表面活性劑與液晶

表面活性劑

及其應用1、基本概念（1）表面與界面(SurfaceandInterface)—物質相與相之間的“接界面”或“接觸面”。(a)物質(Substances)—同種或異種物質之間；(b)相(Phases)—物質的化學、物理性質相同的集合體。物質有G,L,S三種聚集態，兩兩組合扣去G-G無接界面外，自然界中存在五種界面：G-L,G-S,L-L,L-S,S-S。

（2）表面與界面張力(a)本體相分子(b)表面相分子(c)表面張力(Tensionofsurface)-shrinkforceinsurface).液體表面的自動收縮現象；自然狀態的水滴、氣泡、西瓜等等表面活性劑的一般結構表面活性劑從結構上看均為兩親分子，即同時具有親水的極性基團和憎水的非極性基團。極性頭8－18C長鏈烷基等非極性基團親油基（疏水基）：與油具有親和性，如長鏈烴-CH2-CH2-CH2-CH2-

親水基：容易溶于水或易被水所潤濕的原子團，如羧基、磺酸基、硫酸酯基、醚鍵、氨基、羧基CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2－COONa肥皂中的表面活性劑：脂肪酸鈉鹽3、表面活性劑的結構特征（1）雙親結構非極性的親油基極性的親水基——通過連接基或直接連接而成的不對稱化合物——例如肥皂，硬脂酸鈉學名十八烷基酸鈉：（二）親水親油平衡值定義：HLB(hydrophile-lipophilebalance)系表面活性劑中親水和親油基團對油或水的綜合親合力，是用來表示表面活性劑的親水親油性強弱的數值。HLB值范圍：

HLB0～40，其中非離子表面活性劑HLB0～20，即石蠟為0，聚氧乙烯為20。（2）冰山結構氫鍵神奇液體——水（例如：sl)主要原因是氫鍵。一個水分子可形成四個氫鍵形成六元環結構，在液態時也會形成冰結構，為假晶結構Icebergstructure

加入表面活性劑于水中，破壞了水原有的氫鍵結構，但在表面活性劑的親油基附近形成另種類似于疊羅漢那樣規整的冰結構——Icebergstructure——有序度高、熵小不穩定，從而驅使體系向破壞該結構方向變化，逃逸水。（3）疏水相互作用(Hydrophobicinteraction)為避免形成冰山結構，表面活性劑的親油劑在水中會向逃逸水的方向移動——疏水相互作用。親油基——逃逸水——疏水基（4）表面活性——表面活性劑疏水作用的直接結果:(a)表（界）面吸附；(b)膠束作用。此兩個基本特性則引發了一系列作用：吸附——潤濕、乳化、分散、泡沫等；膠束——增溶。表面活性劑的種類：1、陰離子型：親水基團為帶有負電的原子團。2、陽離子型：親水基團為帶有正電荷的原子團。3、兩性離子型：帶有兩個親水基團，在水中帶有正負兩種電荷，在酸性溶液中呈陽離子表面活性，在堿性溶液中呈陰離子表面活性，在中性溶液中呈非離子表面活性。4、非離子型：在水中不會離解成離子，也不帶電荷。5、混合型：兩個親水基團，一個帶電，一個不帶電。常用表面活性劑1.陰離子表面活性劑

羧酸鹽

RCOO－

例如：肥皂中的表面活性成分硬脂酸鈉等(2)磺酸鹽R-SO3－

例如：洗衣粉中的十二烷基苯磺酸鈉(ABS)等(3)硫酸酯鹽R-OSO3－

(4)磷酸酯鹽R-OPO32－2.陽離子表面活性劑

具有易吸附于一般固體表面及殺菌性兩個特點伯胺鹽

R-NH3＋

(2)季胺鹽

CH3|例如C16H33-N+-CH3Br－

|CH3十六烷基溴化銨(俗稱1631)(3)吡啶鹽例如C12H25(NC5H5)+

常用表面活性劑季胺鹽水溶液具有強殺菌性，常用作消毒、殺菌劑常用表面活性劑3.兩性表面活性劑(3)卵磷脂類屬天然表面活性劑，常用作食品添加劑

氨基酸型R-NH2CH2-CH2COO－

洗滌性能良好，常作為特殊洗滌劑(2)甜菜堿型

CH3

R-N+-CH2COO-CH3去污力強，對纖維有保護作用4.非離子表面活性劑脂肪醇聚氧乙烯醚

R-O-(CH2CH2O)nH

俗稱平平加系列，具良好濕潤性能(2)烷基酚聚氧乙烯醚R-(C6H4)-O(C2H4O)nH

俗稱OP系列，化學性質穩定，抗氧化性能強(3)聚氧乙烯烷基酰胺R-CONH(C2H4O)nH 常用作起泡劑、增粘劑

(4)多元醇型

主要是失水山梨醇的脂肪酸酯及其聚氧乙烯加成物

Span類及Tween類表面活性劑即屬此類具有低毒的特點，廣泛用于醫藥工業、食品工業以及生化實驗親水基多為聚氧乙烯基構成，由所含氧乙烯基數目控制其親水性。穩定性高，與其他類型表面活性劑相容性好，可混合使用SpanTween常用表面活性劑性能參數C20

：降低溶液表面張力20mN·m-1

時所需的表面活性劑濃度,該值愈小表明表面活性劑在界面的吸附能力愈強。2.表面活性劑有效值能夠把水的表面張力降低到的最小值。顯然，能把水的表面張力降得愈低，該表面活性劑愈有效。C20有效值雜質的原因20mN/m常用表面活性劑性能參數CMC

