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1、表面活性剂的作用原理表面活性剂的作用原理第二章第二章 2.1 表面张力与表面活性表面张力与表面活性当任意两相接触时当任意两相接触时,两相之间决非是一个没有厚两相之间决非是一个没有厚度的纯几何面度的纯几何面,而是一个具有相当厚度的过渡区而是一个具有相当厚度的过渡区,这一过渡区通常称之为这一过渡区通常称之为界面界面。若其中一相为气体，这种界面通常称为若其中一相为气体，这种界面通常称为表面表面。但由于历史的原因但由于历史的原因,这两个概念常常混用。这两个概念常常混用。常见的界面有：常见的界面有：气气-液液界面，界面，气气-固固界面，界面，液液-液液界面，界面，液液-固固界面，界面，固固-固固界面。界
2、面。气气-液界面液界面气气-固界面固界面液液-液界面液界面液液-固界面固界面固-固界面2.1.1 表面张力和表面自由能表面张力和表面自由能（a）（b）如果在活动边框上挂一重物，使重物质量W2与边框质量W1所产生的重力F（F=（W1+W2）g）与总的表面张力大小相等方向相反，则金属丝不再滑动。这时 l是滑动边的长度，因膜有两个面，所以边界总长度为2l，就是作用于单位边界上的表面张力。由于表面层分子的受力情况与本体中不同，因此如果要把分子从内部移到界面，或可逆的增加表面积，就必须克服系统内部分子之间的作用力，对系统做功。温度、压力和组成恒定时，可逆使表面积增加dA所需要对系统作的功，称为表面功。用
3、公式表示为：把作用于单位边界线上的这种力称为表面张力，把作用于单位边界线上的这种力称为表面张力，用用 表示表示，单位是单位是N/m。也是增加单位表面积时也是增加单位表面积时所必须对系统做的功，单位所必须对系统做的功，单位J/m2表面张力的测定表面张力的测定1.滴重法滴重法W=2Rf=W/2Rf滴落的高速摄影示意图滴落的高速摄影示意图那为什么有个系数呢？那为什么有个系数呢？2.毛细管上升法毛细管上升法r 毛细管半径毛细管半径界面两相的密度差界面两相的密度差g 重力加速度重力加速度h 高度差高度差3.环法环法4.吊片法吊片法5.最大汽泡压力法最大汽泡压力法6.滴外形法滴外形法浓度浓度122.1.2
4、 表面活性和表面活性剂表面活性和表面活性剂 具有第三类曲线的物质具有第三类曲线的物质才叫才叫表面活性剂表面活性剂。特劳贝规则特劳贝规则32.1.3 表面活性剂的结构特点表面活性剂的结构特点2.2 表面活性剂胶束表面活性剂胶束2.2.1 胶束的形成胶束的形成胶束结构示意图胶束结构示意图2.2.2 临界胶束浓度临界胶束浓度 CMC Critical Micell Concentration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临界胶束浓度。这时溶液
5、性质与理这时溶液性质与理想性质发生偏离，在想性质发生偏离，在表面张力对浓度绘制表面张力对浓度绘制的曲线上会出现转折。的曲线上会出现转折。继续增加活性剂浓度，继续增加活性剂浓度，表面张力不再降低，表面张力不再降低，而体相中的胶束不断而体相中的胶束不断增多、增大。增多、增大。2.2.2.1 临界胶束浓度的测定方法临界胶束浓度的测定方法1.表面张力法表面张力法界面张力仪界面张力仪2.电导法电导法3.增溶作用法增溶作用法4.染料法染料法5.光散射法光散射法2.2.2.2 影响临界胶束浓度的因素影响临界胶束浓度的因素表面活性剂的碳氢链长表面活性剂的碳氢链长碳氢链分支碳氢链分支 极性基团的位置极性基团的位
6、置碳氢链中其它取代基的影响碳氢链中其它取代基的影响亲水基团的种类亲水基团的种类疏水链的性质疏水链的性质温度温度离子型离子型 Krafft point非离子型非离子型 浊点浊点 cloud point 2.2.3 胶束的形状和大小胶束的形状和大小球球 状状2.2.4 胶束的作用胶束的作用乳化作用乳化作用泡沫作用泡沫作用分散作用分散作用增溶作用增溶作用催化作用催化作用2.3 表面活性剂结构与性能的关系表面活性剂结构与性能的关系2.3.1 表面活性剂的亲水性表面活性剂的亲水性 HLB亲亲 水水 亲亲 油油 平平 衡衡 值值(Hydrophile-Lipophile Balance)表表面面活活性性剂
7、剂分分子子中中亲亲水水和和亲亲油油基基团团对对油油或或水水的的综综合合亲亲合合力力，是是用用来来表表示示表表面面活活性性剂剂的的亲亲水水亲亲油油性性强强弱弱的的数数值值。GriffinHLB值=亲水基质量亲水基质量+憎水基质量100/52.3.1.1 HLB的确定的确定非离子型非离子型多元醇脂肪酸酯多元醇脂肪酸酯HLB=20(1-S/A)聚氧乙烯型聚氧乙烯型皂化值不易得到的皂化值不易得到的HLB=(E+P)/5离子型离子型HLB=(亲水基团亲水基团HLB)+(亲油基团亲油基团HLB)+7混合型混合型HLB混合混合=(HLBi qi)亲油亲油|亲水亲水 HLB值 0 1 3 6 7 8 10 1
8、2 13 15 18 20|消泡|润湿剂|增溶剂|石蜡 W/O乳化剂|去污|聚乙二醇|渗透作用|O/W 乳化剂|2.3.1.2 HLB与表面活性剂应用关系与表面活性剂应用关系2.3.2 亲油基的影响亲油基的影响氟氟代烃基代烃基 硅氧烃基硅氧烃基 脂肪族烷烃基脂肪族烷烃基,环烷烃环烷烃基基 脂肪族烯烃脂肪族烯烃 脂肪族芳香烃脂肪族芳香烃 芳香烃芳香烃 带弱亲水基的烃基带弱亲水基的烃基疏水性疏水性2.3.3 亲水基的影响亲水基的影响2.3.4 分子形态的影响分子形态的影响2.3.4.1 亲水基的相对位置亲水基的相对位置位于分子位于分子中间中间时湿润性能比较强时湿润性能比较强位于分子位于分子末端末端时去污能力比较强时去污能力比较强2.3.4.2 亲油基的支链亲油基的支链有分支结构有分支结构的湿润性和渗透性的的湿润性和渗透性的较好较好 去污能力去污能力较差较差亲水基分子亲水基分子2.3.5 分子量的影响分子量的影响分子量小的分子量小的的湿润性和渗透性的的湿润性和渗透性的较好较好分子量大的分子量大的洗涤、分散、乳化能力洗涤、分散、乳化能力较好较好2.3.6表面活性剂的溶解度表面活性剂的溶解度2.3.7 表面活性剂的安全性和温和性表面活性剂的安全性和温和性2.3.8 表面活性剂的生物降解性表面活性剂的生物降解性