第3章表面活性剂功能与应用
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第三章 表面活性剂的功能与应用分解
第三章 表面活性剂的功能与应用
Chapter Three
1
基本内容
3.1 增溶作用 3.2 乳化与破乳作用 3.3 润湿功能 3.4 起泡和消泡作用 3.5 洗涤和去污作用 3.6 分散和絮凝作用 3.7 其他功能
Chapter Three
2
表面活性剂的基本功能
表面活性剂在表（界）面上吸附，
由于表面活性剂的用量很少，没有改变溶剂 的性质，因此增溶作用与使用混合溶剂提高 溶解度不同。
Chapter Three
5
与普通的溶解过程不同，增溶后溶液的沸 点、凝固点、渗透压等没有明显变化，说 明溶质并非以分子或离子形式存在，而是 以团簇分散在表面活性剂的溶液中。
经X射线衍射证实，增溶后各种胶束都有不 同程度的增大，而整个溶液的的依数性变化 不大。说明增溶不同于真正的溶解。
表 形成吸附膜（一般是单分子膜）
面 Adsorption of Surface-Active 活 Agents at Interfaces 性
剂
的
特
性
表面活性剂在溶液内部自聚形成
多种类型的分子有序组合体
Self-assembly
降低表（界）面张力，改变体 系表（界）面的物理化学性质
起泡、消泡、乳化、破乳、 分散、絮凝、润湿、铺展、 渗透、润滑、抗静电、杀 菌等
Chapter Three
15
增溶作用的本质：
由于胶团的特殊结构，从它的内核到水 相提供了从非极性到极性环境的全过渡。 因此，各类极性或非极性的难溶有机物 都可以找到适合的溶解环境，而存在于 胶团中。由于胶团粒子一般小于0.1um， 加溶后的胶团溶液仍是透明液体。
Chapter Three
16
Chapter Three
1
基本内容
3.1 增溶作用 3.2 乳化与破乳作用 3.3 润湿功能 3.4 起泡和消泡作用 3.5 洗涤和去污作用 3.6 分散和絮凝作用 3.7 其他功能
Chapter Three
2
表面活性剂的基本功能
表面活性剂在表（界）面上吸附，
由于表面活性剂的用量很少，没有改变溶剂 的性质，因此增溶作用与使用混合溶剂提高 溶解度不同。
Chapter Three
5
与普通的溶解过程不同，增溶后溶液的沸 点、凝固点、渗透压等没有明显变化，说 明溶质并非以分子或离子形式存在，而是 以团簇分散在表面活性剂的溶液中。
经X射线衍射证实，增溶后各种胶束都有不 同程度的增大，而整个溶液的的依数性变化 不大。说明增溶不同于真正的溶解。
表 形成吸附膜（一般是单分子膜）
面 Adsorption of Surface-Active 活 Agents at Interfaces 性
剂
的
特
性
表面活性剂在溶液内部自聚形成
多种类型的分子有序组合体
Self-assembly
降低表（界）面张力，改变体 系表（界）面的物理化学性质
起泡、消泡、乳化、破乳、 分散、絮凝、润湿、铺展、 渗透、润滑、抗静电、杀 菌等
Chapter Three
15
增溶作用的本质：
由于胶团的特殊结构，从它的内核到水 相提供了从非极性到极性环境的全过渡。 因此，各类极性或非极性的难溶有机物 都可以找到适合的溶解环境，而存在于 胶团中。由于胶团粒子一般小于0.1um， 加溶后的胶团溶液仍是透明液体。
Chapter Three
16
第3章_表面活性剂的功能与应用
第一节 增溶作用
一、增溶作用的定义和特点
二、增溶作用方式
1.增溶方式：
通过x射线衍射、紫外光谱及核磁共振等 分析方法，研究发现增溶作用主要有 四种方式： 1）非极性分子在胶束内核的增溶 增溶后胶束的体积增大，烃类有机物， 饱和脂肪烃、环烷烃等不易极化的非 极性有机化合物。
第一节 增溶作用
二、增溶作用方式
第一节 增溶作用
三、增溶作用的主要影响因素
4.添加无机物电解质的影响
5.有机物添加剂的影响 向表面活性剂溶液中添加烃类等非极性化 合物，会使其增溶于表面活性剂胶束内部， 使胶束胀大，有利于极性有机物插入胶束 “栅栏”中，即提高了极性有机物的增溶 程度，反之添加了极性有机物后，增溶于 胶束的“栅栏”中，使非极性碳氢化合物 增溶的空间变大，增溶量增加。
第一节 增溶作用
三、增溶作用的主要影响因素
1.表面活性剂的化学结构
2.被增溶物的化学结构 1)脂肪烃与烷基芳烃被增溶的程度随其链长 的增加而减小，随不饱和度及环化程度的 增加而增大，带支链的饱和化合物与相应 的直链异构体增溶量大致相同。烃类分子 越大，增溶程度越小。 2）烷烃的氢原子被羟基、氨基等极性基团取 代后，其被表面活性剂增溶的程度增加。
三、增溶作用的主要影响因素
1.表面活性剂的化学结构
（4）带有不饱和结构的表面活性剂，
或在活性剂分子上引入第二极性基团 时，对烃类的增溶作用减小，而对长 链极性物增溶作用加强。
第一节 增溶作用
三、增溶作用的主要影响因素
1.表面活性剂的化学结构
原因：由于该类表面活性剂的亲水性
增加，cmc变大，胶束不易形成且聚集 数下降，因此对增溶于胶束内部的烃 类增溶能力下降，但由于极性基团之 间的电斥力作用，使胶束“栅栏”的 表面活性剂分子排斥力增加，分子间 距增大，有更大的空间使极性物分子 插入，因此对其增溶量增加。
