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表面活性剂及其应用. 赵嘉明 马瑞雪 胡直峰 谢楠. 概述. · 物质有固、液、气三相， 相与相之间的交界面 称为界面。 · 能形成固 - 液、固 - 气、液 - 液、液 - 气等界面。 · 有气相参与的界面如 气－固 、 气－液 等界面称为表面。 · 界面或表面现象是指在物质界面或表面上产生的所有物理化学现象。.
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表面活性剂及其应用 • 赵嘉明 • 马瑞雪 • 胡直峰 • 谢楠
概述 ·物质有固、液、气三相，相与相之间的交界面称为界面。 ·能形成固-液、固-气、液-液、液-气等界面。 ·有气相参与的界面如气－固、气－液等界面称为表面。 ·界面或表面现象是指在物质界面或表面上产生的所有物理化学现象。
玻璃杯灌满水后，将硬币顺着杯子的边缘放入杯中，你会发现杯中已装入数数枚硬币后，尽管水面高出杯口，堆起来很高，呈现向上凸起的形状，但仍不溢出来 。这是因为液体表面层存在表面张力，好像在水的表面上覆盖了一层弹性膜。当把小物体放入水中后，虽然水已超出杯口，“堆”的很高，但仍没有破坏“弹性膜”，因此水也不会溢出来。 水珠不能在荷叶上伸展，这是由于表面张力的作用。
表面张力 一种使表面分子内向运动的趋势，并使表面自动收缩至最小面积的力。 • 在一定条件下，任何纯液体都具有一定的表面张力。有时加入某些物质可以升高或降低液体的表面张力。如肥皂和洗衣粉可显著降低水的表面张力。
表面活性剂的概念 • 使液体表面张力下降的性质称表面活性。 • 能使液体表面张力下降的物质称表面活性物质。 • 表面活性剂(surfactant)具有很强的表面活性、能够显著降低液体表面张力的物质。
注意： 表面活性物质和表面活性剂的关系 表面活性剂一定是表面活性物质，而表面活性物质不一定是表面活性剂。
结构特征 • 表面活性剂分子=非极性烃链 • + • 极性基团 • 非极性烃链： 8个碳原子以上烃链 • 极性基团：羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其盐，也可是羟基、酰胺基、醚键等。 亲水 亲油
表面活性剂 为了吹出这样大的泡泡，需要加入 表面活性剂使表面张力显著下降 许多洗衣粉中都含有表面活性剂 表面活性剂在洗衣粉中的作用是使洗衣 粉有可溶、乳化、浸透、洁净、杀菌、 柔化、起泡、防止衣物静电等功能。 合成的表面活性剂很早就被人们发现 有使手变粗等副作用，现在已被视为 污染环境的一大公害。
表面活性剂的结构 传统观念上认为，表面活性剂是一类即使在很低浓度时也能显著降低表 （界）面张力的物质。随着对表面活性剂研究的深入，目前一般认为只要在 较低浓度下能显著改变表（界）面性质或与此相关、由此派生的性质的物质， 都可以划归表面活性剂范畴。 无论何种表面活性剂，其分子结构均由两部分构成。分子的一端为非极 亲油的疏水基，有时也称为亲油基；分子的另一端为极性亲水的亲水基，有 时也称为疏油基或形象地称为亲水头。
