【大学课件】表面活性剂物理化学P440.ppt
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1、表面活性剂物理化学,http:/ 表面活性剂的基本概念与基本方法 表面活性与表面活性剂 表面活性剂溶液的基本特性 表面张力与表面自由能、疏水效应 表面活性剂的结构与类型 液体表面张力的测定方法等,http:/ 表面活性剂的界面化学与胶体化学性质 表面活性剂在各种界面上的吸附和在溶液中形成有序组合体的特性 混合表面活性剂体系的基本性质 一般不溶物单分子膜、表面活性剂不溶 膜、固体表面上的超薄膜 表面活性剂应用基础性质 润湿、起泡、乳化、加溶、分散、洗涤等 表面活性剂结构与性能的一些规律 表面活性剂新疆界,http:/ 绪 论,1.1 表面活性剂(surfactant,tenside) 表面活性剂
2、是这样一种物质,它活跃于表面和界面上,具有极高的降低表、界面张力的能力和效率;在一定浓度以上的溶液中能形成分子有序组合体,从而具有一系列应用功能。,http:/ 通常将有气相组成的气固、气液等界面称为表面。 相(phase)是指体系中物理和化学性质均匀的部分,http:/ 人类认识表面活性剂是从洗涤剂开始。,http:/ 山羊油制成的皂(甘油三羧酸酯水解产物) 皂角(皂苷)和猪胰(富含消化酶) 肥皂(洋胰子):不耐硬水、不耐酸 土耳其红油:蓖麻油与硫酸的反应产物 短链烷基萘磺酸盐类表面活性剂(Nekal,拉开粉):煤焦油衍生物 烷基硫酸盐及长链烷基芳基(苯基)磺酸盐及非离子表面活性剂:目前大量
3、使用 目前洗涤剂要求:洗涤效率高,对皮肤和粘膜刺激性小,对织物和头发具有柔软功能,对环境友好,易于生物降解等。,http:/ 解构 表面活性剂作用,http:/ 硬脂酰胺丙基二甲基胺:弱的阳离子乳化剂,在酸性条件下具有弱的阳离子表面活性,在护发素中起到乳化作用及主要的调理作用。 辅助乳化剂(表面活性剂): 聚山梨酯-60(span-60):因为硬脂酰胺丙基二甲基胺的弱阳离子性,故加入亲水性较好的非离子乳化剂来加强乳化效果。 甘油硬脂酸酯:增加稠度并增加油水界面的稳定性。,http:/ 上述几种表面活性剂与油脂当中的烷基醇更好地形成了液晶结构,增加了产品的稳定性及使用时的涂抹感和冲洗后的残留。,
4、http:/ 环戊硅氧烷:挥发性硅油,用量较多,可以在使用时体现硅油良好的铺展性和柔滑性,并且在头发完全干燥后减少油腻感。 聚二甲基硅氧烷:应该是高分子量的二甲基硅油,可能是和环戊硅氧烷作为混合物一起加入,主要是增加在头发上的成膜性,干燥后提供持久的滋润感和光泽。 鲸蜡醇:增加发质的柔软感,并且作为油水界面的稳定剂。 硬脂醇:与鲸蜡醇同 鲸蜡硬脂醇:与上两种功能相同,也可能三种成份是混合在一起的。,http:/ 泛醇:维他命原B5,是VB5的前体,与辅酶A有关,影响着人体的糖类及脂类代谢。 泛醇基乙基醚乙酸酯:与泛醇相同,脂溶性,更易渗透入头皮。 赖氨酸盐酸盐:水溶性的氨基酸盐。 组氨酸:和赖
5、氨酸同属于碱性氨基酸,在酸性条件下带正电荷,更易吸附地头发上。 酪氨酸甲酯盐酸盐:虽然与上面两种氨基酸的等电点不同,但由于侧链的极性基团也易吸附在头发上,同时酪氨酸还是合成黑色素的氨基酸,也可以使头发更黑亮。 以上的维生素和氨基酸也就是宝洁对消费者的复合营养成份。,http:/ 增稠剂: 聚乙二醇 -2M:适中分子量的聚氧乙烯,提供好的成膜性及冲洗时的滑感,并且帮助配方中的营养成份更大量地保留,还有额外的作用就是提高产品的抗冻性及高低温稳定性。 羟乙基纤维素:高效增稠剂,提高产品的稠度并且提供施用在头发上时好的手感。 由于体系中的阳离子存在,所以采用了两种非离子增稠剂来帮助提高稠度及抗冻性。,