一、增溶作用的定义和特点
二、增溶作用方式
1.增溶方式：
通过x射线衍射、紫外光谱及核磁共振等 分析方法，研究发现增溶作用主要有 四种方式： 1）非极性分子在胶束内核的增溶 增溶后胶束的体积增大，烃类有机物， 饱和脂肪烃、环烷烃等不易极化的非 极性有机化合物。
第一节 增溶作用
二、增溶作用方式
第一节 增溶作用
三、增溶作用的主要影响因素
4.添加无机物电解质的影响
5.有机物添加剂的影响 向表面活性剂溶液中添加烃类等非极性化 合物，会使其增溶于表面活性剂胶束内部， 使胶束胀大，有利于极性有机物插入胶束 “栅栏”中，即提高了极性有机物的增溶 程度，反之添加了极性有机物后，增溶于 胶束的“栅栏”中，使非极性碳氢化合物 增溶的空间变大，增溶量增加。
第一节 增溶作用
三、增溶作用的主要影响因素
1.表面活性剂的化学结构
2.被增溶物的化学结构 1)脂肪烃与烷基芳烃被增溶的程度随其链长 的增加而减小，随不饱和度及环化程度的 增加而增大，带支链的饱和化合物与相应 的直链异构体增溶量大致相同。烃类分子 越大，增溶程度越小。 2）烷烃的氢原子被羟基、氨基等极性基团取 代后，其被表面活性剂增溶的程度增加。
三、增溶作用的主要影响因素
1.表面活性剂的化学结构
（4）带有不饱和结构的表面活性剂，
或在活性剂分子上引入第二极性基团 时，对烃类的增溶作用减小，而对长 链极性物增溶作用加强。
第一节 增溶作用
三、增溶作用的主要影响因素
1.表面活性剂的化学结构
原因：由于该类表面活性剂的亲水性
增加，cmc变大，胶束不易形成且聚集 数下降，因此对增溶于胶束内部的烃 类增溶能力下降，但由于极性基团之 间的电斥力作用，使胶束“栅栏”的 表面活性剂分子排斥力增加，分子间 距增大，有更大的空间使极性物分子 插入，因此对其增溶量增加。
表面活性剂的功能和应用
表面活性剂的功能和应用1、简述增溶作用的方式。
非极性分子在胶团内核的增溶。
饱和脂肪烃、环烷烃及苯等不易极化的非极性有机化合物，一般被加溶于胶团的内核中，就像溶于非极性碳氢化合物液体中一样，紫外光谱或核磁共振谱表明被加溶物处于非极性环境中，X射线表明在加溶后胶团变大。
2）在表面活性剂分子间的增溶：对于分子结构与表面活性剂相似的极性有机化合物，如长链的醇、氨、脂肪酸和极性染料等两性分子，则是增溶于胶束的栅栏之间，这种方式增溶后胶束并不变大。
3）在胶束表面的吸附增溶，即吸附增溶。
是既不溶于水也不溶于非极性烃的小分子极性有机化合物在胶束表面的增溶。
4）聚氧乙烯链间的增溶：以聚氧乙烯基为亲水基团的非离子表面活性剂，通常将被增溶物包藏在胶束外层的聚氧乙烯链中。
2、论述增溶作用的影响因素。
表面活性剂的化学结构：具有同样疏水基的表面活性剂，其增溶量有如下次序：非离子型＞阳离子型＞阴离子型；胶束越大，对于增溶到胶束内部的物质增溶量越大；亲油基部分带有分支结构的表面活性剂增溶作用较直链的小；带有不饱和结构的表面活性剂，或在活性剂分子上引入第二极性基团时，对烃类的增溶作用减小，而对长链极性物增溶作用增加。
2）被增溶物质的化学结构：脂肪烃与烷基芳烃被增溶的程度随其链长的增加而减小，随不饱和度及环化程度的增加而增大；带支链的饱和化合物与相应的直链异构体增溶量大致相同。
3）温度的影响：多数情况下，温度越高，增溶作用越大。
4）添加无机电解质的影响：离子型表面活性剂溶液中加入无机电解质,可增加烃类化合物的增溶程度，但使极性有机物的增溶程度减少。
5）有机物添加剂的影响：向表面活性剂中加烃类等非极性化合物，会使其增溶于表面活性剂胶束内部，使胶束胀大，有利于极性有机物插入胶束的“栅栏”中，即提高了极性有机物的增溶程度。
反之，添加极性有机物后，增溶于胶束的“栅栏”中，使非极性碳氢化合物增溶的空间变大，增溶量增加。
3、乳状液的类型及鉴别方法。
表面活性剂的功能和应用
（1）增溶作用能够使被溶物旳化学势大大降低， 是自发过程，使整个系统愈加稳定。
（2）增溶作用是一种可逆旳平衡过程 （3）增溶后不存在两相，溶液是透明旳
表面活性剂旳加溶作用，只 有在临界胶团浓度以上，胶团 大量生成后才显现出来。右图 为25℃时，微溶物2-硝基二苯 胺溶解度与表面活性剂溶液浓 度曲线。
一般滤纸能被水润湿而不为油润湿，所以往上滴加 少许乳状液，若液体不久展开并留下散落细小油滴， 则此乳状液为O/W型乳状液，不然为W/O型乳状液。 3．电导法
电导法旳原理基于这么旳事实，即一般情况下水 比油旳电导值高得多。
4．染色法 染料有油溶性和水溶性之分，前者能溶于油
使之染色，后者能溶于水使之染色。
1.表面活性剂旳类型对加溶能力有影响。 具有一样疏水基旳表面活性剂，其加溶量有
如下顺序：非离子型＞阳离子型＞阴离子型。
原因：非离子型表面活性剂旳cmc比离子型旳 低，而阳离子型表面活性剂形成旳胶团较疏松， 使其加溶作用比阴离子型旳强。
2、表面活性剂旳链长对加溶量有明显旳影响。
在同系物中，碳氢链越长，cmc越小，越易 形成胶团，且胶团大小随碳氢链增长而增长（聚 集数增长）。
3.1 增溶作用
§3.1.1 增溶作用旳定义和特点 §3.1.2 增溶作用旳方式 §3.1.3 增溶作用旳主要影响原因 §3.1.4 增溶作用旳应用
3.1.1增溶作用旳定义和特点
