染整-第二节资料课件

第三节第三节表面活性剂的功能与应用表面活性剂的功能与应用润湿作用润湿作用乳化作用乳化作用分散作用分散作用起泡与消泡起泡与消泡增溶作用增溶作用洗涤作用洗涤作用肥皂、洗涤剂肥皂、洗涤剂化妆品化妆品食品加工食品加工纺织工业纺织工业金属加工金属加工石油、建筑石油、建筑功能功能应用应用一.表面活性剂的润湿功能1.基本概念润湿：固体表面上的气体（或液体）被液体(或另一种液体)取代的现象。固气界面被固-液界面代替的过程大气中的露珠附着在植物的叶子上，雨滴粘附在塑料雨衣上等，均是润湿过程。固体浸入液体中的过程，其实质是固气界面被固液界面所代替。2接触角与扬氏方程一.表面活性剂的润湿功能（1）接触角：达平衡时，在气，液，固三相交界处，自固-液界面经过液体内部到气-液界面的夹角称为接触角。(图中角)=0或不存在铺展浸湿90不润湿完全不润湿根据接触角的大小判断润湿情况接触角越小，液体的润湿性越好!接触角的示意图：润湿作用润湿作用(2）.润湿方程（杨氏方程）润湿方程（杨氏方程）cos=gs-ggs-lgl-g可通过改变界面张力的大小来改变物质的润湿性能！在固体表面发生定向吸附在固体表面发生定向吸附表面活性剂的润湿作用表面活性剂的润湿作用提高液体的湿润能力提高液体的湿润能力3.表面活性剂的润湿功能(1)提高液体的润湿能力（在水中加入表面活性剂降低表面张力，使水在固体发生铺展）-润湿剂(2)改变固体表面的润湿性质（极性基团吸附在固体表面，非极性基团朝向气体形成定向排列吸附层，反润湿作用）-防水剂二二.表面活性剂的乳化和破乳作用表面活性剂的乳化和破乳作用1.乳状液（1）概念：两种互不混溶的液体，一种以微粒（液滴或液晶）形式分散于另一种中形成的体系。（2）组成：分散相、分散介质和表面活性剂（乳化剂）2分类分类：根据其分散情形可以分为三种类型：油水油水(Ow)型乳液型型乳液型油分散在水中，油为分散相(内相)，水为连续相(外相)的水包油型乳化液，可用水稀释如牛乳、豆浆等。水油水油(wO)型乳液型型乳液型水分散在油中，水为分散相(内相)，油为连续相(外相)的油包水型乳化液，可用油稀释，如人造奶油原油等。多元乳液分水包油包水(wOw)型和油包水包油(OwO)型。分散相分散相(内相、不连续相内相、不连续相)分散介质分散介质(外相、连续相外相、连续相)水相水相/油相油相界面电荷：界面电荷：若表面活性剂是离子型的，则在界面上的吸附成为油珠所带电荷的主要来源（主要是对O/W乳液而言）它们使液滴接近时相互排斥，阻止了液滴的聚结，乳状液稳定。其它其它：温度、机械作用、电解质（对离子型乳化剂的乳状液影响大）、体系pH值等。3.影响乳状液稳定性的因素影响乳状液稳定性的因素(1)概念：乳状液发生油水分层的现象。(2)破乳剂的作用原理：能将原有的乳化剂从界面上顶替出来；加入的表面活性剂不能形成牢固的界面保护膜；4.破乳破乳有两相界面存在是热力学不稳定体系乳化剂体系的特殊要求食品、化妆品用乳化剂应无毒、无特殊气味。冰淇淋用硬脂酸单甘油酯作乳化剂。雪花膏等则用司潘吐温混合乳化剂 1.概念：表面活性剂在水溶液中形成胶束后具有能使不溶或微溶于水的有机物的溶解度显著增大的能力，且溶液呈透明状，这种作用称为增溶。三三.增溶增溶增溶作用增溶作用 Solubilization2.增溶的特点增溶的特点 s/溶解度溶解度C/%没有没有两相界面存在两相界面存在是热力学是热力学稳定体系稳定体系溶液的其他物理性质溶液的其他物理性质没有明显改变没有明显改变。