6、http:/ 香精:赋香 柠檬酸:调节PH,使体系呈现酸性,更大地发挥阳离子调理作用。 EDTA:由于是洗去性配方,考虑到国内水质问题,采用了硬水软化剂。 甲基氯异噻唑啉酮、甲基异噻唑啉酮:被称为卡松的防腐剂,防霉效果非常优异,在PH较低情况下效果有好的发挥,因为用在冲洗型产品中,可以不必过多考虑它的刺激性和毒性。 苯甲醇:防腐剂。,http:/ 1.硬脂酰胺丙基二甲基胺代替1631和1831等常用阳离子表面活性剂,降低了对头皮的刺激性; 2.甘油硬脂酸酯、鲸蜡硬脂醇、鲸蜡醇、硬脂醇、羟乙基纤维素,提供稠度; 3.油醇的应用值得学习,因双键存在,和鲸蜡硬脂醇等饱和高级醇联用,估计是希望液化由饱
7、和高级醇形成的吸附膜,从而改善手感。个人理解,油醇作为膜“增塑剂”使用; 4.硬脂酰胺丙基二甲基胺含有酰胺键,结合聚乙二醇-2M,有一定持水能力; 5.环戊硅氧烷为挥发性硅油,提供立刻改善效果,同时,由于其挥发性,没有累积,而且没有使用太多的液体油酯,并且不挥发性硅油的用量也不大,很好地改善了用后头皮发痒和头发油腻的问题; 6.氨基酸的应用,期望是好的,是否真能修复头发,不得而知。,http:/ 解构,http:/ 月桂醇聚醚硫酸酯钠盐:常用的阴离子表面活性剂,耐硬水、不易水解。 辅助表面活性剂:月桂酰两性基乙酸钠(温和),椰油酰胺单乙醇酰胺(提高粘度并可促进油脂的乳化)。 调理剂: 瓜儿胶羟
8、丙基三甲基氯化铵,可以提高粘度、降低刺激性、使冲洗时肤感柔滑并能帮助冲水后保留下面的油脂 。,http:/ 向日葵籽油:不饱和油脂、极佳的润肤效果; 矿脂:好的封闭性、防止皮肤内水份流失; 羊毛脂醇:和矿脂一样,但由于本身的极性更好,所以更贴肤; 月桂酸:与以上的油脂同时调整极性,并且可以改善泡沫的排液速度,从而使泡沫更持久丰富。,http:/ 甘油:提高产品的温差稳定、同时提高配方稳定性; 香精:赋香; 柠檬酸:调节PH; 二氧化钛:遮光,形成乳状感,使用时易涂布; DMDMH:防腐剂; EDTA-四钠盐:螯合剂,提高耐硬水性; 依替膦酸:防腐剂及螯合剂,防止高油脂含量下的氧化; 碘丙炔醇丁
9、基氨甲酸酯:防腐剂,防霉效果好; 聚山梨酯-20:增加油脂的溶解,同时可降低刺激性。,http:/ 2.配方看不到氯化钠、氯化铵等无机盐,很明显,配方不用无机盐调节粘度,个人推断,此配方利用表面活性剂层状相解决油脂悬浮等问题。 3.油脂的应用非常有技巧,油脂的应用是以凡士林(矿脂)为核心展开的,真正要在皮肤上沉积的就是凡士林,其他油脂只是为了促进表面活性剂层状结构形成而应用的。层状结构的形成,解决了矿脂劣化泡沫的致命弱点。月桂酸等脂肪酸很少量的添加,能修正肤感。,http:/ 5.椰油酰胺单乙醇酰胺主要是稳泡,特别是有油脂存在的情况下的泡沫稳定性 ; 6.添加依替膦酸,可能是为了更好的封闭钙离
10、子。 分析评价: 这个配方虽采用了大量的油脂,但是由于兼顾了油脂的极性和油脂的凝固点,所以在不采用更多的表面活性剂以及悬浮体系下,形成了自有的液晶结构,使体系更稳定,并在用水稀释后能使大量的油脂更快地附着在肌肤上。是个不错的配方。,http:/ 表面活性剂科学 表面活性剂合成化学 研究各种表面活性剂的合成方法和生产技术。 表面活性剂物理化学 研究表面活性剂性能、作用的规律和原理。表面活性剂溶液表面张力、表面活性剂溶液结构和性能。,http:/ 表面张力与表面自由能 表面张力(surface tension):垂直通过液体表面上任一 单 位长度、与液面相切地收缩表面的力(单位:mN/m)。,ht
