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1、表面活性剂在界面吸附的应用第1页，此课件共33页哦1.1.1.1.表面性质和溶液内部性质的变化关系表面性质和溶液内部性质的变化关系表面性质和溶液内部性质的变化关系表面性质和溶液内部性质的变化关系 浓度随各种浓度随各种浓度随各种浓度随各种性质变化总性质变化总性质变化总性质变化总存在一个转存在一个转存在一个转存在一个转折点。折点。折点。折点。第2页，此课件共33页哦1.1.1.1.胶团与临界胶团浓度胶团与临界胶团浓度胶团与临界胶团浓度胶团与临界胶团浓度小型胶束小型胶束小型胶束小型胶束棒状胶束棒状胶束棒状胶束棒状胶束棒状胶束棒状胶束层状胶束层状胶束层状胶束层状胶束层状胶束层状胶束 溶液浓度低于溶液浓
2、度低于溶液浓度低于溶液浓度低于cmccmccmccmc溶液浓度等于溶液浓度等于溶液浓度等于溶液浓度等于cmccmccmccmc溶液浓度大于溶液浓度大于溶液浓度大于溶液浓度大于cmccmccmccmc第3页，此课件共33页哦研究表明，表面活性剂在研究表明，表面活性剂在溶液中超过一定浓度时溶液中超过一定浓度时，就会从单体就会从单体(单个离子或分子单个离子或分子)缔合成胶态聚合物缔合成胶态聚合物，即即形成胶团形成胶团。此时溶液性质发生突变性，此浓度。此时溶液性质发生突变性，此浓度称为称为临界胶团浓度临界胶团浓度(简写为简写为cmc)cmc)。cmc指形成胶指形成胶束的最低束的最低浓浓度度第4页，此课
3、件共33页哦2.2.2.2.胶团的结构胶团的结构胶团的结构胶团的结构 表面活性剂在溶液中形成一种表面活性剂在溶液中形成一种缔合胶体缔合胶体，即在一定浓度以上许多分子缔合成胶，即在一定浓度以上许多分子缔合成胶团，胶团与离子或分子处于平衡状态。团，胶团与离子或分子处于平衡状态。水溶液中水溶液中离子胶团离子胶团结构示意结构示意 聚氧乙烯型非离子胶团聚氧乙烯型非离子胶团聚氧乙烯型非离子胶团聚氧乙烯型非离子胶团的结构示意的结构示意的结构示意的结构示意第5页，此课件共33页哦3.3.3.3.胶团的形状和大小胶团的形状和大小胶团的形状和大小胶团的形状和大小在在在在1010倍于倍于倍于倍于cmccmc或更大的
4、浓溶液中胶团形状或更大的浓溶液中胶团形状或更大的浓溶液中胶团形状或更大的浓溶液中胶团形状在在10倍于倍于cmc或更大的浓溶液中，胶团一般时或更大的浓溶液中，胶团一般时非球状非球状的。的。浓度不很大浓度不很大且且没有其它没有其它添加剂及加溶物的添加剂及加溶物的溶液中溶液中(超过超过cmccmc不多不多)，胶团大多数，胶团大多数呈球呈球状状。光散射方法光散射方法对胶团研究，在对胶团研究，在cmccmc以上的一段浓度范围内，胶团是对以上的一段浓度范围内，胶团是对称的称的(即球状即球状)而且胶团的缔合度不变。而且胶团的缔合度不变。浓度不大时胶束形状浓度不大时胶束形状浓度不大时胶束形状浓度不大时胶束形状