cmcS.A.A胶束的形状：胶束的形状：增溶作用的方式增溶作用的方式 非极性分子在胶束内的增溶非极性分子在胶束内的增溶在胶束内部，在胶束内部，被增容的物质被增容的物质完全处于非极完全处于非极性环境中。性环境中。2 在表面活性剂分子间的增溶在表面活性剂分子间的增溶 分子结构与表面活性剂类似分子结构与表面活性剂类似的极性有机化合物的极性有机化合物栅栏之间栅栏之间甚至拉入内部。甚至拉入内部。3 在胶束表面的吸附增溶在胶束表面的吸附增溶既不溶于水也不溶于油的既不溶于水也不溶于油的小分子极性有机化合物小分子极性有机化合物在胶束表面增容在胶束表面增容增溶量：100mL已标定的浓度的表面活性剂溶液中，滴加被增溶物，当达饱和开始析出时的物质的量（mol）表面活性剂的乳化和增溶的功能都可实表面活性剂的乳化和增溶的功能都可实现油与水的混合现油与水的混合,两种作用的区别何在两种作用的区别何在?区别为：乳化是将水或油以微小珠滴形式分散到另一种物质中，得到热力学不稳定体系，时间延长会出现两相分离。乳化过程中表面活性剂的作用是吸附在油-水界面上，通过降低界面张力，帮助液滴分散并形成牢固的界面膜，防止分散液滴聚结。增溶作用是表面活性剂胶束把水或油溶解到自身组织中，所形成的体系是热力学稳定的单一液相。四四.表面活性剂的起泡与消泡作用表面活性剂的起泡与消泡作用1.基本概念泡沫是指气体分散在液体中的分散体系。泡沫的存在发泡作用：能使气泡稳定存在的作用。用以发泡的表面活性剂叫发泡剂或起泡剂。稳泡剂：在作为起泡剂的表面活性剂中加入少量极性有机物可提高液膜的表面粘度，增加泡沫的稳定性，以期延长泡沫寿命，该类物质称为稳泡剂。表面活性剂在形成泡沫过程中的作用 起泡和消泡作用起泡和消泡作用 打开啤洒、香槟瓶即有大量泡沫出打开啤洒、香槟瓶即有大量泡沫出现等，现等，液体泡沫。液体泡沫。人们通常所说的泡沫多指人们通常所说的泡沫多指 面包、蛋糕等弹性大的物质以及面包、蛋糕等弹性大的物质以及泡沫塑料、饼干等为泡沫塑料、饼干等为固体泡沫。固体泡沫。“泡”就是由液体薄膜包围着气体。3.4.1 泡沫的形成及其稳定性泡沫的形成及其稳定性“泡沫”是气体分散于液体中的分散体系。1 表面张力表面张力泡沫的稳定性与那些条件相关呢？泡沫的稳定性与那些条件相关呢？2 界面膜的性质界面膜的性质3 表面张力的修复作用表面张力的修复作用4 表面电荷表面电荷5 泡内气体的扩散泡内气体的扩散3.4.2 表面活性剂的起泡和稳定作用表面活性剂的起泡和稳定作用1 表面活性剂的起泡性表面活性剂的起泡性表面活性剂在外界作用下产生气泡的难易程度表面活性剂在外界作用下产生气泡的难易程度加压通气、搅拌加压通气、搅拌2 表面活性剂的稳泡性表面活性剂的稳泡性稳泡剂稳泡剂天然化合物天然化合物高分子化合物高分子化合物合成表面活性剂合成表面活性剂在肥皂水里加入一小匙的在肥皂水里加入一小匙的砂糖砂糖或或少许的少许的茶叶茶叶，放在阴暗处过夜后，放在阴暗处过夜后，就会发现这种肥皂水吹出来的泡就会发现这种肥皂水吹出来的泡泡颜色不但鲜艳，而且比较不容泡颜色不但鲜艳，而且比较不容易破裂。易破裂。肥皂，热水肥皂，热水在制糖、制药、微生物工程、发酵酿造工业以及减压蒸馏、溶液浓缩和机械洗涤过程中泡沫太多，要加入适当的表面活性剂降低薄膜强度，消除气泡，防止事故。表面活性剂的消泡作用表面活性剂的消泡作用1 表面张力表面张力2 界面膜的性质界面膜的性质3 表面张力的修复作用表面张力的修复作用4 表面电荷表面电荷5 泡内气体的扩散泡内气体的扩散泡沫的稳定性与那些条件相关呢？泡沫的稳定性与那些条件相关呢？