定义：因为表面活性剂胶束旳存在，使得 在溶剂中难溶乃至不溶旳物质溶解度明 显增长旳作用。
例如：常温下，乙苯基本不溶于水，但在 100mL0.3mol/L旳十六酸钾溶液中可溶解 3g。
.2 被增溶物旳化学构造
脂肪烃与烷基芳烃被增溶旳程度随其链 长旳增长而减小，随不饱和度及环化程度 旳增长而增大；
（2）增溶作用是一种可逆旳平衡过程 （3）增溶后不存在两相，溶液是透明旳
表面活性剂旳加溶作用，只 有在临界胶团浓度以上，胶团 大量生成后才显现出来。右图 为25℃时，微溶物2-硝基二苯 胺溶解度与表面活性剂溶液浓 度曲线。
一般滤纸能被水润湿而不为油润湿，所以往上滴加 少许乳状液，若液体不久展开并留下散落细小油滴， 则此乳状液为O/W型乳状液，不然为W/O型乳状液。 3．电导法
电导法旳原理基于这么旳事实，即一般情况下水 比油旳电导值高得多。
4．染色法 染料有油溶性和水溶性之分，前者能溶于油
使之染色，后者能溶于水使之染色。
1.表面活性剂旳类型对加溶能力有影响。 具有一样疏水基旳表面活性剂，其加溶量有
如下顺序：非离子型＞阳离子型＞阴离子型。
原因：非离子型表面活性剂旳cmc比离子型旳 低，而阳离子型表面活性剂形成旳胶团较疏松， 使其加溶作用比阴离子型旳强。
2、表面活性剂旳链长对加溶量有明显旳影响。
在同系物中，碳氢链越长，cmc越小，越易 形成胶团，且胶团大小随碳氢链增长而增长（聚 集数增长）。
3.1 增溶作用
§3.1.1 增溶作用旳定义和特点 §3.1.2 增溶作用旳方式 §3.1.3 增溶作用旳主要影响原因 §3.1.4 增溶作用旳应用
3.1.1增溶作用旳定义和特点
定义：因为表面活性剂胶束旳存在，使得 在溶剂中难溶乃至不溶旳物质溶解度明 显增长旳作用。
例如：常温下，乙苯基本不溶于水，但在 100mL0.3mol/L旳十六酸钾溶液中可溶解 3g。
.2 被增溶物旳化学构造
脂肪烃与烷基芳烃被增溶旳程度随其链 长旳增长而减小，随不饱和度及环化程度 旳增长而增大；
第3章表面活性剂的功能与应用乳化与破乳作用
PIT法的具体应用
取等量的油相和水相，加入3%--5%的表面活性剂制成乳状液，不断振 荡并加热体系，观测乳状液的类型变化，当乳状液由O/W型变成W/O型 的温度即为PIT。
通常，O/W型乳状液在低于PIT 20-60℃，W/O在高于PIT 10-40℃时是 稳定的。
PIT与HLB值有一定关系，一般PIT随HLB值的增加而升高。
的一相为乳状液的连续相(外相)，形成相应类型的乳状液。如 易溶于水的乳化剂形成O/W型；易溶于油的形成W/O型。 Bancroft规则可用界面张力或表面能的变化规律解释。 可以解释水溶性好的碱金属皂作为乳化剂能形成O/W型的原因， 也可解释水溶性不好的银皂作乳化剂时只能形成W/O型乳状液 的原因。
(5) 光折射法
油和水对光的折射率不同。让光从一侧射入乳状液，乳状液中的液珠起到透镜 作用，若为O/W型，显微镜仅能看到液珠的左侧轮廓；若为W/O型，则只能看到 右侧轮廓。
3.2.2 影响乳状液类型的因素
（1） 相体积 （2） 乳化剂的分子结构和性质（定向楔理论） （3） 溶解度规则 （4）聚结速度理论 （5）制备方法与乳化器材质
（4）聚结速度理论
1957年Davies提出。
内容：在乳化剂、油和水一起摇荡时，油相与水相都破裂成 液滴，最终形成的乳状液的类型取决于两种液滴的聚结速度。 液滴的聚结速度与乳化剂的亲水亲油性质关系很大。当乳化剂 的亲水性较强时，亲水部分对液滴的聚集有较大的阻碍作用， 使油滴的聚结速度减慢，而水滴的聚结速度大于油滴的聚结速 度，最终使水成为连续相，形成O/W型乳状液；反之则形成 W/O型乳状液。
HLB值
1.5~3 3~6 7~9 8~18 13~15 15~18
应用领域
消泡剂 W/O型乳化剂
第三章 表面活性剂功能与应用——润湿作用
第三章表面活性剂功能与应用——润湿作用一、润湿功能例子：水润湿玻璃，加入表面活性剂润湿容易；水滴在石蜡上，石蜡几乎不被润湿，加入少量表面活性剂石蜡就容易被润湿了；较厚的毛毡或棉絮放入水中，很难渗透，加入一些表面活性剂就容易浸透了。
表面活性剂具有渗透作用或润湿作用所谓润湿是指一种流体被另一种流体从固体表面或固液界面所取代的过程。
润湿过程往往涉及三相，其中至少两相为流体。
1.润湿过程润湿作用是一个过程。
润湿过程主要分为三类：沾湿、浸湿和铺展。
产生的条件不同。
其能否进行和进行的程度可根据此过程热力学函数变化判断。
在恒温恒压条件下可方便使用润湿过程体系自由能变化表征。
（1）沾湿主要指液-气界面和固-气界面上的气体被液体取代的过程，在此过程中消失的固-气界面的大小与其后形成的固-液界面的大小是相等的。
如喷洒农药，农药附着于植物的枝叶上。
沾湿附着发生条件：△G A=γSL-γSG-γLG＜0W A=γSG-γSL+γLG≥0 （沾湿）式中：γSG、γSL和γLG分别为气-固、液-固和气-液界面的表面张力（2）浸湿浸湿是指固体浸入液体的过程，原有的固气界面空气被固液取代。
如洗衣时衣物泡在水中；织物染色前先用水浸泡过程浸湿发生条件：△G i=γSL-γSG≤0W i=γSG-γSL≥0 （W i：浸湿功）（3）铺展液体取代固体表面上的气体，固-气界面被固-液界面取代的同时液体表面能够扩展的现象。
