第二章 表面活性剂化学 下载本文

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离子型:加入无机盐会使聚集数增大;因为双电层被压缩,表面活性剂分子之间的斥力减少,可以有更多的分子进入胶束。

在CMC之上时,加入极性或非极性有机物会使聚集数增大;因为胶束被胀大。 非离子:温度升高,聚集数增大,因为溶解度减小。 三、胶束的作用 增溶:下节详说。

催化作用:反应物浓集于胶束,增加反应物之间的碰撞频率,从而加速反应;如用阳离子表面活性剂可催化酯在碱性溶液中的水解反应; 反胶束作用:亲水基向内,而疏水基指向非水溶剂,可以固定酶 相转移催化:

模板法制备纳米材料: 2.2.3 SAA在固/液界面的吸附 一、影响SAA在固/液界面吸附的因素 1、固体表面性质

有强的带电吸附位:离子交换,离子对,氢键;例如硅酸盐,氧化铝,硅胶;棉纤维;

无带电吸附位,但表面有极性:色散力,分子间氢键;例如聚酰胺纤维,聚酯; 无电性,无极性:分子间的色散力;例如石墨,碳黑,木炭; 2、SAA化学结构的影响 疏水链越长,越有利于吸附; 溶液浓度较稀,也有较高的吸附量;

负电荷固体物质较易吸附阳离子表面活性剂;

若以亲油基和固体表面有强烈作用,具有两个亲水基团的SAA的饱和吸附量小于单离子基团的SAA。 3、温度

离子型随温度升高而下降; 非离子型随温度升高而升高。 4、pH

因为pH会引起固体表面吸附位电性的变化。 二、SAA在固体表面的吸附及其利用 1分散作用 2润湿作用 3洗涤作用

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4匀染作用:织物印染过程中加入表面活性剂作为匀染剂,因为SAA有类似的电荷时,织物欲吸附有相反电荷的染料时,表面活性剂就会与之竞争,从而降低染料的有效吸附速度而达到匀染目的。

2.2.4 SAA的溶解性

一、在温度一定时,溶解性变化规律 溶解度随亲油基的增大而减小; 非离子型的溶解度较大,离子型的较小; 相同疏水基时,季铵盐类阳离子>两性>阴离子

温度变化时,不同的表面活性剂其溶解性变化趋势不同。 二、克拉夫特点(Krafft point,Kp):离子型

1.定义:离子型表面活性剂的溶解度随温度升高而增大,达到一定温度,溶解度会增加很快,这一温度称为克拉夫特点。 2、影响因素

随疏水基加大和支化而升高;

对于阴离子SAA,与金属离子类型有关,Kp钙盐> Kp钠盐 添加电介质,会使Kp升高; 引入-CH2CH2O-后,Kp降低

加入破坏水结构的物质,如N-甲基乙酰胺,Kp降低 SAA和醇形成混合胶束后,Kp降低 3、注意

离子型SAA一般在高于克拉夫特点的温度下使用,所以克拉夫特点较低的SAA利于实用。

三、浊点(cloud point,Cp)

1、定义:含聚氧乙烯链的非离子型表面活性剂在温度低时易与水混容,当温度升至一定高度后,表面活性剂析出、分层,我们称此析出、分层并发生浑浊的温度为浊点。

2.浊点产生的原因:非离子表面活性剂分子内的聚氧乙烯链中的醚键氧原子易于水分子缔合而形成氢键,但温度升高时易破坏,因此发生分层、析出的现象。 3、影响因素

浊点随乙撑氧基的数目增加而升高; 随疏水基、支化度增加而升高; 加入尿素,N-甲基乙酰胺,浊点会升高; 4注意

一般非离子表面活性剂应在其浊点以下使用,所以浊点较高有利于实用。

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四、亲水亲油平衡值 1定义

? 亲水亲油平衡值(hydrophile-lipophile balance,HLB)系表面活性剂分子中亲水和亲油基团对油或水的综合亲合力。是用来表示表面活性剂的亲水亲油性强弱的数值。

? 数值范围:HLB值范围为0~40,其中非离子表面活性剂HLB值范围为0~20。即石蜡为0,聚氧乙烯为20。

? HLB 值愈大,亲水性愈强; HLB 值愈小,亲油性愈强。

2 HLB值的确定 .实验 HLB值范围 1-4 5-6 6-8 8-10 10-13 13以上 计算

(1)多元醇型和聚乙二醇型非离子表面活性剂:

HLB=

表面活性剂在水中的性状 不分散 分散得不好 剧烈振荡后成乳色分散体 稳定乳色分散体 半透明至透明的分散体 透明溶液(完全溶解) 亲水基质量?20(疏水基质量?亲水基质量)(2)大多数多元醇脂肪酸酯: HLB=20(1-S/A)

S为酯的皂化价,A为脂肪酸的酸价。 (3)混合的非离子表面活性剂:

HLBab=(HLBa×Wa+HLBb×Wb)/(Wa+Wb) (4)官能团HLB计算法:

Davies 将表面活性剂分子分解为不同的基 ++

团,每个基团对分子的HLB值都有一定的贡献。其计算公式如下:HLB值具有加和性,加和时可用官能团法来测定。

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HLB=7+∑(亲水基团HLB)-∑(亲油基团HLB)

并不是所有表面活性剂HLB值能用算式计算,须用实验方法加以验证。 3用途

HLB=0~3 可作为消泡剂 HLB=3~8 可作为W/O型乳化剂 HLB=7~9 可作为润湿剂 HLB=8~18 可作为O/W型乳化剂 HLB=15以上 可作为增溶剂

2.2.5 SAA在溶液中的协同效应

复合表面活性剂常表现出单一表面活性剂难以达到的表面特性,比如其CMC时的表面张力明显低于单一表面活性剂溶液,这种复合体系能使表面活性增加的现象称为“增效作用”或协同作用。 一、阴、阳离子SAA协同作用

正负电荷相互吸引,导致两者在表面上的吸附相互促进,亲油基的排列更加紧密,从而使降低表面张力的能力和效率都有极大提高。 二、同系物SAA的协同作用

同系物混合,其表面张力,CMC一般会随配比发生变化,但始终介于两者之间; 不同阴离子混合,混合物界面张力会出现最小值。 三、离子型、非离子型SAA的协同作用

非离子SAA插入离子型SAA的极性基之间,减弱了离子头之间的电性斥力,更易形成胶束。所以CMC下降,表面张力更低,洗涤、润湿、乳化效果均可以提高。 2.2.6 其它性质

稳定性(耐酸碱:阴离子酸不稳定,阳离子碱不稳定,两性pH变化;磺酸盐,季铵盐耐酸又耐键;热,氧化无机盐),生物降解性(两性SAA较易;直链更易;含芳香基的较难;非离子SAA,聚氧乙烯链越多越不易降解) 2.3表面活性剂的作用 2.3.1乳化作用 一、乳状液概述

1.定义:一种液体分散在另一种不相容的液体中所形成的多相分散体系。 分散相又称内相,连续相又称外相。 特点:热力学不稳定体系,易于聚集。

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