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精细化学品化学 第二章 表面活性剂（ surfactant 或surface active agent,简称SAA ） 2.1表面活性剂基本概念 2.2表面活性剂的性质 2.3表面活性剂的作用 2.4阴离子表面活性剂 2.5阳离子表面活性剂 2.6两性表面活性剂 2.7非离子表面活性剂 2.8特种表面活性剂 2.9表面活性剂分析 2.10表面活性剂与工农业生产 2.1表面活性剂基本概念 一、表面与表面张力 二、表面活性剂的定义 三、表面活性剂的结构 四、表面活性剂的分类 一、表面与表面张力 表面：凝聚体与气体之间的接触面一般称为表面。 表面张力：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。 二、表面活性剂的定义 1－非表面活性物质，如无机盐、不挥发酸碱 2－表面活性物质，如短链脂肪酸、醇、醛 3－表面活性剂 三、表面活性剂的结构 双亲结构：极性的亲水基团和非极性的亲油基团。 亲油基：直链或支链烷基、烷基苯基、芳香衍生物、长链全氟烷基、 亲水基：－COOH，－OH，－NH2，－OSO3、聚氧乙烯链 例如：C6H5C12H24SO3Na,是阴离子表面活性剂，亲油基是C6H5C12H24－，亲水基是－SO3 四、表面活性剂的分类 按其溶于水所显示的化学特征( 亲水基的性质)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，其活性部分为阳离子，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。 例如：平平加 RO（CH2CH2O）nH 按表面活性剂的来源 合成表面活性剂：以石油、天然气为原料通过化学方法合成制备的表面活性剂。 天然表面活性剂：以油脂等天然原料生产的表面活性剂，具有安全无毒，容易生物降解等优点。如卵磷脂， 生物表面活性剂：由细菌、酵母和真菌等微生物产生的具有表面活性特征的化合物，包括磷脂系、糖脂系、脂肪酸系、氨基羧酸系、高分子生物表面活性剂。 按元素分类 一般含碳氢链的表面活性剂 特种表面活性剂：如有机氟表面活性剂和有机硅表面活性剂，含磷表面活性剂。 2.2表面活性剂的性质 2.2.1 SAA在溶液表面的吸附 2.2.2 SAA在溶液中的聚集状态 2.2.3 SAA在固/液界面的吸附 2.2.4 SAA的溶解性 2.2.5 SAA在溶液中的协同效应 2.2.1 SAA在溶液表面的吸附 一、在溶液表面的吸附状态 吸附：物质从一相内部迁至界面，并富集于界面的过程叫吸附。 表面活性剂从水内部迁至表面，在表面富集的过程也叫吸附。这种吸附的结果是水表面似被一层非极性的碳氢链覆盖，从而导致水的表面张力下降。 吸附量：单位面积的表面层所含溶质的量与溶液体相中所含溶质量的差值，单位为mol/m2,也称为表面过剩。 吸附量大于0为正吸附，反之为负吸附 二、SAA结构对饱和吸附量的影响 饱和吸附量大，分子排列紧密，表面膜的强度增大，不易破裂，对于起泡和乳化都有好处。 相同亲水基，不同疏水基：直链较支链大，因为自身横截面积小，排列紧密； 相同疏水基，不同亲水基：亲水基大，饱和吸附量小，顺序：脂肪酸盐――硫酸盐――磺酸盐――季铵盐依次减小。 三、SAA在溶液表面吸附速度 吸附速度慢，会影响泡沫的稳定性，润湿，铺展能力。 决定因素： 分子的化学结构，取向排列速度，如碳氢链越长，则时间效应越大； 介质的性质：溶液浓度（越大，速度越快），有无无机盐（会降低离子型时间效应） 四、SAA降低界面张力的能力和效率 能力（效能）：SAA降低表面张力所能达到的最低值。 效率：降低表面张力至一定值时，所需SAA的浓度。 两者不一定一致。 效率和能力讨论的意义：为了更好地应用。 2.2.2 SAA在溶液中的聚集状态 一、临界胶束浓度CMC 定义：溶液性质（表面张力，洗涤作用，渗透）突变时SAA的浓度称为CMC。表面活性分子缔合形成胶束的最低浓度。 CMC可用来衡量表面活性剂的活性大小， CMC越小，该表面活性剂的活性越大。。 测定方法：表面张力法；电导率法；染料法，光散射法 CMC影响因素 温度：随着温度升高，离子型SAA的CMC升高，非离子型的SAA下降。 碳氢链长度 碳氢链分支情况 碳氢链不饱和度 亲水端 憎水端 CMC影响因素 疏水基―― 疏水基碳链越长，CMC下降； 苯环使CMC下降； 全氟碳链，有机硅链CMC较低； 支化，双键，易极化基团，CMC提高； 亲水基处于碳链中间会增大CMC； CMC影响因素 亲水基―― 离子型SAA的CMC大于具有相同R基的非离子； 具有相同R基而亲水基不同，-OSO3-SO3-COO