[化学]天津大学胶体与表面化学课件第八-九章表面活性剂.ppt

2019/1/15,1,第六章 表面活性剂,Surfactant,第一节 概述,第二节 表面吸附层状态方程 及单分子层表面膜的应用,第三节 表面活性剂的体相性质,第四节 表面活性剂的HLB值,2019/1/15,2,第一节 概述,（一）定义： 表面活性剂是一种能大大降低溶剂的表面张力的（或液-液界面张力），改变体系表面状态的一系列物质（乳化 --- 破乳，起泡 --- 消泡）这种特殊的作用叫表面活性2019/1/15,3,（二）结构特点和性质,2019/1/15,4,（三）表面活性剂的分类和特性,1、离子型 （1）阴离子型,,羧酸盐 R-COONa （例：肥皂R-COO-Na） 硫酸脂盐 R-OSO3Na 磺酸盐 R-SO3Na 磷酸脂盐 R-OPO3Na2,离子类型，溶解性，分子量，用途,,2019/1/15,5,（2）阳离子型,,2019/1/15,6,（3）两性表面活性剂,特性：杀菌，但对人体毒性或激性小2019/1/15,7,1）聚乙二醇,第二节 表面吸附层状态方程 及单分子层表面膜的应用,注：表面活性剂在界面上吸附： Gibbs吸附公式：,2019/1/15,8,,1、表面压的定义： 由Gibbs吸附公式： 当C很小，,2019/1/15,9,Boltzmann常数,,表面压：是膜对单位长度的浮物所施之力，其数值等于水的表面张力被膜所降低的数值。

2019/1/15,10,这是稀溶液中液面吸附膜所遵循的状态方程, 既两维空间理想气体状态方程吸附分子的截面积,表面压,,单位 mN•m-1,2019/1/15,11,2、单分子膜的各种状态,（1）若温度(T)一定，A 增大，减小 （2）表面膜也有气体、液体、固体2019/1/15,12,Volmer提出二维 van der Waals 方程：,膜是固态还是液态决定于分子中极性和非极性部分的粘着力，如C16醇（液态），相同碳氢链的酸（固态）,2019/1/15,13,3、LB膜和LBM膜简介,LB：Langmuir-Blodgett BLM：black lipid membrane,2019/1/15,14,第三节 表面活性剂的体相性质,2019/1/15,15,二、表面活性剂的溶度,通常，亲水性越强，在水中溶度越大；亲油性越强，越易溶于油2019/1/15,16,非离子型表面活性剂：加热透明表面活性剂水溶液，达到某一温度后变浑浊（表明表面活性剂开始析出），称浑浊的最低温度叫“浊点” （Cloud point ）2019/1/15,17,三、胶束(Micelle)的形成、结构和CMC的概念,1、形成： （1）表面活性剂首先占据液体表面。

（2）达到饱和后，浓度继续增加（亲油基自身抱成团）即形成一种聚集体 — 胶束(micelle，缔合的胶体质点，每1mol -CH2- 发生缔合，自由能（Gibbs 函数）降低 25 kJ)2019/1/15,18,表面活性剂溶液中的结构形成示意图,2019/1/15,19,3、当溶液达到一定浓度，胶束开始形成浓度越大形成的胶束数目越多（胶束大小的量度是胶束的聚集数，即缔合成胶束的表面活性剂的分子或离子数） 胶束开始明显形成时溶液浓度—临界胶束浓度—Critical Micelle Concentration (CMC) 浓度2019/1/15,20,,,Surfactant CMC/mmol.dm-3 C12H25(OCH2CH2)4OH 0.046 C12H25(OCH2CH2)6OH 0.087 C12H25(OCH2CH2)8OH 0.109 C12H25(CH3)N-O 2.1,2019/1/15,21,4、临界胶束浓度的影响因素 （1）CMC的理论推算：（胶束理论—质量作用模型，相分离模型）。

