教案-助剂-项目1 任务5(添加剂的作用及表面活性剂的复合性能 ).ppt

项目1 任务5添加剂的作用及表面活性剂的 复合性能 ®工业助剂常常是配方产品，主要由以下三 类物质组成：®·主要成分多为表面活性剂；®·添加适当无机盐；®·添加少量有机物 ®配方产品的优点：®·克服表面活性剂存在的一些弱点；®·提高助剂的应用效果；®·赋予助剂产品一些特殊功能；®·适当降低产品成本；®·改善产品的外观状态及可成型性 ®例如，某洗衣粉的配方：®十二烷基苯磺酸钠 10％®聚醚 4％®硬脂酸皂 3％®硅酸钠 6％®硫酸钠 9％®三聚磷酸钠 36％®CMC 1.2％®对甲苯磺酸钠 3％®荧光增白剂 0.1％®水 余量 ®又如：腈纶纺丝油剂：®抗静电剂TM 60%®月桂酸二甲苄基氯化铵 8%®平平加O 5%®苯甲酸钠 3%。

® 一 表面活性剂同系物的复合性能®同系物※：®一般是指亲水基相同而疏水基链长不同的 一系列化合物®如：®C10H21SO4Na、®C12H25SO4Na、®C14H29SO4Na，属同系物；®C10H21O(CH2CH2O)10H、 C12H25O(CH2CH2O)10H、 C14H29O(CH2CH2O)10H，也属同系物，等 等 ®对于非离子型表面活性剂，若疏水基链长 相同而聚氧乙烯亲水基链长不同，也可视 为同系物®如：®C12H25O(CH2CH2O)10H、 C12H25O(CH2CH2O)15H、 C12H25O(CH2CH2O)20H，®等 ®同系物复合使用往往具有许多增效作用，提高产 品适应性或降低成本®同系物的来源： ®·人为添加；®·生产表面活性剂使用的工业原料本身就是同系 列混合物，例如生产C12H25O(CH2CH2O)15H，一 般要求主要原料C12H25OH的组分达到80％以上 即可 ®同系物分子结构相似，仅碳链长度不同，其物化 性能和表面活性常在各纯表面活性剂之间，具有 加合性 ®一）表面活性剂同系物溶液的cmc值及计算®（1）离子型表面活性剂®如图5－1所示，已知：®C10H21SO4Na的cmc值为2.8×10－2（mol·L－1） C12H25SO4Na的cmc值为0.8×10－2（mol·L－1）®则不同混合比例后的C10H21SO4Na—C12H25SO4Na 溶液的cmc值就介于（0.8～2.8）×10－2（mol·L－1 ）之间。

图5－1、C10H21SO4Na—C12H25SO4Na混合溶液的cmc值（30℃）（Χ：C10H21SO4Na的摩尔百分比） ®同系混合溶液的cmc值也可用下式计算：式中： CT—混合溶液的cmc值， Ci—某一表面活性剂单独时的cmc值， Χi—某一表面活性剂在混合溶液中的摩尔百分比， ko—与胶束反离子结合度有关的常数（一般为0.5～0.65之间） ®对于二组分混合体系，上式可简化为： ®（2）非离子型表面活性剂®非离子型表面活性剂溶液中不存在反离子 及扩散双电层，则反离子扩散系数ko＝0， 则混合溶液cmc值计算式可简化为： ®对于二组分混合体系则有：®整理： ®例如：已知®C6H13O(CH2CH2O)6H，®C1＝5.2×10－2（mol·L－1）®C12H25O(CH2CH2O)6H，®C2＝4.0×10－5（mol·L－1）®将两者以7：3的摩尔比例混合，则：®X1＝0.7、X2＝0.3，®将各数据代入上式，则：®＝1.3×10－4（mol·L－1） ®二）表面活性剂同系物溶液的表面张力及 计算®表面活性剂同系物溶液的表面张力（γT） 也介于各个单独表面活性剂溶液的表面张 力值之间。