5、第6页，此课件共33页哦棒状胶团的模型棒状胶团的模型棒状胶团的模型棒状胶团的模型 大量表面活性剂分子的大量表面活性剂分子的碳氢链碳氢链与水接触时面积缩小，与水接触时面积缩小，具有具有更高热力学稳定性更高热力学稳定性。表。表面活性剂的亲水基构成棒状面活性剂的亲水基构成棒状胶团表面，憎水基构成内核。胶团表面，憎水基构成内核。水溶液中水溶液中若有无机盐存在若有无机盐存在，即使表面活性剂的浓度不大，即使表面活性剂的浓度不大，胶团的形状也总是胶团的形状也总是不对称的不对称的(非球状非球状)，通常是通常是棒状棒状的。的。第7页，此课件共33页哦 在棒状胶团形成后，在棒状胶团形成后，继续增加溶液浓度，棒状继
6、续增加溶液浓度，棒状胶团聚集成束，周围是溶胶团聚集成束，周围是溶剂，当浓度更大时，就形剂，当浓度更大时，就形成巨大的成巨大的层状胶团层状胶团。层状胶团的模型层状胶团的模型层状胶团的模型层状胶团的模型 第8页，此课件共33页哦第9页，此课件共33页哦微乳液微乳液微乳液微乳液 第10页，此课件共33页哦A.A.A.A.亲油基。亲油基。亲油基。亲油基。C C C C，胶团，胶团，胶团，胶团聚集数聚集数聚集数聚集数，对，对，对，对非离子非离子非离子非离子表面活性剂影响表面活性剂影响表面活性剂影响表面活性剂影响更大。更大。更大。更大。B.B.B.B.非离子表面活性剂非离子表面活性剂非离子表面活性剂非离子
7、表面活性剂（EOEOEOEO）n n n n变化变化变化变化(C(C(C(C或或或或C)C)C)C)，胶团聚集数会随之变化。，胶团聚集数会随之变化。，胶团聚集数会随之变化。，胶团聚集数会随之变化。C.C.C.C.无机盐。无机盐。无机盐。无机盐。离子型表面活性剂离子型表面活性剂离子型表面活性剂离子型表面活性剂溶液中，胶团聚集数溶液中，胶团聚集数溶液中，胶团聚集数溶液中，胶团聚集数。非离。非离。非离。非离子表面活性剂的影响不大。子表面活性剂的影响不大。子表面活性剂的影响不大。子表面活性剂的影响不大。D.D.D.D.极性或非极性极性或非极性极性或非极性极性或非极性有机物质。浓度大于有机物质。浓度大于
8、有机物质。浓度大于有机物质。浓度大于cmccmccmccmc会发生会发生会发生会发生加溶作用加溶作用加溶作用加溶作用，使胶团胀大而增加胶团，使胶团胀大而增加胶团，使胶团胀大而增加胶团，使胶团胀大而增加胶团聚集数，直到达到有机物加溶极限。聚集数，直到达到有机物加溶极限。聚集数，直到达到有机物加溶极限。聚集数，直到达到有机物加溶极限。E.E.温度温度。非离子表面活性剂非离子表面活性剂聚聚集数集数，且增加很多。，且增加很多。离子型表离子型表面活性剂面活性剂水溶液中的集数影响小；水溶液中的集数影响小；溶液胶溶液胶溶液胶溶液胶团规律团规律团规律团规律第11页，此课件共33页哦1.1.1.1.影响影响影响
9、影响cmccmccmccmc的因素的因素的因素的因素表面活性剂化学结构表面活性剂化学结构表面活性剂化学结构表面活性剂化学结构 离子型离子型S S同系物中同系物中，C C增加一个增加一个时，时，cmccmc下降下降约一半约一半；非离子非离子S S，增加憎水基，增加憎水基C C，每增加，每增加两碳原子两碳原子，cmccmc下降至下降至十分之一十分之一。A.A.A.A.表面活性剂的碳氢链长表面活性剂的碳氢链长表面活性剂的碳氢链长表面活性剂的碳氢链长 第12页，此课件共33页哦B.B.B.B.碳氢链分支及极性基位置碳氢链分支及极性基位置碳氢链分支及极性基位置碳氢链分支及极性基位置同分异构同分异构S S
