【大学课件】表面活性剂的性能和作用.ppt
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1、第二节 表面活性剂的性能和作用,当我们将性质不同的某些物质分别溶于水后,发现水的表面张力发生了变化.,1是表面张力随浓度增加稍有增加。,2是表面张力随浓度增加而降低。,3 表面张力在低浓度时随溶质浓度增加而急剧下降。,浓度,表面张力,氯化钠,氢氧化钾,硝酸钾铵等无机盐,醇、醛、酸等有机物,烷基苯磺酸盐等,http:/ 表面活性剂的性能和作用,2.1表面活性剂的定义 第一类物质为无表面活性,称非表面活性物质。然而第二类与第三类物质,它们的表面活性又很不相同,为区别他们,将第三类表面活性的物质称为表面活性剂,表面活性剂: 使液体能表面张力显著降低的物质,http:/ 表面活性剂的结构和性能,2.2
2、表面活性剂结构 表面活性剂是一种具有特殊结构和性质的有机化合物,它们能明显改变两相间的界面张力或表面张力,具有润湿、起泡、乳化、增溶等直接作用,及平滑、抗静电、匀染与固色、润滑、防锈、疏水、杀菌和凝集等间接作用。,http:/ 一端是长链非极性基团,能溶于油而不溶于水,亦即所谓的疏水基团或憎水基,一般都是长链的碳氢化合物,有时也为有机氟、有机硅、有机磷、有机锡等。 另一端则是水溶性的基团,以保证整个表面活性剂能溶于水,并有必要的溶解度。,http:/ the critical micelle concentration.,Concentration of Surfactant,critical
3、 micelle concentration,R. Gary Hollenbeck, http:/www.pharmacy.umaryland.edu/faculty/ghollenb/default.htm,http:/ 临界腔束浓度CMC: 表面活性剂分子缔合形成胶束的最低浓度。 胶体粒子范围(1100nm) 临界浓度通常在0.02%0.5%左右。,http:/ 在cmc附近,主要形成球形胶束。 当浓度相当于10倍临界胶束浓度或更大时,胶束呈棒状。(腊肠式)棒状胶束具有一定的柔顺性,像蠕虫样运动,又称蠕虫状胶束。 当浓度再加大时,棒状胶束聚集成束,周围是溶剂;当浓度更大时,形成巨大的层状胶
4、束。浓度进一步增加,得到各向异性的液晶。,http:/ 对表面活性剂聚集体的研究方兴未艾,已成为有序组合体超分子化学和分子层面上的化学研究部分。表面活性剂分子聚集效应可以产生增溶中心和某些化学反应的微环境,形成胶束反应器。(如纳米材料)。 表面活性剂溶液的流变特性,在石油开采中应用良好。,http:/ 1.表面张力法:以表面张力对浓度的对数作图,曲线的转折点即为CMC值。适合于离子表面活性剂和非离子型表面活性剂。 2.电导法:以表面活性剂溶液的摩尔电导率对浓度或浓度的平方根作图,曲线的转折点即CMC值。适合于离子表面活性剂。 3.染料法:表面活性剂溶液增溶染料前后吸收光谱的变化。 4.光散射法
5、:胶束形成与散射光强度成正比。,庚基乙二醇十二烷基醚的表面张力与浓度的关系,十二烷基磺酸水溶液的电导率与浓度的关系,http:/ 、B 是经验常数,对阴离子和阳离子表面活性剂来说大致相同。A=1.251.92, B=0.2650.296 对非离子表面活性剂来说; A=1.813.3,B=0.4880.554 N是碳氢链中的碳原子数。,http:/ 3.增加不饱和键时, cmc相应增高;一般来说,每增一个双键, cmc增大34倍. 4.碳氢链中有极性时, cmc显著增高. 5.有苯环cmc增高. 6.含碳氟链的, cmc显著减小.(具有较高的表面活性. 7.离子cmc较非离子大100倍. 8.在
6、表面活性剂中添加盐,使cmc下降.二价比一价降低效应大. 9.随醇的加入量增大, cmc减小.,http:/ 疏水尾越长 CMC越小; 抗衡离子 也有影响。,一些表面活性剂的临界胶束浓度cmc,http:/ 疏水尾越长,CMC越小; 亲水头越大,CMC越大,http:/ krafft点:离子表面活性剂在水中的溶解度随温度升高,当至某一温度时,其溶解度急剧升高, 该温度称为临界溶解温度krafft点, 相对应的溶解度即为该离子表面活性剂的临界胶束浓度(CMC)。 krafft点是离子表面活性剂的特征值, krafft点越高,则CMC越小。 krafft点亦是离子表面活性剂应用温度的下限,即只有高