®·在cmc值以下时，一般表面活性剂的表面 张力与摩尔浓度之间存在如下基本关系式 ：®γ＝A－BlnCi®式中：®Ci—i组分在纯溶液中的摩尔浓度（mol·L －1），®A、B为常数，可由表面张力的实验值求得 ®根据基本关系式，经数学推导，得到同系物混合 溶液的表面张力计算公式如下：®CTΣxiexp〔（γT－Ai）∕Bi〕＝1®式中：®CT—混合溶液的摩尔浓度（mol·L－1），®γT—混合溶液的表面张力（mN·m－1），®xi—某一表面活性剂组分在混合液中的摩尔分数 ，®Ai、Bi为常数，可查表或SAA溶液γ实验值求得 ®若为二组分表面活性剂混合溶液，则上式 简化为：®CT=｛x1exp〔（γT－A1）∕B1〕＋x2exp 〔（γT－A2）∕B2〕｝=1®·若混合溶液浓度在cmc值以上，则因为形 成胶束的SAA对降低γ无贡献，仅未缔合的 SAA单体分子对降低γ有贡献，因而需先求 出未缔合的SAA单体分子浓度（即CT值） ，再计算®需要指出的是，上述计算理论和公式仅适 于假设的理想溶液，而同系物相互混合可 将其近视为理想溶液，故计算值与实验测 定值比较吻合®对于同类型但亲水基不同的表面活性剂之 间的混合，也可按上述公式计算，但计算 结果与实验测定值的偏差会有一定程度增 加。

三）表面活性剂同系物混合溶液表面 活性的变化®·表面活性剂同系物混合溶液的表面活性大 小也主要由效率和效能两方面来评定®·混合液的表面活性也介于两单独表面活性 剂溶液表面活性之间®·组成混合溶液之后，对于表面活性较低的 表面活性剂可适当提高其效率，而效能无 明显变化图5－2、C10H21OSO3Na－C12H25OSO3Na混合液的表面张力与浓度的关系（ 30℃） （混合比分别为： 1－1：0 2－3：1 3－1：1 4－1：3 5－0：1） ®二、无机物对表面活性剂溶液性质的影响 ®无机物的来源：®·助剂配方中人为添加；®·在印染加工工作液中常含有较多无机盐®一般来讲，表面活性剂溶液中若有适当无 机盐存在，往往使其表面活性提高®·添加适当无机盐后，由于反离子浓度增加 ，使离子型表面活性剂的电离度下降、胶 束的扩散双电层受到压缩、离子间电荷排 斥力减小，有利于更多表面活性剂进入胶 束，使胶束聚集量增加，溶液cmc值下降 ，表面活性剂的效率和效能均有所提高※ ®无机盐使离子型表面活性剂cmc值降低的作用可 用下面的经验式表示：®lgcmc＝A－BlgCi®式中：®A、B—常数，B即为反离子扩散系数ko值，®Ci—表面活性剂的反离子浓度（mol·L－1）。

®由上式可见，在一定范围内cmc值随Ci值的增大 而变小，而添加无机盐之后即可使Ci值增加 表5－1、NaCl浓度对C12H25OSO3Na的 cmc值的影响 图5－3、Na＋浓度与C12H25OSO3Na溶液 cmc值的关系（25℃） ®·表面活性剂的电离度适当下降，也可使已 形成的胶束变得更加稳定®·作为电荷性占主导地位的离子型表面活性 剂，无机盐离子价的影响更为明显，随着 无机盐离子价的增大，其表面活性提高更 多，而且这种影响只与电荷价数有关，与 离子种类无关®·无机盐的适当添加不仅可使离子型表面活 性剂的cmc值有所下降，同时也可使其效 能有所提高： 图5－4、NaCl浓度 （％）对 C12H25OSO3Na溶 液的表面张力的影 响 二）对非离子型表面活性剂的影响®无机盐对非离子型表面活性剂影响较小：®·低浓度时几乎无作用；®·浓度较大时，表面活性才有所改变，影响 主要体现在效率上，即可使cmc值有所降 低，而对提高效能基本无作用®（无机盐对非离子SAA溶液有一定“盐析” 作用，在溶液中的溶解度有所下降，更易 形成胶束、cmc值降低） 图5－5、无机盐对C9H19C6H4O(CH2CH2O)15H表面活性的影响 1—表面活性剂水溶液， 2—表面活性剂水溶液中添加入0.86mol·L－1的NaCl。