10、中，中，支链支链比比直链直链化合物化合物cmccmc大得多。大得多。极性基位置极性基位置：极性基越靠近碳氢链中间：极性基越靠近碳氢链中间cmccmc越大。越大。（C C8 8H H1717）2 2N(CHN(CH3 3)2 2ClCl，cmc=0.0266cmc=0.0266C C1616H H3333N(CHN(CH3 3)3 3ClCl，cmc=0.0014cmc=0.0014C C1414H H2929SOSO4 4NaNa，cmc=0.00240cmc=0.00240C C6 6H H1313 CH C CH C7 7H H15 15，cmc=0.0097cmc=0.0097SOSO4
11、 4NaNa第13页，此课件共33页哦C.C.C.C.碳氢链中其它取代基碳氢链中其它取代基碳氢链中其它取代基碳氢链中其它取代基 憎水基中有憎水基中有苯基苯基时，一个苯基大约相当于时，一个苯基大约相当于3.53.5个个CHCH2 2基；基；碳氢链中有碳氢链中有双链双链时，则有较高的时，则有较高的cmccmc；憎水基中引入憎水基中引入极性基极性基(如如OO或或OHOH等等)，cmccmc增大。增大。第14页，此课件共33页哦D.D.D.D.碳氟链化合物碳氟链化合物碳氟链化合物碳氟链化合物 全氟取代全氟取代的碳氟链的碳氟链S S，表面活性很高。与同碳原子数的一般表面活性剂，表面活性很高。与同碳原子数
12、的一般表面活性剂相比，其相比，其cmccmc低得多，水溶液所能达到的表面张力低得多。低得多，水溶液所能达到的表面张力低得多。部分取代部分取代的碳氟的碳氟S S，其，其cmccmc随被取代程度的增加而变小。随被取代程度的增加而变小。末端碳原子末端碳原子上的上的氢氟氢氟取代，其取代，其cmccmc反而升高。反而升高。比较其比较其cmc？第15页，此课件共33页哦E.E.E.E.亲水基团亲水基团亲水基团亲水基团 离子型离子型S的的cmc远比非离子型大远比非离子型大。亲油基。亲油基C数相同，数相同，cmc离子离子 100 cmc非离子非离子cmc两性两性亲水基团亲水基团变化对非离子型变化对非离子型S中
13、中cmc影响大于离子型影响大于离子型S。第16页，此课件共33页哦电解质电解质电解质电解质 加入加入电解质电解质S溶液的溶液的cmc。对。对阴、阳离子阴、阳离子S的影响最显著，对的影响最显著，对两性两性S次之，次之，对对非离子非离子S最小。一般认为，最小。一般认为，高价离子要比低价离子影响大高价离子要比低价离子影响大。在同价离子中。在同价离子中影响也是有次序。一价阳离子使影响也是有次序。一价阳离子使cmc下降的强度次序为：下降的强度次序为：LiLi+NaNa+KK+CsCs+第17页，此课件共33页哦有机物有机物有机物有机物 醇、酸、胺的醇、酸、胺的长链的极性有机物长链的极性有机物对表面活性剂
14、的对表面活性剂的cmc影响很显著。随着碳影响很显著。随着碳氢键的增长，离子型活性剂的氢键的增长，离子型活性剂的cmc值下降。在十四烷基羧酸钾溶液内加入三值下降。在十四烷基羧酸钾溶液内加入三种醇；醇类对非离子表面活性剂的种醇；醇类对非离子表面活性剂的cmc的影响正好相反，浓度增加，的影响正好相反，浓度增加，cmc上升。上升。比较其比较其比较其比较其cmccmc大小？大小？大小？大小？C14H29O(C2H4O)H+0.5%C2H5OHC14H29O(C2H4O)H+0.1%C2H5OHC14H29O(C2H4O)H+0.8%C2H5OH比较其比较其cmc大小大小？第18页，此课件共33页哦温温温
