表面活性剂的文献综述学院：化学化工学院专业：应用化学姓名：XX2016年1月1日表面活性剂的文献综述摘要：本文介绍了表面活性剂的基本概念和应用以及表面活性剂中胶束的形成，阐述了表面活性剂溶液的多种性质，并简要分析了胶束催化的原理。

对阳离子表面活性剂的分类进行了归纳，并说明阳离子表面活性剂的用途和实例应用。

关键词：表面活性剂、溶液、胶束、阳离子表面活性剂Abstract: this paper introduces the basic concept and application of the surfactant and surfactant micelle formation, this paper expounds the various properties of surfactant solution, and briefly analyzes the principle of micellar catalysis.Has carried on the induction, the categorization of cationic surfactant and explains the use and application of cationic surfactant.Keywords: surfactant, solvent, micelle, cationic surfactant一、前言近年来，随着化学相关领域的不断发展，使得我们在表面活性剂的研究和应用发展方面有了很大的进步。

表面活性剂主要是改变相应溶液的各种性质来达到预期的效果，以完成其作用。

阳离子表面活性剂中，大部分是含氮的有机化合物，即有机胺的衍生物。

简单的胺的盐酸（或者它的无机酸）盐及醋酸盐等（碳8～18），可在酸性水溶液中用作乳化、分散、润湿剂，也常用作矿物浮选剂，以及用作颜料粉末表面的疏水剂。

二、表面活性剂基本概论2.1表面活性剂的概念表面活性剂是有两种基团的分子：亲水基和亲油基。

表面活性剂分子作用于水溶液与气相或油层形成的界面，亲水性基团插入水溶液，亲油基团则朝向空气或油层形成一定形式的排列。

当表面活性剂到达一定的浓度后，可以形成紧密的单分子层，具有降低表面张力的作用。

2.2表面活性剂分类及举例当表面活性剂溶解于水后，根据是否生成离子，分为离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂，离子型表面活性剂还可以根据电性，更具体地分为阴离子型（如硬脂酸、肥皂、十二烷基苯磺酸钠等）、阳离子型（如带有季铵离子的长链烷）和两性离子型表面活性剂（如一些氨基酸）。