® 三 极性有机物对表面活性剂性质的影响 ®·提高表面活性剂的表面活性，常出现溶液 表面张力最低值现象；®·促进表面活性剂在溶液中形成胶束，cmc 值有所降低；®·经常可使表面活性剂的效率和效能均有所 提高®·共同应用特点是用量少、效果独特 ®一）极性有机物®（1）低极性有机物的影响®·C8以下的脂肪醇是常用的低极性有机添加剂， 它们对表面活性剂溶液的表面张力、cmc值、起 泡稳泡性、乳化分散性、增溶性等都有明显影响 ，一般规律是：随脂肪醇碳链增长、影响能力提 高®·低级醇可参与胶束的形成，并改善胶束的基本 结构，使胶束更稳定，使cmc值有所下降、效率 提高 图5－6、几种醇对 C11H23COOK的cmc值的影 响（25℃） 1－乙醇、 2－丙醇、 3－正丁醇、4－正戊醇、 5－正己醇、6－正庚醇图5－7、几种醇对 C12H25NH3Cl的cmc值的 影响（25℃） 1－乙醇、 2－异丙醇、 3－丙醇、 4－正丁醇、 5－叔丁醇、6－正己醇、7 －正庚醇®低级醇可使cmc值降低，必须是在脂肪醇添加浓 度较低的情况下，若添加量较大，反而会使表面 活性剂的cmc值上升其原因是：®·脂肪醇添加量超标后，对表面活性剂起增溶作 用，使未缔合的表面活性剂分子溶解度变大，从 而导致cmc值上升；®·醇浓度增大后，溶液的介电常数变小，离子间 斥力过大，不利于胶束形成。

®（低极性有机物也可选用一定碳链长度的脂肪酰 胺） ®（2）强极性有机物的影响®强极性有机物对表面活性剂溶液性质的影 响存在两种情况®1、强极性有机物作为助溶剂®表面活性剂溶液中若加入强极性有机物如 尿素、乙二醇、N－甲基乙酰胺等，会使 表面活性剂溶液的cmc值上升、表面活性 剂的应用效率有所下降表5－2、尿素对C12H25（NC6H5）I的 cmc值的影响（25℃） ®这类强极性有机物使表面活性剂cmc值升 高的原因，是其在水溶液中对表面活性剂 有增溶作用，可明显提高表面活性剂的溶 解度，这类物质被称为助溶剂，在助剂配 方中很常用®例如：®C16H33SO4Na在28℃时，溶解度小于1×10－ 4mol·L－1，而在3mol·L－1尿素溶液中溶解 度大于1×10－2mol·L－1，其增溶效果十分 明显®2、强极性有机物作为增效助剂®有些强极性有机物（含脂环烃）如果糖、山梨醇 、环己六醇等，添加进表面活性剂溶液中则使其 cmc值降低，有增效作用®例如：环己六醇的添加量为0.5mol·L－1时， C9H19C6H4O(C2H4O)13H的cmc值可降至未添加时 的1/4，甚至更小®原因：含脂环烃的强极性有机物可使表面活性剂 疏水性有所增强，更容易形成胶束。

®二）水溶性高分子化合物®·水溶性高分子化合物与表面活性剂分子的 相互作用主要是碳氢链间的疏水性结合（ 缔合作用）；®·高分子化合物疏水性较强，与表面活性剂 的相互作用更易发生，对其溶液性质的影 响越显著； ·溶液表面性质随浓度的变化曲线往往 呈现两个转折点 聚乙二醇对C12H25SO4Na溶液表面张力的影响 （聚乙二醇相对分子质量为12000，浓度以单体计） 聚乙二醇的浓度： 1—0 2—1×10－3mol·L－1 3—1×10－2mol·L－1 4—2.5×10－2mol·L－1 ®·高分子化合物对提高某些表面活性剂的增 溶性也有明显作用如向C12H25SO4Na溶 液中加入适量聚丙二醇（相对分子质量600 ）时，溶解染料的能力大大增加，目前许 多棉织物精练剂中均含有一定量水溶性高 分子化合物，以提高增溶性、乳化分散性 ，提高精练剂的抗再悬浮能力®·常用的高分子添加剂还有CMC、明胶、 阿拉伯胶、海藻酸钠等 ®作业：®1、什么是同系物？配方助剂产品主要由哪三类 物质组成，配方产品有哪些优点？®2、适量无机盐对离子型表面活性剂溶液有哪些 作用？。