15、温 度度度度 温度对温度对cmc的影响较复杂，的影响较复杂，离子型离子型S存在存在Krafft点点，Tk，cmc值值，但增加，但增加率不大。率不大。非离子型非离子型S存在浊点存在浊点，T浊浊，cmc值值。2.2.2.2.临界胶束浓度的测定方法临界胶束浓度的测定方法临界胶束浓度的测定方法临界胶束浓度的测定方法表面张力法表面张力法表面张力法表面张力法 电导法电导法电导法电导法 第19页，此课件共33页哦染料法染料法染料法染料法 A.A.A.A.测定原理测定原理测定原理测定原理 第20页，此课件共33页哦 加溶作用也加溶作用也叫增溶作用叫增溶作用。表面活性剂由于。表面活性剂由于分子结构的特殊性分子结
16、构的特殊性（双亲），使其与（双亲），使其与常见的有机化合物相比具有许多特殊的性质及应用。如吸附、乳化、润湿、起泡、消泡、增溶常见的有机化合物相比具有许多特殊的性质及应用。如吸附、乳化、润湿、起泡、消泡、增溶等作用。等作用。第21页，此课件共33页哦1.1.1.1.加溶作用的定义及特点加溶作用的定义及特点加溶作用的定义及特点加溶作用的定义及特点定义定义定义定义 加溶作用加溶作用也叫增溶作用。表面活性剂能够使难溶或微溶于水的有机物在水中溶解度也叫增溶作用。表面活性剂能够使难溶或微溶于水的有机物在水中溶解度显著增加的作用。能够产生增溶作用的表面活性剂叫显著增加的作用。能够产生增溶作用的表面活性剂叫增
17、溶剂增溶剂；被增溶的有机物叫；被增溶的有机物叫被加溶被加溶物物。加溶作用特点加溶作用特点加溶作用特点加溶作用特点 C CCcmc加溶作用才明显。加溶作用才明显。加溶作用加溶作用不存在不存在两相，溶液是透明的，是两相，溶液是透明的，是热力学稳定体系。热力学稳定体系。不同于乳化不同于乳化加溶后对溶液加溶后对溶液依数性依数性影响较小。影响较小。不同于不同于溶解，溶解，自发过程自发过程，被加溶物化学势降低，体系更加稳定。，被加溶物化学势降低，体系更加稳定。第22页，此课件共33页哦2.2.2.2.加溶作用方式加溶作用方式加溶作用方式加溶作用方式加溶作用方式加溶作用方式加溶作用方式加溶作用方式a.a.胶
18、团的内核胶团的内核胶团的内核胶团的内核(饱和脂肪烃、环烷烃及其它不易饱和脂肪烃、环烷烃及其它不易极化的化合物极化的化合物)b.b.胶团的定向表面活性剂分子之间，形成胶团的定向表面活性剂分子之间，形成胶团的定向表面活性剂分子之间，形成胶团的定向表面活性剂分子之间，形成“栅栏栅栏栅栏栅栏”结结结结构（构（构（构（长链醇、胺长链醇、胺）；）；）；）；c.c.胶团的表面，即胶团胶团的表面，即胶团胶团的表面，即胶团胶团的表面，即胶团-溶剂交界处（油溶性溶剂交界处（油溶性溶剂交界处（油溶性溶剂交界处（油溶性高分子物质高分子物质）；）；）；）；d.d.亲水基团之间（非离子表面活性剂形成的胶团）。亲水基团之间