1 降低局部表面张力降低局部表面张力2 破坏界面膜的弹性破坏界面膜的弹性 使其失去自动修复作用使其失去自动修复作用3 降低膜黏度降低膜黏度4 固体颗粒固体颗粒消消 泡泡 剂剂1 降低局部表面张力降低局部表面张力2 破坏界面膜的弹性破坏界面膜的弹性 使其失去自动修复作用使其失去自动修复作用3 降低膜黏度降低膜黏度4 固体颗粒固体颗粒1 天然油脂、矿物油天然油脂、矿物油2 固体颗粒固体颗粒3 合成表面活性剂合成表面活性剂具有消泡作用的物质：具有消泡作用的物质：植物油、矿物油、硅油、液态高级醇、长链脂肪酸钙盐、一些非离子表面活性剂如环氧丙烷缩合物、硬脂酸环氧乙烷缩合物等。五、分散作用五、分散作用 涂料涂料墨水墨水消字液消字液改正液改正液分散的作用：不溶性固体的微小粒子均匀地分散分散的作用：不溶性固体的微小粒子均匀地分散在液体中在液体中形成的体系形成的体系分散液（悬浮液）分散液（悬浮液）钻井泥浆钻井泥浆油墨油墨洗涤剂中通常要加入多种辅助成分，增加对被清洗物洗涤剂中通常要加入多种辅助成分，增加对被清洗物体的润湿作用，又要有起泡、增白、占领清洁表面不体的润湿作用，又要有起泡、增白、占领清洁表面不被再次污染等功能。被再次污染等功能。六六 洗涤和去污作用洗涤和去污作用 洗涤体系是复杂的多相分散体系，润湿、渗透、吸附、洗涤体系是复杂的多相分散体系，润湿、渗透、吸附、乳化、分散、增溶、解吸、起泡等等的物理的化学的乳化、分散、增溶、解吸、起泡等等的物理的化学的过程过程1.污垢类型：油污，固体污垢。污垢的粘附：机械粘附、分子间力粘附、静电力粘附、化学结合力。2.表面活性剂的洗涤作用：降低水的表面张力改善水洗物表面的润湿性。增强污垢的分散和悬浮能力。六六.表面活性剂的洗涤作用表面活性剂的洗涤作用加入表面活性剂后，憎加入表面活性剂后，憎水基团朝向织物表面和水基团朝向织物表面和吸附在污垢上，使污垢吸附在污垢上，使污垢逐步脱离表面。逐步脱离表面。污垢悬在水中或随泡沫浮污垢悬在水中或随泡沫浮到水面后被去除，洁净表到水面后被去除，洁净表面被活性剂分子占领。面被活性剂分子占领。其中占主要成分的表面活性剂的去污过程可用示意图说明：其中占主要成分的表面活性剂的去污过程可用示意图说明：附录：表面活性剂的应用附录：表面活性剂的应用一.在食品中的应用食用油脂，乳化剂，添加剂，牛奶，水等乳化急冷捏和二、在灭火中的应用二、在灭火中的应用w表面活性剂在消防灭火中的应用是用作泡沫灭火剂。对表面活性剂在消防灭火中的应用是用作泡沫灭火剂。对于木材、原棉等固体物的火灾，由于表面活性剂的渗透于木材、原棉等固体物的火灾，由于表面活性剂的渗透和润湿作用，使水易于透入燃料体内部而起到阻止火继和润湿作用，使水易于透入燃料体内部而起到阻止火继续燃烧。对于油类等液体物的火灾，由于表面活性剂能续燃烧。对于油类等液体物的火灾，由于表面活性剂能加速油的乳化或凝胶化，以及灭火剂迅速在燃料油的表加速油的乳化或凝胶化，以及灭火剂迅速在燃料油的表面上铺展开来，形成隔离膜，而起到灭火作用。泡沫灭面上铺展开来，形成隔离膜，而起到灭火作用。泡沫灭火剂生成的泡沫是由泡沫灭火剂中高起泡能力的表面活火剂生成的泡沫是由泡沫灭火剂中高起泡能力的表面活性剂的作用形成的。性剂的作用形成的。w制备护肤霜所用的乳化剂通常采用复配型的，既有良好的乳化性能，对皮肤的刺激性又小。常用的表面活性剂主要是非离子表面活性剂。三三.在化妆品中的应用在化妆品中的应用四四.洗涤剂中的应用洗涤剂中的应用1.洗涤剂的组成与分类洗涤剂的组成与分类组成：表面活性剂、助洗剂等。