子蓖麻油聚氧乙烯醚上海五洲肥皂廠陰離子烷基磺酸鹽1960年上海大連陽(yáng)離子1978年上海兩性離子BS-12年代時(shí)期技術(shù)開發(fā)狀況備注50開創(chuàng)期1958年天津輕化所首創(chuàng)平平加,沈陽(yáng)化工研究院首創(chuàng)OPE-乳化劑用于紡織、農(nóng)藥工業(yè)60工業(yè)應(yīng)用過度期(民用、工業(yè))1960年沈陽(yáng)化工研究院開發(fā)農(nóng)乳100～600系列,1965年起遼寧化工院開發(fā)斯潘吐溫系列在旅順、鐘山等化工廠工業(yè)化,在旅順化工廠投產(chǎn)70工業(yè)成長(zhǎng)期開發(fā)了脂肪醇、烷基酚、脂肪胺的乙氧基化物,EO/PO共聚物,烷醇酰胺、含氟物、季銨鹽等產(chǎn)量由幾千噸升至