A：阴离子表面活性剂形成的胶束,,,2019/1/15,22,,,,,,z,n,n,n,z,n,o,n,RT,n,+,-,-,+,-,-,-,=,=,D,[,[,],[,[,[,ln,z,',2019/1/15,23,2019/1/15,24,B：非离子表面活性剂形成的胶束,2019/1/15,25,（2）CMC的影响因素：（表面活性剂CMC一般较小）,(a)同系物中若亲水基相同，亲油基的碳氢链增 加，CMC减小 (b)亲油基中烷基相同，非离子型CMC比离子 型CMC小的多（约小100倍） (c)亲油基中烷基相同,亲水基的亲水性越强 , CMC越高.,2019/1/15,26,第四节 表面活性剂的HLB值 (亲水亲油平衡),一、概述： HLB —Hydrophilic and Lipophilic Balance 1949年Griffin发表第一篇HLB论文（按HLB大小分类可节省选择乳化剂、洗涤剂等时间） 例：消泡剂 1 ~ 3 洗涤剂 13 ~ 15 增溶剂 15 ~ 18,2019/1/15,27,实际上，表面活性剂的 HLB 值均以石蜡 HLB = 0，油酸钾 HLB = 20，油酸 HLB = 1，十二烷基硫酸钠 HLB = 40作标准。

通常，HLB 与下列理化性能有关：脂的皂化价、脂肪酸的酸价、CMC、亲水基和亲油基的分子量、水合热、浊点、介电常数等，由这些理化常数计算 HLB 值的公式很多测定 HLB 值的方法也有很多，气相色谱法、红外光谱法、CMC 法2019/1/15,28,二、求算HLB的方法,（1）HLB值估算法 HLB值反映表面活性剂分子的亲水性（由水中溶解情况）2019/1/15,29,2019/1/15,30,2019/1/15,31,（2）由基因数法求HLB (1957年Davies提出),例：计算十二烷基磺酸钠的HLB值：,2019/1/15,32,2019/1/15,33,2019/1/15,34,例：聚氧乙烯（10）壬基苯酚醚 (OP-10) C9H19-C6H4- O-(CH2CH2O)-10H,2019/1/15,35,2019/1/15,36,第七章 乳状液 （Emulsion）,第一节 概述,第二节 乳状液的变型与破乳,2019/1/15,37,第七章 乳状液（ Emulsion ）,2019/1/15,38,一、乳化剂的分类（乳化剂的选择）： 1、合成表面活性剂（阴离子型、阳离子型、 非离子型）； 2、高聚物乳化剂：天然的动植物胶、合成聚 乙烯醇、羧、甲基纤维素。

3、天然产物；阿拉伯胶、动物胶、明胶、人 造食品必需品2019/1/15,39,二、乳化剂的HLB值及其应用,注：（1）HLB值(3~6)低，分子亲油基性强，形成 W/O型乳状液 （2）HLB值(8~18)高，分子亲水性强，形成O/W 型乳状液 （3）除了HLB值外，还有如下因素：,2019/1/15,40,（3）除了HLB值外，还有如下因素： (a)乳化剂与分散相的亲和性，要求：乳化剂的憎水基团结构与油的结构相似 (b)乳化剂的配伍作用： 特殊情况下: HLB(乳化剂) 分散相HLB(数量较大) 配伍: HLB 混合 (c)乳化剂特殊要求和制造工艺 例:食品乳化剂无毒无味、雪花膏则用司潘-吐温混合乳化剂、农药需人畜无害制造工艺简单、原料丰富2019/1/15,41,三、转相温度（PIT）,在“PIT”下，乳化剂的亲水亲油性质恰好平衡，Shinoda称亲水亲油平衡温度THLB 即：THLB=K油(HLB-N油) 故：HLB增大，THLB增大2019/1/15,42,（1）由一种非离子型乳化剂，两种油以及水组成四元体系乳状液：,2019/1/15,43,（2）两种非离子型乳化剂，油及水组成的四元体系,乳化剂(1)和(2)在总的乳化剂中的质量分数,注：PIT方法仅适用于非离子表面活性剂。

2019/1/15,44,第二节 乳状液的变型与破乳,。