7、于krafft点,表面活性剂才能更大程度地发挥作用。,临界溶解温度,http:/ point (克氏点 ),C14H29COONa+,K. Ogino, Y. Ichikawa, Bulletin of The Chemical Society of Japan, 1976, 49, 2683,溶解度曲线,胶束+结晶,分子溶液+结晶,胶束溶液,分子溶液,对离子型表面活性剂,其在水中的溶解度随温度的增大而逐渐提高.当达到某一特定温度时,表面活性剂的溶解度急剧增大,该温度称为临界溶解温度(Krafft).在该温度下胶束开始形成.是三相共存平衡点,http:/ 测定方法,通常是观测1%稀溶液突然清亮
8、的温度.,http:/ 对非离子表面活性剂,溶解度随温度的升高而降低。当达到某一温度时,溶液产生混浊,该温度称为非离子表面活性剂的浊点. 该现象具有可逆性,经冷却后可恢复清澈的均相。 浊点与非离子表面活性剂的结构及复配条件有关。,http:/ 因乙氧基非离子表面活性剂可与水形成氢键而溶解于水。当溶液受热时,氢键的结合力逐渐减弱甚至消失。出现贫富两相胶束。起昙成浊点。 浊点是溶解性重要指标,它的变化有以下规律。,http:/ 2。在相同乙氧基数下,疏水基中碳原子数越多,则浊点越低,显示溶解性变小。6个乙氧基的C10、C12、C16烷基的聚氧乙烯醚,其浊点分别为60度、40度、32度。 3。电介质
9、的加入一般浊点降低。高氯酸盐、硫氰化钠可使浊点升高。,http:/ (1)低分子烃可降低浊点,而高分子烃可提高浊点; (2)低分子醇可增高浊点,高分子醇可降低浊点。 (3)强极性助剂如尿素、甲基乙酰胺可显著提高浊点,增大溶解性。 (4)阴离子与非离子混合可提高浊点。 凡增加溶解度,均可增大浊点。 在浊点附近去污率最大。,http:/ 在聚氧乙烯链相同时,碳氢链越长,浊点越低;在碳氢链长相同时,聚氧乙烯链越长则浊点越高。,http:/ 石蜡的HLB0 油酸钾的HLB20 十二烷基硫酸酯钠盐的HLB40 所有的HLB值处于040之间,http:/ 疏水性最大的石蜡的HLB值定为0, 亲水性最大的聚
10、氧乙烯的HLB值定为20, 其他的表面活性剂的HLB值则介于020之间。,HLB值越大,其亲水性越强, HLB值越小,其亲油性越强。,http:/ 亲油性表面活性剂的HLB低,亲水性表面活性剂的HLB高; 亲油性或亲水性很大的表面活性剂易溶于油或易溶于水; HLB值在36的表面活性剂适合作W/O型乳化剂; HLB值在818的表面活性剂适合作O/W型乳化剂; HLB值在1318的表面活性剂适合作增溶剂; HLB值在79的表面活性剂适合作润湿剂。,亲水亲油平衡值(HLB),http:/ number)。 HLB=(亲水基团HLB)+(亲油基团HLB)+7,亲水亲油平衡值(HLB),http:/ 制
11、备乳剂时不必消耗更大的能量,乳剂保持一定的分散状态和稳定性。,http:/ water phase(W)水或水溶液; 油相oil phase(O)与水不相混溶的有机液体 乳化剂emulsifier防止油水分层的稳定剂,http:/ emulsion):简称复乳,也叫多重乳液是二级乳,由O/W或W/O的初乳(一级乳)作为分散相进一步乳化形成的以油为连续相的乳剂(O/W/O)或以水为连续相的乳剂(W/O/W)。粒径一般在50m以下。 W1/O/W2依次称为内水相、油相、外水相,内外水相的组成可以相同,若W1=W2,叫二组分二级乳,可用W/O/W表示;若W1W2则称为三组分二级乳。目前研究较多的是W
12、/O/W型复乳,其中的W/O液滴称为复乳滴。 复乳可以口服也可以注射,通常外水相的W/O/W型复乳可用于肌内注射或静脉注射,外油相的O/W/O型复乳只可用于肌内、皮下或腹腔注射。,2。复合型,http:/ 2.亚纳米乳(subnanoemulsion):又称亚微乳(submicroemulsion),0.10.5m,常作为胃肠外给药的载体,如环孢菌素静脉注射脂肪乳。 3.纳米乳(nanoemulsion):又称微乳,微乳液为透明的分散液体。(microemulsion),10100nm。,http:/ 在界面上形成相当强度的吸附膜,3.表面活性剂必须以一定的速度迁移至界面,使乳化体系的界面张力
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