分类：按照去除污垢的类型分为：重垢型洗涤剂和轻垢型洗涤剂；按照产品的外形可分为：粉状、块状、膏状、浆状和液体等；按照产品的用途可分为:工业用和家庭个人用洗涤剂。2.2.洗涤剂中的表面活性剂洗涤剂中的表面活性剂阴离子表面活性剂-使用最多的一类;阳离子表面活性剂-一般用做后处理剂;两性离子表面活性剂-性能好，成本高;非离子表面活性剂-用量不大，生物降解性差(1)阴离子型表面活性剂l肥皂工业上一般以牛油、羊油等油脂为原料用强碱进行皂化，后经盐析，分离而制得价格低廉。缺点:水溶液中遇到二价和三价的金属离子如Ca2+、Mg2+、Fe2+等，便会生成溶解度很低的钙皂或镁皂，从而丧失了肥皂应有的清洗特性;肥皂在pH为7以下的介质条件下会生成几乎不溶于水的游离脂肪酸，从而大大降低了洗涤效果。l l烷基苯磺酸盐烷基苯磺酸盐(ABS)(ABS)烷基苯磺酸钠盐是很重要的阴离子表面活性剂，它在水中有较好溶解性能，几乎全部被电离，它的钙盐和镁盐对水的溶解度比较大，所以有较好的耐硬水性。在烷基苯磺酸盐中直链型烷基苯磺酸钠盐，其价格低廉，洗涤力强且易生物降解不会给环境和人类带来危害。因此到目前为止，还没有任何一种表面活性剂作为合成洗涤剂的活性物使用，而在技术性能上和经济效益上能与其相匹敌，被全世界的合成洗涤剂工业界誉为合成洗涤剂的主力军。非离子型表面活性剂有较好的洗净力，对油性污垢的去污力良好，对合成纤维防止再污染的能力强。耐硬水性，耐高浓度电解质的能力都比较强。聚氧乙烯烷基醇醚聚氧乙烯烷基酚醚(2)(2)非离子型表面活性剂非离子型表面活性剂在使用过程中具有以下特点：低毒性和对皮肤，眼睛的低刺激性；良好生物降解性和配伍性；良好的润湿性，洗涤性和发泡沫性。（3）两性离子表面活性剂螯合剂、离子交换剂钙皂分散剂（LSDA）抗再沉积剂荧光增白剂漂白剂柔软剂增溶剂抗静电剂其他助剂3.助洗剂螯合剂、离子交换剂钙皂分散剂（LSDA）钙皂分散剂：用于防止钙、镁皂沉淀生成的表面活性剂。性能优良的钙皂分散剂，多是具有庞大极性基团结构的表面活性剂。在肥皂中能阻止洗涤时形成钙皂。钙皂分散剂的作用机理可以用混合胶团分散模型来解释。钙皂的形成及钙皂分散剂的作用示意图有防止重金属的无机盐沉积和能提高洗涤液中的污垢的分散性和悬浮性、防止污垢再沉积到洗涤后物品上的功能的助洗剂为抗再沉积剂。抗再沉积剂一般为聚合物。抗再沉积剂一般带有较多的负电荷，且能够吸附在污垢粒子及织物的表面上。从而提高污垢在洗涤液中的分散性和悬浮稳定性，使污垢不再沉积到物品上。抗再沉积剂 荧光增白剂是一类吸收紫外光、发射出蓝色或紫蓝色的荧光物质。增增白白原原理理：荧光增白剂使可见光强度增强，使物体增白。由于吸附有荧光增白剂的物质不仅能将照射在物体上内可见光反射出来，而且还将不可见的紫外光转为可见光反射出来从而增加了物体对光的反射强度当反射光强度超过了投射在被处理物体上原来可见光的强度时，人的眼睛会感到物体变白了。荧光增白剂五五.表面活性剂的其它作用表面活性剂的其它作用1.杀菌机理：杀菌机理：分子中的亲油基能紧密地吸附于细菌表面，改变细胞壁的通透性、改变细菌细胞的渗透压，进而破坏细菌与周围环境的相对平衡，导致细菌死亡。2.防腐蚀作用防腐蚀作用添加少量表面活性剂来阻止或减缓金属腐蚀速度以达到保护金属的作用。习题和思考题习题和思考题1、什么叫硬度？常用的软水剂有哪些？2、名词解释：临界胶束浓度3、什么是表面活性剂，结构上有什么特征，表面活性剂按电离性能可分为哪几类，请各举一例。4、表面活性剂作为纺织助剂的重要成分，具有哪些作用？5、解释接触角与润湿的关系