铺展发生条件为：△G S=γSL+γLG-γSG≤0S=γSG-γSL-γLG≥0 （S：铺展功）一般，若液体能够在固体表面铺展，则沾湿和浸湿现象必然能够发生。
从润湿方程可以看出：固体自由能γSG越大，液体表面张力γLG越低，对润湿越有利。
2.接触角和润湿方程（杨氏方程）接触角：固、液、气三相交界处自固-液界面经过液体内部到气液界面处的夹角。
接触角与固-液，固-气和液-气表面张力的关系可表示为：γSG-γSL=γLG COSθ杨氏方程COSθ=（γSG-γSL）/γLG加入表面活性剂，γLG↓γSL↓ COSθ↑θ↓θ＞90°不润湿θ＜90°润湿θ越小润湿越好θ=0°或不存在→铺展将杨氏方程代入W A W i SW A =γLG （1+ COS θ）≥0 θ≤180° W i =γLG COS θ ≥0 θ≤90° S =γLG （ COS θ-1） ≥0 θ≤0° 纤维特性=γSL +γLG COS θ θ前进接触角 由于液体表面曲率，液体在毛细管中提升力大小为2πr γLG COS θ。
第三章_表面活性剂的功能与应用01
3、亲油基部分带有分支结构的表面活性剂增溶 作用较直链的小。 原因： cmc：支链型 > 直链型，胶束不易形成， 胶束聚集数较小。
4、带有不饱和结构的表面活性剂，或在活 性剂分子上引入第二极性基团时，对非极 性烃类的增溶作用减小，而对长链极性 物增溶作用增加。
3.1.3.2 被增溶物的化学结构
非离子型＞阳离子型＞阴离子型
原因：非离子型表面活性剂的cmc比 离子型的低，而阳离子型表面活性剂 形成的胶束较疏松，使其增溶作用比 阴离子型的强。
2、表面活性剂的链长对增溶量的影响。 在同系物中，碳氢链越长，cmc越小，越易 形成胶束，且胶束大小随碳氢链增长而增加，胶 束越大，增溶量越大。 随着表面活性剂碳氢链的增长，非极性的烃 类和弱极性的苯、乙苯在胶束内核的增溶量会增 加。
1. 脂肪烃与烷基芳烃被增溶的程度随其链长的 增加而减小，随不饱和度的增加而增大； 2. 带支链的饱和化合物与相应的直链异构体增 溶量大致相同。分子团簇 3. 烷烃的氢原子被羟基、氨基取代，增溶量变 大。内核到外层
3.1.3.3 温度的影响
温度对增溶作用的影响与表面活性剂的类型有关。 一般温度升高，增溶作用加大。 对于离子型表面活性剂，升高温度使热运动加剧， 胶束中能发生增溶作用的空间变大，使极性和非极性有 机物增溶量均增大。 对于聚氧乙烯类非离子表面活性剂，温度升高， 聚氧乙烯基的水化作用减弱，cmc降低，胶束更易形成， 胶束聚集数增大。特别是温度接近表面活性剂浊点时， 胶束聚集数会剧增，胶束变大，内核也变大，使非极性 碳氢化合物和卤代烷类有机物的增溶量增加。
§3.1.2 增溶作用的方式
（1）非极性分子在胶束内核的增溶——UV，HNMR；XRD （2）极性分子增溶于表活剂分子间——可被拉入内核 （3）吸附于胶束表面——光谱表明处于极性环境中。 （4）聚氧乙烯链间的增溶——聚氧乙烯对易极化芳香物 其增量的规律：4＞2＞1＞3。
表面物理化学 第3章 表面活性剂
HLB值越大，表明表面活性剂的亲水性越强，表 面活性剂的亲水性随着HLB值增大而提高。HLB大 于10认为亲水性好；HLB小于10则认为亲油性好。 HLB可作为选择和使用表面活性剂的一个定量指标。 可根据表面活性剂的HLB值推断某种表面活性剂 可以适应何种用途，或用于设计合成新的表面活性 剂的计算指标。
3.5.2 HLB值的计算方法
（1）基数法 此法将表面活性剂分解成一些基团， HLB值的计算公式：
HLB 7 H L
式中，H为亲水基团的基数；L为亲油基团的基数
下表给出了一些基团的H值和L值。
基数法适用于计算阴离子和非离子型表面活性剂的 HLB值，但对一些聚氧乙烯醚类的表面活性剂计算结 果不精确。 例：计算十二烷基磺酸钠的HLB值。 首先分析十二烷基磺酸钠的结构，明确结构中亲 水基和亲油基团的种类和数量。 有亲水基团？个， 亲油基团？个 HLB＝
相对分子质量在1000之上的表面活性剂称为高分 子表面活性剂，其相对分子质量可高达几千万。 高分子表面活性剂有天然型、改性天然型和合成 型三种。它也有离子型与非离子型以及阴离子型、阳 离子型、两性型之分。
聚氧乙烯、聚氧丙烯二醇醚为非离子型表面活性 剂；聚4－乙烯溴代烷基吡啶是阳离子型的；聚丙烯 酸钠是阴离子型的。
非离子型表面活性剂原料来源广，性质稳定，不 受盐类pH值影响，可与离子型表面活性剂复配使用， 应用非常广泛。
• 3.1.1.5 混合型表面活性剂
这类表面活性剂分子中有两种亲水基团， 一种带电，一种不带电，主要有非离子－阴 离子型和非离子－阳离子型，例如醇醚硫酸 盐R(C2H4O)nSO4Na。
3.1.2 按表面活性剂的疏水基分类
高分子表面活性剂乳化能力好，分散力、凝聚力 优良，具有分散、稳定、絮凝、稳泡、乳化、破乳、 增溶、保湿、抗静电等作用。
表面活性剂的性能与应用
3、乳化性
表面活性剂具有乳化作用，可以将两种或多种不混溶的液体混合在一起，形 成稳定的乳状液。乳状液在化妆品、制药和工业领域中被广泛应用，例如乳化香 料、制作乳液和悬浮液等。然而，表面活性剂的选择和用量不当可能影响乳状液 的稳定性，甚至导致乳状液分层或破业领域