11、tp:/ free energy):恒温恒压下增加单位表面积时体系自由能的量(单位:mJ/)。,W=fS=2LSA W为所做的功,或称增加的表面自由能 为表面张力; A为增加的表面积。,http:/ 25时水的表面张力为72 mN/m。,http:/ 弯曲液面两侧压力差 1.4.1 液面的曲率 由于液体存在表面张力,液体表面常常成为弯曲状,由此,对液体的性质产生一系列重要的影响。其中,最重要的是毛细压力,也就是弯曲液面下的附加压力(Laplace压).,http:/ Laplace公式 若液滴为球形: 若液面不成球形: 说明由于存在表面张力,弯曲液面对内相施与附加压力,其值取决于液体的表面张力
12、和液面的曲率。,http:/ 。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。,http:/ 表面活性与表面活性剂结构特征 1.5.1 溶液的表面张力,http:/ 表面活性 溶质使溶剂表面张力降低的性质叫做表面活性(surface activity),可以用-(d/dc)c0 值来描述。此值大于0的溶质,为表面活性物质(图1中B、C型曲线,其中C型为表面活性剂曲线),反之为非表面活性物质(A型曲线)。 C型曲线转折点的表面张力值和浓度值通常用符号cmc和cmc来代表。,htt
13、p:/ 表面活性剂的结构特征 表面活性剂的特点是具有不对称的分子结构,整个分子分为两部分,一部分是亲水的极性基团,叫做亲水基(hydrophilic group);另一部分是亲油的非极性基团,又叫做疏水基(hydrophobic group)。因此,表面活性剂分子具有两亲性质,被称为两亲分子(amphiphile)。,http:/ 表面活性剂分子结构特征示意图,http:/ 表面活性剂溶液特性 1.6.1 溶液的物理化学性质,图3 表面活性剂溶液特性示意图,http:/ 溶度特性 离子型表面活性剂的溶解度在温度升到一定值时会陡然上升,此温度称为该表面活性剂的Krafft点。 非离子表面活性剂水
14、溶液的溶解度往往随温度上升而降低,在升至一定温度时出现浑浊,此温度被称为该表面活性剂的浊点(cloud point)。,http:/ 溶油性 烃类一般不溶于水,也不溶于浓度很稀的表面活性剂溶液。但当表面活性剂浓度超过cmc后则浓度剧增。这就是表面活性剂对不溶物的加溶作用。这种溶解现象既不同于在混合溶剂中的溶解,也不同于乳化作用。,http:/ 疏水效应 在表面活性剂水体系中,实现疏水基逃离水环境的途径有二:一是表面活性剂分子从溶液内部移至表面,形成定向吸附层以疏水基朝向气相,亲水基插入水中,满足疏水基逃离水环境的要求,这就是溶液表面的吸附作用(参见图4)。二是在溶液内部形成缔合体表面活性剂分子
15、以疏水基结合在一起形成内核,以亲水基形成外层的聚集结构。,http:/ 溶液表面吸附和胶团化作用示意图,http:/ 表面活性剂类型,2.1 阴(负)离子表面活性剂 带负电荷,起表面活性作用的是阴离子。 2.1.1 羧酸盐 脂肪酸钠盐(肥皂)、脂肪酸三乙醇胺盐(用作乳化剂)、松香皂、外用药物制剂中。 2.1.2 磺酸盐 (1)烷基苯磺酸盐 烷基苯磺酸钠 ,R基中的碳原子数在12左右,是大多数洗涤剂中的表面活性剂主要成分。,http:/ 二丁基萘磺酸盐和二异丙基萘磺酸盐(拉开粉,作为润湿剂) (3)烷磺酸盐 正构直链烷烃磺酸盐的实用性质并不优于价格较低的烷基苯磺酸盐,水中溶解度较低,抗硬水性稍差
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