19、（非离子表面活性剂形成的胶团）。亲水基团之间（非离子表面活性剂形成的胶团）。亲水基团之间（非离子表面活性剂形成的胶团）。第23页，此课件共33页哦3.3.3.3.影响加溶作用的因素影响加溶作用的因素影响加溶作用的因素影响加溶作用的因素 表面活性剂结构表面活性剂结构表面活性剂结构表面活性剂结构 第24页，此课件共33页哦 D.在在S中引入中引入第二个离子基团第二个离子基团，将影响加溶作用。对于，将影响加溶作用。对于非极性烃类非极性烃类的加溶的加溶作用减少，而作用减少，而对极性物醇和胺对极性物醇和胺等有机物的加溶作用增加。等有机物的加溶作用增加。原因是原因是引入第二个引入第二个离子基团后，表面活性
20、剂的亲水性增加，离子基团后，表面活性剂的亲水性增加，cmc也增加，胶团聚集数减小，因此也增加，胶团聚集数减小，因此溶解烃的能力减弱，但胶团溶解烃的能力减弱，但胶团“栅栏栅栏”的分子间的分子间电性斥力电性斥力增加，导致表面活性剂分增加，导致表面活性剂分子间空扩大，有利于子间空扩大，有利于极性物分子极性物分子插入插入“栅栏栅栏”，使加溶量增加。，使加溶量增加。第25页，此课件共33页哦 E.非离子非离子S的加溶能力较强，具有的加溶能力较强，具有相同疏水基相同疏水基的表面活性剂一般对的表面活性剂一般对烃类烃类及极性有机物及极性有机物的加溶作用次序为：的加溶作用次序为：非离子非离子阳离子阳离子阴离子阴
21、离子。其原因是其原因是：非离：非离子表面活性剂子表面活性剂cmc较小，而阳离子表面活性剂则可能比阴离子表面活性剂有疏松较小，而阳离子表面活性剂则可能比阴离子表面活性剂有疏松的胶团。非离子表面活性剂对脂肪烃的加溶作用随亲油基链长增加而增加，但的胶团。非离子表面活性剂对脂肪烃的加溶作用随亲油基链长增加而增加，但随亲水基随亲水基(聚氧乙烯基聚氧乙烯基)的链长增加而减小。的链长增加而减小。第26页，此课件共33页哦被加溶物的结构被加溶物的结构被加溶物的结构被加溶物的结构 u脂肪烃及烷基芳烃脂肪烃及烷基芳烃的加溶量随其的加溶量随其链长链长的增加而的增加而减小减小，随其，随其不饱和程度不饱和程度及及环化环
22、化程度增加程度增加而增加。而增加。u对于对于多环芳烃多环芳烃，加溶程度随分子大小增加而下降。，加溶程度随分子大小增加而下降。u一般一般被加溶物被加溶物的极性越小，碳氢链越长，则的极性越小，碳氢链越长，则加溶程度加溶程度越低越低。第27页，此课件共33页哦有机添加剂有机添加剂有机添加剂有机添加剂 u非极性化合物非极性化合物加溶于表面活性剂溶液中，会使加溶于表面活性剂溶液中，会使胶团胀大胶团胀大，有利于，有利于极性有机物极性有机物插插入胶团入胶团“栅栏栅栏”中，亦即中，亦即增加极性有机物的加溶程度增加极性有机物的加溶程度。反之，当溶液中加溶。反之，当溶液中加溶极极性有机物性有机物后，同样会使后，同
23、样会使碳氢化合物碳氢化合物的加溶程度增加。极性有机物的碳氢链越的加溶程度增加。极性有机物的碳氢链越长，极性越小长，极性越小(即越不易形成氢键即越不易形成氢键)，使碳氢化合物的加溶程度增加越多。，使碳氢化合物的加溶程度增加越多。u加溶了加溶了一种极性有机物一种极性有机物会使会使另一种极性有机物另一种极性有机物的加溶程度的加溶程度降低降低，由于两种极，由于两种极性有机物争夺胶团性有机物争夺胶团“栅栏栅栏”位置的结果。位置的结果。第28页，此课件共33页哦无机盐效应无机盐效应无机盐效应无机盐效应 少量无机盐少量无机盐加入离子型加入离子型S中，可增加中，可增加烃类烃类的加溶程度，但的加溶程度，但减少极