在工业领域，表面活性剂被广泛应用于石油、化工、制药、纺织等行业。例 如，在石油工业中，表面活性剂可以降低井壁和钻具的表面张力，提高石油的采 收率。在纺织工业中，表面活性剂可以用作织物柔软剂、抗静电剂和防水剂等， 提高织物的性能和舒适度。
2、润湿性
表面活性剂可以改变液体在固体表面上的润湿性质，使其更容易附着在固体 表面上。在涂料、化妆品和制药行业中，润湿性是评估产品质量的重要指标之一。 通过添加表面活性剂，可以改善产品的润湿性，从而提高其附着力和渗透性。然 而，过强的润湿性可能导致液体在固体表面上的过度铺展，甚至引起液体在固体 表面的聚集。
2、制药领域
在制药领域，表面活性剂是一种重要的辅料和药物载体。它们可以改善药物 在体内的吸收和分布，提高药物的生物利用度和疗效。例如，聚山梨酯类表面活 性剂可以作为药物载体，将难溶性药物包裹成胶束，增加药物在体内的溶解度和 吸收率。
3、化妆品领域
在化妆品领域，表面活性剂主要用于洗涤剂、润肤剂、化妆品和口腔卫生用 品等。它们可以改善产品的性能、提高使用效果和舒适度。例如，月桂醇硫酸酯 钠是一种常用的洗涤剂表面活性剂，具有优良的洗涤和润湿性能，被广泛应用于 洗发水、沐浴露和洗涤剂等产品中。
三、未来发展方向
随着科技的不断进步和创新，表面活性剂的发展趋势和应用前景日益广阔。 未来，表面活性剂将更多地朝着环保、高效、多功能方向发展。新型的表面活性 剂如阳离子型、两性离子型和生物降解型等将逐渐取代传统非离子型和阴离子型 表面活性剂，以满足日益严格的环保和安全要求。
第三章_表面活性剂的功能与应用03
第三章
表面活性剂的功能与应用
content
§3.1增溶作用 §3.2乳化与破乳作用 §3.3润湿功能 §3.4起泡和消泡作用 §3.5洗涤和去污作用 §3.6分散和絮凝作用 §3.7其他功能
§3.3 润湿功能
润湿的定义
滴在固体表面上的液体，取代了原有气—
—固界面，产生了新的液——固界面的过程。 例如：用含有表面活性剂的水溶液润湿玻璃， 玻璃界面上的空气就被水取代了。
表面活性剂的泡沫性能包括起泡性能 和稳泡性能两个方面。 起泡性能用“起泡力”来表示，即泡 沫形成的难易程度和生成泡沫量的多少； “泡沫稳定性”指生成泡沫的持久性或 泡沫寿命的长短。
稳泡剂加入，提高液膜的强度和弹性，增加泡 沫的稳定性，延长寿命。 常用稳泡剂 1、天然化合物：明胶和皂素 2、高分子化合物 3、合成表面活性剂
气-液分散体系，密度小，质量轻，有粘滞性广泛用于石 油开采。
发酵工业 轻工业
思考题
1.简述增溶作用的方式
2.论述增溶作用的影响因素 3.乳状液的类型及鉴别方法 4.乳状液稳定性的因素 5.润湿过程分为哪三类
6.影响泡沫稳定性的因素
7.简述泡沫的消除机理
矿物的泡沫浮选
§ 3.4 起泡和消泡作用
§3.4.1 §3.4.2 作用 表面活性剂的消泡作用 起泡与消泡的应用
§3.4.1 泡沫的形成及其稳定性
一、泡沫的形成 泡沫是气体分散在液体中的分散体系 。气体 是分散相，液体是分散介质。 气体与液体的密度相差很大，故液体中的气 泡总是升至液面，形成以少量液体构成的液膜隔 开的气泡聚集物。
表面粘度
3.表面电荷
若泡沫液膜的表面带有同种电荷，当液膜受 到挤压、气流冲击时，液膜的两个表面就会产生 静电斥力作用，阻止液膜变薄破裂，提高泡沫稳 定性。
表面活性剂的功能与应用
content
§3.1增溶作用 §3.2乳化与破乳作用 §3.3润湿功能 §3.4起泡和消泡作用 §3.5洗涤和去污作用 §3.6分散和絮凝作用 §3.7其他功能
§3.3 润湿功能
润湿的定义
滴在固体表面上的液体，取代了原有气—
—固界面，产生了新的液——固界面的过程。 例如：用含有表面活性剂的水溶液润湿玻璃， 玻璃界面上的空气就被水取代了。
表面活性剂的泡沫性能包括起泡性能 和稳泡性能两个方面。 起泡性能用“起泡力”来表示，即泡 沫形成的难易程度和生成泡沫量的多少； “泡沫稳定性”指生成泡沫的持久性或 泡沫寿命的长短。
稳泡剂加入，提高液膜的强度和弹性，增加泡 沫的稳定性，延长寿命。 常用稳泡剂 1、天然化合物：明胶和皂素 2、高分子化合物 3、合成表面活性剂
气-液分散体系，密度小，质量轻，有粘滞性广泛用于石 油开采。
发酵工业 轻工业
思考题
1.简述增溶作用的方式
2.论述增溶作用的影响因素 3.乳状液的类型及鉴别方法 4.乳状液稳定性的因素 5.润湿过程分为哪三类
6.影响泡沫稳定性的因素
7.简述泡沫的消除机理
矿物的泡沫浮选
§ 3.4 起泡和消泡作用
§3.4.1 §3.4.2 作用 表面活性剂的消泡作用 起泡与消泡的应用
§3.4.1 泡沫的形成及其稳定性
一、泡沫的形成 泡沫是气体分散在液体中的分散体系 。气体 是分散相，液体是分散介质。 气体与液体的密度相差很大，故液体中的气 泡总是升至液面，形成以少量液体构成的液膜隔 开的气泡聚集物。
表面粘度
3.表面电荷
若泡沫液膜的表面带有同种电荷，当液膜受 到挤压、气流冲击时，液膜的两个表面就会产生 静电斥力作用，阻止液膜变薄破裂，提高泡沫稳 定性。
第三章表面活性剂知识介绍详解演示文稿
第6页，共92页。
SUN YAT-SEN UNIVERSITY-Zhao Chunshun 第7页，共92页。
