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          表面活性劑定義、性質、原理及應用

          來源:GenDx 瀏覽 179 次 發布時間:2021-11-09

          一,表面活性劑簡介


          表面活性劑(surfactant),是指加入少量能使其溶液體系的界面狀態發生明顯變化的物質。具有固定的親水親油基團,在溶液的表面能定向排列。表面活性劑的分子結構具有兩親性:一端為親水基團,另一端為疏水基團;親水基團常為極性基團,如羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其鹽,羥基、酰胺基、醚鍵等也可作為極性親水基團;而疏水基團常為非極性烴鏈,如8個碳原子以上烴鏈。表面活性劑分為離子型表面活性劑(包括陽離子表面活性劑與陰離子表面活性劑)、非離子型表面活性劑、兩性表面活性劑、復配表面活性劑、其他表面活性劑等。


          二,表面活性劑定義


          傳統觀念上認為,表面活性劑是一類即使在很低濃度時也能顯著降低表(界)面張力的物質。隨著對表面活性劑研究的深入,一般認為只要在較低濃度下能顯著改變表(界)面性質或與此相關、由此派生的性質的物質,都可以劃歸表面活性劑范疇。凡是溶于水能夠顯著降低水的表面能的物質稱為表面活性劑(surface active agent,SAA)或表面活性物質。


          表面活性劑有天然的,如磷脂、膽堿、蛋白質等,但更多的是人工合成的,如十八烷基硫酸鈉C18H37-NaO4S、硬脂酸鈉C17H35-COONa等 。表面活性劑范圍十分廣泛(陽離子、陰離子、非離子及兩性),為具體應用提供多種功能,包括發泡效果,表面改性,清潔,乳液,流變學,環境和健康保護。


          三,表面活性劑性質


          表面活性劑通過在氣液兩相界面吸附降低水的表面張力,也可以通過吸附在液體界面間來降低油水界面張力。許多表面活性劑也能在本體溶液中聚集成為聚集體。囊泡和膠束都是此類聚集體。表面活性劑開始形成膠束的濃度叫做臨界膠束濃度或CMC。當膠束在水中形成,膠束的尾形成能夠包裹油滴的核,而它們的(離子/極性)頭能夠形成一個外殼,保持與水接觸。表面活性劑在油中聚集,聚集體指的是反膠束。在反膠束中,頭在核,尾保持與油的充分接觸。


          表面活性劑通常分為四大類:陰離子,陽離子,非離子和兩性離子(雙電子)。表面活性劑系統的熱動力學很重要,不論是理論上還是實踐上。因為表面活性劑系統代表的是介于有序和無序物質狀態之間的系統。表面活性劑溶液可能含有有序相(膠束)和無序相(自由表面活性劑分子和/或離子)。膠束——表面活性劑分子的親脂尾端聚于膠束內部,避免與極性的水分子接觸;分子的極性親水頭端則露于外部,與極性的水分子發生作用,并對膠束內部的憎水基團產生保護作用。形成膠束的化合物一般為兩親分子,因此一般膠束除可溶于水等極性溶劑以外,還能以反膠束的形式溶于非極性溶劑中。


          它有吸附性:


          溶液中的正吸附:增加潤濕性、乳化性、起泡性;


          固體表面的吸附:非極性固體表面單層吸附;極性固體表面可發生多層吸附。


          四,表面活性劑原理


          通過分子中不同部分分別對于兩相的親和,使兩相均將其看作本相的成分,分子排列在兩相之間,使兩相的表面相當于轉入分子內部。從而降低表面張力。由于兩相都將其看作本相的一個組分,就相當于兩個相與表面活性劑分子都沒有形成界面,就相當于通過這種方式部分的消滅了兩個相的界面,就降低了表面張力和表面自由能。


          五,表面活性劑應用


          1.增溶


          要求:C>CMC ( HLB13~18)


          臨界膠束濃度(CMC):表面活性劑分子締合形成膠束的最低濃度。當其濃度高于CMC值時,表面活性劑的排列成球狀、棒狀、束狀、層狀/板狀等結構。


          增溶體系為熱力學平衡體系;