两类结构与性能截然相反的分子碎片或基团分处于同一分子的两端并以化学 键相连接，形成了一种不对称的、极性的结构，因而赋予了该类特殊分子既亲水、 又亲油，便又不是整体亲水或亲油的特性。表面活性剂的这种特有结构通常称之 为“双亲结构”（Amphiphilic Structure），表面活性剂分子因而也常被称作“ 双亲分子”。 和高级脂肪酸盐在结构上相似的物质我们长常叫做表面活性剂，水溶性的表面 活性剂的分子结构都具有不对称的、极性的特点，分子有亲水性差异很大的两端， 一端由长烃链组成，它与油具有亲和性，称为亲油基或疏水基；另一端则是由易 溶于水或易被水润湿的原子团组成，与水亲和性好，称为亲水基。正是由于这种 特点，使得表面活性剂有一些特殊的性质。如图9-12所示。
表面活性剂的分类 1、阴离子型表面活性剂 ①定义：这类表面活性剂溶于水后，亲水基团为带有负电的原子团 ②e.g.：作为肥皂的主要洗涤成分的硬脂酸钠 洗衣粉的主要洗涤成分十二烷基苯磺酸钠 脂肪醇硫酸钠在水分子的包围下，即解离为ROSO2-O-和Na+两部 分，带负电荷的ROSO2-O-，具有表面活性。
表面活性剂的分类 ③分类：阴离子表面活性剂分为羧酸盐、硫酸酯盐、磺酸盐和磷酸酯盐四大类 ④特性：具有较好的去污、发泡、分散、乳化、润湿等特性 ⑤应用及其他:广泛用作洗涤剂、起泡剂、润湿剂、乳化剂和分散剂。产量占表 面活性剂的首位。不可与阳离子表面活性剂一同使用，在水溶液 中生成沉淀而失去效力。 实践证明，在织物的水洗中只有阴离 子表面活性剂和非离子型表面活性剂， 对织物去污能够起到正面有效的作用。 因此这两种表面活性剂就成了衣物洗 涤剂的主要材料。
表面活性剂的分类 2、阳离子型表面活性剂 ①定义：溶于水后，亲水基团为带有正电的离子团。 ②e.g.：一些植物柔软整理剂中常有的索罗明A（C17H35COOCH2CH2N CH2CH2OH · CH2CH2OH HCOOH），常用作餐具洗涤剂及洗发香波的胺氧化剂，在酸性介质中也为 阳离表面活性剂
表面活性剂的分类 ③分类：阳离子表面活性剂的亲水基离子中含有氮原子，根据氮原子在分子 中的位置不同分为胺盐、季铵盐和杂环型三类。 ④用途：用作织物柔软剂、油漆油墨印刷助剂、抗静电剂、杀菌剂、沥青乳化剂。 ⑤生产原料：生产阳离子表面活性剂所用的原料: 硫酸二甲酯。（由于阳离子表 活性剂的生产方式太复杂此处不涉及，有兴趣的同学可自行查阅资料）
表面活性剂的分类 3、非离子型表面活性剂 ①定义：在水中不会接力成离子自然也不会带电荷的一类表面活性剂。 ②e.g.：多元醇——多元醇是常用的属于非离子型表面活性剂中的一种，它除具有 一般非离子表面活性剂的优良表面活性外，还有无毒性的特点，可用于 食品、医药和化妆品工业的乳化剂。 ③分类：非离子表面活性剂按亲水基团分类，有聚氧乙烯型和多元醇型两类。 乳化剂S-60
表面活性剂的分类 ④用途：由于非离子表面活性剂具有在水中不电离的特点，决定了它在某些方 面较离子型表面活性剂优越，如在水中和有机溶剂中都有较好的溶解 性，在溶液中稳定性高，不易受强电解质无机盐和酸、碱的影响。曲 于它与其他类型表面活性剂相容性好，所以常可以很好地混合复配使 用。非离子表面活性剂有良好的耐硬水能力，有低起泡性的特点，因 此适合作特殊叭洗涤剂。由于它具有分散、乳化、泡沫、润湿、增溶 多种性能，因此在很多领域中都有重要用途。
表面活性剂的分类 4、两性类表面活性剂 ①定义：由阴阳两种离子组成，在酸性溶液中呈阳离子表面活性，在碱性溶液中 呈阴离子表面活性，在中性溶液中呈非离子表面活性的一类表面活性剂。 ②e.g.：产量最大的两性表面活性剂是咪唑啉系的两性表面活性剂。 ③分类：若正电荷为N，可分为两大类： ·含弱碱性N原子的SAa ·含强碱性N原子的Saa （咪唑啉系的两性表面活性剂）