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第8页，共92页。
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➢ 表面活性剂的概念、结构特征和种类
第三章表面活性剂知识介绍详解 演示文稿
第1页，共92页。
优选第三章表面活性剂知识介绍
第2页，共92页。
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➢ 表面活性剂的概念、结构特征和种类
✓ 概念
✓ 结构特征
✓ 吸附性
第3页，共92页。
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脂肪酸链 C11~C17
碱金属皂：硬脂酸钠，硬脂酸钾 碱土金属皂：Ca2＋， Mg2＋， Al3＋，
有机胺皂：脂肪酸＋三乙醇胺
第13页，共92页。
（1）阴离子表面活性剂
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②硫酸化物 主要是硫酸化油和高级脂肪醇硫酸酯类
通式：ROSO3－M＋， 脂肪烃链 C12~C18 十二烷基硫酸钠(SDS，月桂醇硫酸钠 ) 十六烷基硫酸钠（鲸蜡醇硫酸钠） 十八烷基硫酸钠（硬脂醇硫酸钠）
✓ 吸附性
表面活性剂在溶液中的正吸附
表面活性剂在固体表面的吸附
正吸附－表面活性剂在溶液表面层聚集的现象称为正吸附。 表面活性剂浓度越低，而降低表面张力越显著，则 表面活性越强，越容易形成正吸附。
第9页，共92页。
➢ 表面活性剂的种类
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➢ 表面活性剂的概念、结构特征和种类
第三章表面活性剂知识介绍详解 演示文稿
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优选第三章表面活性剂知识介绍
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➢ 表面活性剂的概念、结构特征和种类
✓ 概念
✓ 结构特征
✓ 吸附性
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脂肪酸链 C11~C17
碱金属皂：硬脂酸钠，硬脂酸钾 碱土金属皂：Ca2＋， Mg2＋， Al3＋，
有机胺皂：脂肪酸＋三乙醇胺
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（1）阴离子表面活性剂
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②硫酸化物 主要是硫酸化油和高级脂肪醇硫酸酯类
通式：ROSO3－M＋， 脂肪烃链 C12~C18 十二烷基硫酸钠(SDS，月桂醇硫酸钠 ) 十六烷基硫酸钠（鲸蜡醇硫酸钠） 十八烷基硫酸钠（硬脂醇硫酸钠）
✓ 吸附性
表面活性剂在溶液中的正吸附
表面活性剂在固体表面的吸附
正吸附－表面活性剂在溶液表面层聚集的现象称为正吸附。 表面活性剂浓度越低，而降低表面张力越显著，则 表面活性越强，越容易形成正吸附。
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➢ 表面活性剂的种类
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图 3-4 正庚烷和正庚醇在十四酸钾溶液中的增溶作用
3.1.3.3 温度的影响
温度对增溶作用的影响，随表面活性剂类型和被增溶 物结构的不同而不同。多数情况下，温度升高，增溶作 用加大。 3.1.3.4 添加无机电解质的影响
3.1.3.4 添加无机电解质的影响
在离子型表面活性剂溶液 中添加少量无机电解质，可增 加烃类化合物的增溶程度，但 却使极性有机物的增溶程度减 少。
第 3 章 表面活性剂的功能与应用
3.1 增溶作用 3.2 乳化与破乳作用 3.3 润湿功能 3.4 起泡和消泡作用 3.5 洗涤和去污作用 3.6 分散和絮凝作用 3.7 表面活性剂的其它功能
3.1 增溶作用
3.1.1 增溶作用的定义和特点 3.1.2 增溶作用的方式 3.1.3 增溶作用的主要影响因素 3.1.4 增溶作用的应用
一相是与水不互溶的有机相，故乳液的两相也分别被称为 水相和油相。
表 3-1 液滴大小对分散体系外观的影响
液滴 大小
大滴
＞1μm
0.1～1μm 0.05～0.1μm ＜0.05μm
外观 可分辩的两相 白色乳状液 蓝白色乳状液 灰色半透明液 透明液
3.2.1 乳状液的类型及形成
3.2.1.1 乳状液的类型和鉴别
- 以聚氧乙烯基为亲水基团的非离子表 面活性剂，通常将被增溶物包藏在胶 束外层的聚氧乙烯链中
- 被增溶的物质主要是较易极化的碳氢 化合物，如苯、乙苯、苯酚等短链芳 香烃类化合物。
图 3-2(d) 聚氧乙烯链间的增溶
在表面活性剂溶液中四种形式的胶束增溶作用对被 增溶物的增溶量大小顺序如下：
（4）＞（2）＞（1）＞（3）
3.1.1 增溶作用的定义和特点