在表面張力對濃度繪制的曲線上會出現轉折。繼續增加活性劑濃度，表面張力不再降低，3.臨界膠束濃度(CMC)(CriticalMicelleConcentration)表面活性劑溶液中開始形成膠束的最低濃度稱為臨界膠束濃度。臨界膠束濃度

(criticalmicelleconcentration)表面活性劑濃度變大C<CMC分子在溶液表面定向排列，表面張力迅速降低C＝CMC溶液表面定向排列已經飽和，表面張力達到最小值。開始形成小膠束C>CMC溶液中的分子的憎水基相互吸引，分子自發聚集，形成球狀、層狀膠束，將憎水基埋在膠束內部膠束(micelle)

兩親分子溶解在水中達一定濃度時，其非極性部分會互相吸引，從而使得分子自發形成有序的聚集體，使憎水基向里、親水基向外，減小了憎水基與水分子的接觸，使體系能量下降，這種多分子有序聚集體稱為膠束。隨著親水基不同和濃度不同，形成的膠束可呈現棒狀、層狀或球狀等多種形狀。球形膠束棒狀膠束層狀膠束臨界膠束濃度(criticalmicelleconcentration)臨界膠束濃度簡稱CMC

表面活性劑在溶液中開始形成膠束的最低濃度稱為臨界膠束濃度。

在CMC附近，表面活性劑溶液的許多性質都會出現轉折，如表面張力、電導率、去污能力等可以利用測定表面張力，電導率等方法達到測定臨界膠束濃度的目的常用表面活性劑性能參數－親水親油平衡值(hydrophile-lipophilebalance)Griffin提出了用一個相對的值即HLB值來衡量表面活性物質的親水性。對非離子型的表面活性劑，HLB的計算公式為：HLB值=親水基質量親水基質量+憎水基質量×20

石蠟無親水基，所以HLB=0 聚乙二醇，全部是親水基，HLB=20。其余非離子型表面活性劑的HLB值介于0～20之間。在表面活性劑的應用中，需根據不同目的選擇具備適當親水親油性的表面活性劑HLB值

根據需要，可根據HLB值選擇合適的表面活性劑。例如：HLB值在2～6之間，可作油包水型的乳化劑；8～10之間作潤濕劑；12～18之間作為水包油型乳化劑。HLB值02468101214161820 ||———||——||——||——||

石蠟W/O乳化劑潤濕劑洗滌劑增溶劑| |————|聚乙二醇

O/W乳化劑表面活性劑的重要作用表面活性劑的用途極廣，主要有五個方面：1.潤濕作用

2.起泡作用

4.增溶作用

3.乳化作用5.洗滌作用

表面活性劑的性質1、潤濕和滲透性質洗滌劑溶液很容易潤濕織物纖維，并浸入纖維的微孔中。2、乳化性質洗滌劑的親油基溶入油滴，親水基留在水中，能降低油水兩相的表面張力，攪拌后能幫助油乳化。3、分散性質洗滌劑分子能鉆進固體粒子的縫隙，減弱固體粒子的內聚力，使粒子破裂成微小質點而分散在水中。4、發泡性質使氣液兩相間表面張力降低而產生大量泡沫。5、增溶性質活性劑把油溶解在膠束的親油基內，使油性物質的溶解度增大。去污原理：1、織物纖維和污垢被洗滌劑潤濕、滲透，織物和污粒上定向吸附著活性物的單分子層。2、經過機械攪拌或搓洗，污粒脫離到水中，產生乳化、分散、懸浮等現象。3、還有一部分污垢（油脂、鈣皂、色料）被增溶到活性物的膠束中，被水洗去。1.3皂類洗滌劑(一)肥皂的成分與制造主要成分：高級脂肪酸的鈉鹽或鉀鹽C3H5(OOCR)3+3NaOH→3RCOONa+C3H5(OH)3

油脂燒堿肥皂甘油油脂：硬化油、牛油、骨油、豬油、棕櫚油、椰子油、菜籽油、棉籽油、豆油。輔助原料：松香、水玻璃、著色劑、熒光增白劑、抗氧劑、殺菌劑。（二）肥皂的優缺點優點：1、原料來源廣泛，制作工藝簡單。2、價格便宜、去污效果較好，對環境污染小。缺點：1、對水質要求較苛刻。硬水、海水、酸性水不宜使用。2、堿性較強，不適合洗滌絲、毛織物和某些化學纖維紡織品。3、不適合洗衣機使用。普通洗衣粉的pH值9.5～10之間，堿性較強。它的主要成分是烷基苯磺酸鈉25％，甲苯磺酸鈉2.5％，月桂酸單乙醇酸胺3％，三聚磷酸鈉30％，無水硅酸鈉10％，CMC2％，熒光增白劑0.2％，硫酸鈉27.3％洗衣粉的成分1.4洗衣粉1、表面活性劑

石油化學產品為原料：烷基苯磺酸鈉、烷基硫酸鈉、脂肪醇硫酸鈉、脂肪醇聚氧乙烯醚、環氧乙烷、環氧丙烷的共聚物等。潤濕、滲透、分散、乳化和增溶2、無機助劑三聚磷酸鈉、水玻璃（硅酸鈉）、純堿（碳酸鈉）、硫酸鈉和過硼酸鈉三聚磷酸鈉的主要作用：