表面活性剂的分类 ④特性&用途：两性表面活性剂通常具有良好的洗涤、分散、乳化、杀菌、柔 软纤维和抗静电等性能，可用作织物整理助剂、染色助剂、钙 皂分散剂、干洗表面活性剂和金属缓蚀剂等。但是，这类表面 活性剂的价格较贵，实际应用范围较其他类型的表面活性剂小。
表面活性剂的应用 当表面活性剂溶于水时，能明显降低水同其他界面或表面的张力。
润湿和渗透作用 在气、液、固三相交界点，气-液与液-固界面张力之间的夹 角称为接触角，通常用q表示。 可以减少润湿角，促进润湿；增加渗透作用，广泛应用纺织印染工业， 使纺织物易染色；也可用于农药上，增加农药渗透到虫体内部的能力， 提高杀虫能力。
乳化作用 降低油水界面张力，防止分散的液滴凝聚，保护乳液稳定性 用于制造霜膏类化妆品、农业以及食品添加剂等。
分散作用 • 分散剂的存在使固体外面包了一层亲水性的分散剂分子膜，使分散后固体颗粒不再凝聚。 • 颜料分散在涂料中，油墨及印染工业中也常用到分散剂。
起泡作用 可以在泡沫灭火剂中应用
洗涤作用 表面活性剂在纤维和 污垢上的吸附降低了 污垢的附着力，使污 垢易离开织物表面进 入洗液。
其他作用 • 其他派生功能：抗静电剂、纤维的匀染、柔软调理剂、抗菌剂等。
表面活性剂具有润湿或抗粘、乳化或破乳、起泡或消泡以及增溶、分散、洗涤、防腐、抗静电等一系列物理化学作用及相应的实际应用，成为一类灵活多样、用途广泛的精细化工产品。表面活性剂除了在日常生活中作为洗涤剂，其他应用几乎可以覆盖所有的精细化工领域。
1.润湿作用 要求：HLB：7-9。 使用表面活性剂可以控制液、固之间的润湿程度。 农药行业中在粒剂及供喷粉用的粉剂中，有的也含有一定量的表面活性剂，其目的是为了提高药剂在受药表面的附着性和沉积量，提高有效成分在有水分条件下的释放速度和扩展面积，提高防病、治病效果。 在化妆品行业中，做为乳化剂是乳霜、乳液、洁面、卸妆等护肤产品中不可或缺的成分。
2.助悬作用 农药行业中，可湿性粉剂、乳油及浓乳剂都需要有一定量的表面活性剂，如可湿性粉剂中原药多为有机化合物，具有憎水性，只有在表面活性剂存在的条件下，降低水的表面张力，药粒才有可能被水所润湿，形成水悬液； 3.起泡和消泡作用 在药剂中，一些挥发油脂溶性纤维素、甾体激素等许多难溶性药物利用表面活性剂的增溶作用可形成透明溶液及增加浓度； 药剂制备过程中，它是不可缺少的乳化剂、润湿剂、助悬剂、起泡剂和消泡剂等。
4.消毒、杀菌 在医药行业中可作为杀菌剂和消毒剂使用，其杀菌和消毒作用归结于它们与细菌生物膜蛋白质的强烈相互作用使之变性或失去功能，这些消毒剂在水中都有比较大的溶解度，根据使用浓度，可用于手术前皮肤消毒、伤口或粘膜消毒、器械消毒和环境消毒；
5.抗硬水性 甜菜碱表面活性剂对钙、镁离子均表现出非常好的稳定性，即自身对钙、镁硬离子的耐受能力以及对钙皂的分散力。在使用过程中防止钙皂的沉淀，提高使用效果。 6.增粘性及增泡性 表面活性剂改变溶液体系的作用，增大粘度变稠或增大体系的泡沫，在一些特除的清洗、开采行业有广泛的应用。
6.去垢、洗涤作用 去除油脂污垢是一个比较复杂的过程，它与上面提到的润湿、起泡等作用均有关。 最后要说明的是，表面活性剂起作用，并不单单是因为某一方面的作用，很多情况下是多种因素共同作用。如在造纸工业中可以用作蒸煮剂、废纸脱墨剂、施胶剂、树脂障碍控制剂、消泡剂、柔软剂、抗静电剂、阻垢剂、软化剂、除油剂、杀菌灭藻剂、缓蚀剂等。
思考题： 1.什么是表面活性剂？ 2.试列举表面活性剂在生活中的3种应用