1. 定义：由于表面活性剂胶 束的存在，使得在溶剂中 难溶乃至不溶的物质溶解 度显著增加的现象
2. 基础:胶束的形成，表面活 性剂浓度越大，形成的胶 束越多，难溶物或不溶物 溶解得越多，增溶量越大
图 3-1 2-硝基二苯胺在月桂酸钾水 溶液中的溶解度
3. 特点 –自发进行的过程：使被增溶物的化学势降低，体系 更加稳定 –以分子团簇分散在表面活性剂的溶液中：增溶后溶 液的沸点、凝固点和渗透压等没有明显改变，说明 溶质并非以分子或离子形式存在 –与使用混合溶剂提高溶解度不同：表面活性剂的用 量很少，没有改变溶剂的性质 –与乳化作用不同：增溶后没有两相界面存在，属热 力学稳定体系
• 增溶了一种极性有机物后，会使表面活性剂对另一种极性有 机物的增溶程度降低
3.1.4 增溶作用的应用
• 乳液聚合：聚合反应在胶束中进行 • 石油开采：“驱油”以提高开采率（二次采油和三次
采油） • 胶片生产：去除斑点 • 洗涤
3.2 乳化与破乳作用
• 乳状液：指一种或多种液体以液珠形式分散在与它不相混 溶的液体中构成的分散体系，由于体系呈现乳白色而被称 为乳状液
• 乳化：形成乳状液的过程 • 内相和外相：在乳状液体系中，以液珠形式存在的一相称
为内相，另一相连成一片，叫做外相
• 连续性和不连续相：外相也叫做连续相，内相由于其不连 续性又称为不连续相。
• 分散相和分散介质：内相也称分散相，外相也称分散介质 • 水相和油相：由于大部分乳状液有一相是水或水溶液，另
1. 乳状液的类型通常有以下三种： （1）水包油型（O/W）：内相为油，外相为水，如人乳、牛
奶等。 （2）油包水型（W/O）：内相为水，外相为油，如原油、油
性化妆品等。 （3）套圈型：由水相和油相一层一层交替分散形成的乳状
液，主要有油包水再包油（O/W/O）和水包油再包水 （W/O/W）两种形式。
2. 乳状液类型的鉴别
（4）滤纸润湿法：将一滴乳状液滴于滤纸上，若液体迅速铺 展，在中心留下油滴，则表明该乳状液为O/W型；若不能 铺展，则该乳状液为W/O型。
3.1.3.2 被增溶物的化学结构
• 脂肪烃与烷基芳烃被增溶的程 度随其链长的增加而减小；随 不饱和度及环化程度的增加而 增大；带支链的饱和化合物与 相应的直链异构体增溶量大致 相同。
图 3-3 烷烃和烷基芳烃在月桂 酸钾溶液（15％）中的增溶量
• 烷烃的氢原子被羟基、氨基等极性基团取代后，其被表 面活性剂增溶的程度明显增加
3.1.3 增溶作用的主要影响因素
3.1.3.1 表面活性剂的化学结构
（1）具有相同亲油基的表面活性剂，对烃类及极性有机物 的增溶作用大小顺序一般为： 非离子型＞阳离子型＞阴离子型。
（2）胶束越大，对于增溶到胶束内部的物质增溶量越大。 （3）亲油基部分带有分支结构的表面活性剂增溶作用较直
链的小。
（4）带有不饱和结构的表面活性剂，或在活性剂分子上引 入第二极性基团时，对烃类的增溶作用减小，而对长链 极性物增溶作用增加。
3.1.2 增溶作用的方式
1. 非极性分子在胶束内核的增溶
– 饱和脂肪烃、环烷烃等不易极化的非极 性有机化合物
– 增溶后胶束体积变大
2. 在表面活性剂分子间的增溶
图3-2(a) 胶束内核的增溶方式
– 分子结构与表面活性剂相似的极性有机 化合物，如长链的醇、胺、脂肪酸和极 ，增溶后 胶束并不变大
图 3-2(b) 表面活性剂分子间的 增溶方式
3. 在胶束表面的吸附增溶
- 苯二甲酸二甲酯等既不溶于水、也不 溶于油的小分子极性有机化合物和一 些高分子物质、甘油、蔗糖以及某些 染料
- 这些化合物被吸附于胶束表面区域或 是分子“栅栏” 靠近胶束表面的区域
图 3-2(c) 胶束表面的吸附增溶
4. 聚氧乙烯链间的增溶
（1）稀释法：利用乳状液能够与其外相液体混溶的特点，以 水或油性液体稀释乳状液便可确定其类型。
（2）染料法：将少量水溶性染料加入乳状液中，若整体被染 上颜色，表明乳状液是O/W型；若只有分散的液滴带色， 表明乳液是W/O型。
（3）电导法：O/W型乳状液的导电性好，W/O型乳状液导电性 差，测定分散体系的导电性即可判断乳状液的类型。
图 3-5 氯化钠对偶氮苯增溶作用的影响
3.1.3.5 有机物添加剂的影响
• 添加烃类等非极性化合物，会使其增溶于活性剂胶束内部， 使胶束胀大，有利于极性有机物插入胶束的“栅栏”中，即 提高了极性有机物的增溶程度
• 添加极性有机物后，增溶于胶束的“栅栏”中，使非极性碳 氢化合物增溶的空间变大，增溶量增加
3.1.3.3 温度的影响
温度对增溶作用的影响，随表面活性剂类型和被增溶 物结构的不同而不同。多数情况下，温度升高，增溶作 用加大。 3.1.3.4 添加无机电解质的影响
3.1.3.4 添加无机电解质的影响
在离子型表面活性剂溶液 中添加少量无机电解质，可增 加烃类化合物的增溶程度，但 却使极性有机物的增溶程度减 少。
第 3 章 表面活性剂的功能与应用
3.1 增溶作用 3.2 乳化与破乳作用 3.3 润湿功能 3.4 起泡和消泡作用 3.5 洗涤和去污作用 3.6 分散和絮凝作用 3.7 表面活性剂的其它功能
3.1 增溶作用
3.1.1 增溶作用的定义和特点 3.1.2 增溶作用的方式 3.1.3 增溶作用的主要影响因素 3.1.4 增溶作用的应用