24、性有机物减少极性有机物加加溶程度。溶程度。加盐使胶团加盐使胶团“栅栏栅栏”分子间的电斥力减弱分子间的电斥力减弱，“栅栏栅栏”层的表面活性剂层的表面活性剂分子排列得更加紧密，从而减少了极性化合物加溶的可能位置，表现出分子排列得更加紧密，从而减少了极性化合物加溶的可能位置，表现出极性有机物的加溶程度降低。极性有机物的加溶程度降低。温温温温 度度度度 A.对于对于离子表面活性剂离子表面活性剂，T,极性与非极性物极性与非极性物的加溶程度增加，的加溶程度增加，其原因是热运动使胶团中能发生加溶的空间加大。其原因是热运动使胶团中能发生加溶的空间加大。第29页，此课件共33页哦 B.对于对于聚氧乙烯基非离子聚
25、氧乙烯基非离子S，温度如何影响，决定于，温度如何影响，决定于加溶物的本性加溶物的本性。对非极性对非极性加溶物加溶物，如脂肪烃、卤化烷烃等常加溶于，如脂肪烃、卤化烷烃等常加溶于胶团内核胶团内核，则，则T，加溶程度，加溶程度，TTT浊浊，胶团聚集数迅速，胶团聚集数迅速,加加溶量溶量。极性加溶物极性加溶物的加溶位置是胶团的的加溶位置是胶团的“栅栏栅栏”层，层，加溶量随温度的升高至浊点时出现加溶量随温度的升高至浊点时出现最大值最大值。开始升温时，由于表面活性剂分子的。开始升温时，由于表面活性剂分子的热运动增强与胶团集数增加，加溶程度较小或中等程度升高。继续升高温度，加热运动增强与胶团集数增加，加溶程度
26、较小或中等程度升高。继续升高温度，加剧聚氧乙烯基脱水，聚氧乙烯基就容易卷曲得更紧，使胶团剧聚氧乙烯基脱水，聚氧乙烯基就容易卷曲得更紧，使胶团“栅栏栅栏”区域起加溶区域起加溶作用的空间减少，从而极性物的作用的空间减少，从而极性物的加溶程度降低加溶程度降低。对较短链的极性加溶物对较短链的极性加溶物，在，在接近浊点时，这种现象更为显著。接近浊点时，这种现象更为显著。第30页，此课件共33页哦cmc，胶团数，胶团数，胶团变大，对加溶作用影响极大！，胶团变大，对加溶作用影响极大！哪些因素，哪些物理量、结构变化会影响哪些因素，哪些物理量、结构变化会影响cmccmc？第31页，此课件共33页哦 利用加溶作用
27、提高原油采收率，即所谓的利用加溶作用提高原油采收率，即所谓的“胶束驱油胶束驱油”工艺。首先工艺。首先配制含有水、表面活性剂（包括助剂）和油组成的配制含有水、表面活性剂（包括助剂）和油组成的“胶束溶液胶束溶液”，它能，它能润湿岩层，溶解大量原油，故在岩层间推进时，能有效地洗下吸附于岩润湿岩层，溶解大量原油，故在岩层间推进时，能有效地洗下吸附于岩层上原油，大大提高采收率。层上原油，大大提高采收率。1.1.1.1.提高原油采收率提高原油采收率提高原油采收率提高原油采收率第32页，此课件共33页哦2.2.2.2.在乳液聚合中的应用在乳液聚合中的应用在乳液聚合中的应用在乳液聚合中的应用乳液聚合反应定义乳液聚合反应定义乳液聚合反应定义乳液聚合反应定义 表面活性剂分子表面活性剂分子单体分子单体分子PP聚合物分子聚合物分子RR单体自由基单体自由基表面活性剂表面活性剂分子分子补充补充补充补充P P P P单体液滴单体液滴（单体贮存器）单体贮存器）被单体增溶的胶束被单体增溶的胶束水相水相水相水相 R R R R乳液聚合反应过程乳液聚合反应过程乳液聚合反应过程乳液聚合反应过程 第33页，此课件共33页哦