          CMC越低、締合數越大,增溶量(MAC)就越高;


          溫度對增溶的影響:溫度影響膠束的形成,影響增溶質的溶解,影響表面活性劑的溶解度


          Krafft點:離子型表面活性劑的溶解度隨溫度增加而急劇增大這一溫度稱為Krafft點, Krafft點越高,其臨界膠束濃度越小


          曇點:對于聚氧乙烯型非離子表面活性劑,溫度升高到一定程度時,溶解度急劇下降并析出,溶液出現混濁,這一現象稱為起曇,此溫度稱為曇點。這是因為聚氧乙烯與水之間的氫鍵斷裂,當溫度上升到一定溫度時,聚氧乙烯可發生強烈脫水和收縮,使增溶空間減小,增溶能力下降。 在聚氧乙烯鏈相同時,碳氫鏈越長,濁點越低;在碳氫鏈相同時,聚氧乙烯鏈越長則濁點越高。


          2.乳化作用


          親水親油平衡值(HLB):表面活性劑分子中親水和親油基團對油或水的綜合親合力。根據經驗,將表面活性劑的HLB值范圍限定在0-40,非離子型的HLB值在0-20。


          混合加和性:HLB=(HLBa Wa+HLBb /Wb) / (Wa+Wb)


          理論計算:HLB=∑(親水基團HLB值)+∑(親油基團HLB)-7


          HLB:3-8 W /O型乳化劑:Span;二價皂


          HLB:8-16 O/W型乳化劑:Tween;一價皂


          3.潤濕作用


          要求:HLB:7-9。


          使用表面活性劑可以控制液、固之間的潤濕程度。農藥行業中在粒劑及供噴粉用的粉劑中,有的也含有一定量的表面活性劑,其目的是為了提高藥劑在受藥表面的附著性和沉積量,提高有效成分在有水分條件下的釋放速度和擴展面積,提高防病、治病效果。


          在化妝品行業中,作為乳化劑是乳霜、乳液、潔面、卸妝等護膚產品中不可或缺的成分。


          4.助懸作用


          在農藥行業,可濕性粉劑、乳油及濃乳劑都需要有一定量的表面活性劑,如可濕性粉劑中原藥多為有機化合物,具有憎水性,只有在表面活性劑存在的條件下,降低水的表面張力,藥粒才有可能被水所潤濕,形成水懸液;


          5.起泡和消泡作用


          表面活性劑在醫藥行業也有廣泛應用。在藥劑中,一些揮發油脂溶性纖維素、甾體激素等許多難溶性藥物利用表面活性劑的增溶作用可形成透明溶液及增加濃度;藥劑制備過程中,它是不可缺少的乳化劑、潤濕劑、助懸劑、起泡劑和消泡劑等。


          6.消毒、殺菌


          在醫藥行業中可作為殺菌劑和消毒劑使用,其殺菌和消毒作用歸結于它們與細菌生物膜蛋白質的強烈相互作用使之變性或失去功能,這些消毒劑在水中都有比較大的溶解度,根據使用濃度,可用于手術前皮膚消毒、傷口或粘膜消毒、器械消毒和環境消毒;


          7.抗硬水性


          甜菜堿表面活性劑對鈣、鎂離子均表現出非常好的穩定性,即自身對鈣、鎂硬離子的耐受能力以及對鈣皂的分散力。在使用過程中防止鈣皂的沉淀,提高使用效果。


          8.增粘性及增泡性


          表面活性劑有對改變溶液體系的作用,增大粘度變稠或增大體系的泡沫,在一些特殊的清洗、開采行業有廣泛的應用。


          9.去垢、洗滌作用


          去除油脂污垢是一個比較復雜的過程,它與上面提到的潤濕、起泡等作用均有關。


          六,總結


          最后要說明的是,表面活性劑起作用,并不單單是因為某一方面的作用,很多情況下是多種因素共同作用。

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