一相是与水不互溶的有机相，故乳液的两相也分别被称为 水相和油相。
表 3-1 液滴大小对分散体系外观的影响
液滴 大小
大滴
＞1μm
0.1～1μm 0.05～0.1μm ＜0.05μm
外观 可分辩的两相 白色乳状液 蓝白色乳状液 灰色半透明液 透明液
3.2.1 乳状液的类型及形成
3.2.1.1 乳状液的类型和鉴别
- 以聚氧乙烯基为亲水基团的非离子表 面活性剂，通常将被增溶物包藏在胶 束外层的聚氧乙烯链中
- 被增溶的物质主要是较易极化的碳氢 化合物，如苯、乙苯、苯酚等短链芳 香烃类化合物。
图 3-2(d) 聚氧乙烯链间的增溶
在表面活性剂溶液中四种形式的胶束增溶作用对被 增溶物的增溶量大小顺序如下：
（4）＞（2）＞（1）＞（3）
3.1.1 增溶作用的定义和特点
1. 定义：由于表面活性剂胶 束的存在，使得在溶剂中 难溶乃至不溶的物质溶解 度显著增加的现象
2. 基础:胶束的形成，表面活 性剂浓度越大，形成的胶 束越多，难溶物或不溶物 溶解得越多，增溶量越大
图 3-1 2-硝基二苯胺在月桂酸钾水 溶液中的溶解度
3. 特点 –自发进行的过程：使被增溶物的化学势降低，体系 更加稳定 –以分子团簇分散在表面活性剂的溶液中：增溶后溶 液的沸点、凝固点和渗透压等没有明显改变，说明 溶质并非以分子或离子形式存在 –与使用混合溶剂提高溶解度不同：表面活性剂的用 量很少，没有改变溶剂的性质 –与乳化作用不同：增溶后没有两相界面存在，属热 力学稳定体系
• 增溶了一种极性有机物后，会使表面活性剂对另一种极性有 机物的增溶程度降低
3.1.4 增溶作用的应用
• 乳液聚合：聚合反应在胶束中进行 • 石油开采：“驱油”以提高开采率（二次采油和三次
采油） • 胶片生产：去除斑点 • 洗涤
3.2 乳化与破乳作用
• 乳状液：指一种或多种液体以液珠形式分散在与它不相混 溶的液体中构成的分散体系，由于体系呈现乳白色而被称 为乳状液
• 乳化：形成乳状液的过程 • 内相和外相：在乳状液体系中，以液珠形式存在的一相称
为内相，另一相连成一片，叫做外相
• 连续性和不连续相：外相也叫做连续相，内相由于其不连 续性又称为不连续相。
• 分散相和分散介质：内相也称分散相，外相也称分散介质 • 水相和油相：由于大部分乳状液有一相是水或水溶液，另
1. 乳状液的类型通常有以下三种： （1）水包油型（O/W）：内相为油，外相为水，如人乳、牛
奶等。 （2）油包水型（W/O）：内相为水，外相为油，如原油、油
性化妆品等。 （3）套圈型：由水相和油相一层一层交替分散形成的乳状
液，主要有油包水再包油（O/W/O）和水包油再包水 （W/O/W）两种形式。
2. 乳状液类型的鉴别
（4）滤纸润湿法：将一滴乳状液滴于滤纸上，若液体迅速铺 展，在中心留下油滴，则表明该乳状液为O/W型；若不能 铺展，则该乳状液为W/O型。
3.1.3.2 被增溶物的化学结构
• 脂肪烃与烷基芳烃被增溶的程 度随其链长的增加而减小；随 不饱和度及环化程度的增加而 增大；带支链的饱和化合物与 相应的直链异构体增溶量大致 相同。
图 3-3 烷烃和烷基芳烃在月桂 酸钾溶液（15％）中的增溶量
• 烷烃的氢原子被羟基、氨基等极性基团取代后，其被表 面活性剂增溶的程度明显增加
3.1.3 增溶作用的主要影响因素
3.1.3.1 表面活性剂的化学结构
（1）具有相同亲油基的表面活性剂，对烃类及极性有机物 的增溶作用大小顺序一般为： 非离子型＞阳离子型＞阴离子型。
（2）胶束越大，对于增溶到胶束内部的物质增溶量越大。 （3）亲油基部分带有分支结构的表面活性剂增溶作用较直
链的小。
（4）带有不饱和结构的表面活性剂，或在活性剂分子上引 入第二极性基团时，对烃类的增溶作用减小，而对长链 极性物增溶作用增加。
3.1.2 增溶作用的方式
1. 非极性分子在胶束内核的增溶
– 饱和脂肪烃、环烷烃等不易极化的非极 性有机化合物
– 增溶后胶束体积变大
2. 在表面活性剂分子间的增溶
图3-2(a) 胶束内核的增溶方式
– 分子结构与表面活性剂相似的极性有机 化合物，如长链的醇、胺、脂肪酸和极 ，增溶后 胶束并不变大
图 3-2(b) 表面活性剂分子间的 增溶方式
3. 在胶束表面的吸附增溶
- 苯二甲酸二甲酯等既不溶于水、也不 溶于油的小分子极性有机化合物和一 些高分子物质、甘油、蔗糖以及某些 染料
- 这些化合物被吸附于胶束表面区域或 是分子“栅栏” 靠近胶束表面的区域
图 3-2(c) 胶束表面的吸附增溶
4. 聚氧乙烯链间的增溶
（1）稀释法：利用乳状液能够与其外相液体混溶的特点，以 水或油性液体稀释乳状液便可确定其类型。
（2）染料法：将少量水溶性染料加入乳状液中，若整体被染 上颜色，表明乳状液是O/W型；若只有分散的液滴带色， 表明乳液是W/O型。
（3）电导法：O/W型乳状液的导电性好，W/O型乳状液导电性 差，测定分散体系的导电性即可判断乳状液的类型。
图 3-5 氯化钠对偶氮苯增溶作用的影响
3.1.3.5 有机物添加剂的影响
• 添加烃类等非极性化合物，会使其增溶于活性剂胶束内部， 使胶束胀大，有利于极性有机物插入胶束的“栅栏”中，即 提高了极性有机物的增溶程度
• 添加极性有机物后，增溶于胶束的“栅栏”中，使非极性碳 氢化合物增溶的空间变大，增溶量增加