2.3表面活性剂的重要性表面活性剂在各个方面都有很好的应用，也有相当的成就。

其中最常见的就是走入人们日常生活的各类洗涤用品，都是化学合成的表面活性剂，这些都极大的方便了人们的生活。

其实，其应用远不止这些，在工业方面，尤其是制造业，都有大量的使用表面活性剂，不仅提高了生产效率，也使产品变得更加纯净，得到了高品质而价廉的产品。

在科研方面也有相当出色的表现。

可以这样说，表面活性剂广泛用于现代社会的各个方面，极大地推进了人类前进的步伐，有很深刻的意义。

2.4表面活性剂的历史①公元前2500年起，人类就开始使用羊油和草木灰制造肥皂。

②土耳其红油的出现：土耳其红油是阴离子表面活性剂，具有优良的乳化性、渗透性、扩散性和润湿性，由蓖麻油和浓硫酸反应再经氢氧化钠中和而成。

③19世纪初，石油磺酸皂：石油磺酸皂具有良好的水溶性，俗称绿钠，是第一种用矿物原料制得的洗涤剂。

④20世纪30年代，以长链烷基、苯基为疏水基的多种表面活性剂出现于美国；一战之后德国开发了以聚乙二醇结构为亲水基的各种非离子型表面活性剂。

1995年，世界洗涤剂总产量达到4300万吨。

三、溶液中胶束的形成3.1胶束化作用表面活性剂的两亲性结构使其具有逃离水相的趋势，这会导致表面活性剂分子在界面上的吸附。

同时，在体相溶液中，这种趋势的另一种结果是依靠其疏水基相互缔合形成有序的聚集体，这一过程称为胶束化作用，所形成的聚集体即为胶束。

胶束化作用在活性剂界面吸附达饱和时最为显著。

胶束化作用是自发过程，形成的胶束溶液是表面活性剂分子单体与胶束形成平衡的热力学稳定体系。

胶束化作用只有在表面活性剂浓度超过一定值时才会发生，这一浓度称为临界胶束浓度（Critical micelle concentration,cmc）。

由于胶束性质不同于单个的表面活性剂分子，如左图所示，形成胶束时表面活性剂溶液的许多物理性质将会发生突跃的明显变化。

3.2胶束的结构胶束的基本结构分为内核和外层两大部分。

在水溶液中的胶束内核由表面活性剂疏水基缔合而成，可视为极性水介质中的非极性微区。

胶束外层是介于内核与水溶液之间的区域，有表面活性剂的极性基部分构成。

对于离子型表面活性剂而言，胶束内核由疏水基构成，性质类似于液态烃，直径约为1-3nm。

胶束的外层可以分为两部分：胶束的亲水基构成的外壳以及反离子构成的扩散双电层。

对于非离子型表面活性剂而言，内核的构成与离子型相同，但是并不存在反离子构成的扩散双电层结构也不带电荷。

在上述的胶束中，从外层到内核极性逐渐减小，即从极性大的水环境逐渐到非极性的环境，这就给许多有机物提供了良好的与进行化学反应的微环境；某些在水中溶解度较小的物质在这种微环境中也溶解度大大增加。

四、表面活性剂溶液的性质4.1溶解性一般离子型表面活性剂易溶于水中，非离子型表面活性剂易溶于油中。

与普通物质溶解性不同，离子型表面活性剂在水中的溶解度，低温时随温度升高而缓慢升高，但是温度升高到某一值之后，开始迅速的增加，此转折温度成为Krafft 点。

对于同系物表面活性剂，碳氢链越长Krafft点越高。

一般来说Krafft点越高，表面活性剂的亲油性越强，在水中溶解度越小。

在Krafft点时，饱和浓度即为cmc值，因此离子型表面活性剂使用时，温度应在其Krafft点之上，才能表现出其应有的表面活性。

对于非离子型表面活性剂而言，上述情况则刚好相反，当温度上升时溶解度反而下降，加温至某一温度时，溶液开始成混浊状态，此温度称为浊点。

非离子型表面活性剂具有在浊点以下溶于水，在浊点以上不溶于水的性质。

其浊点越高表示亲水性越强，应在浊点温度以下使用才能呈现其最佳的表面活性。

4.2HLB值表面活性剂的亲水亲油平衡值（Hydrophile and lipoplhile balance value，HLB）是表示表面活性剂乳化性能的一个指标，因为乳化剂的乳化性能与其亲水、亲油性有很大关联。

HLB值越大表示其亲水性越强，水溶性越好，越小则亲油性越强。

HLB值并不存在绝对的标准而是人为规定的。

通常规定石蜡的HLB为0，油酸HLB为1，油酸钾HLB为20，十二烷基硫酸钠HLB值为40，以此为标准，通过乳化实验可以推算出其他表面活性剂的HLB值。

如同左图所示，不同HLB值的表面活性剂，因为其亲水性和亲油性的不同，有不同的作用，而在水中的分散性也各不相同。

一般认为，HLB值具有加和性，一种混合乳化剂的HLB值可根据混合组分各自的HLB值及其混合比例来计算。

提出的计算HLB的方法有很多种，但是还没有一种公认的算法。

常用的计算HLB的方法是Davies提出的基团数法，该法将表面活性剂结构分解为基团，每一个基团对HLB值有不同的贡献（见下表），加和得出总的HLB值：亲水基团HLB值亲油基团HLB值38.7 0.47521.1 0.87019.1 0.15011.0 0.1502.4 苯环 1.6621.91.3酯 2.44.3增溶作用在表面活性剂水溶液中，当其浓度大于cmc之后，一些不溶或难溶于水的有机物的溶解度会急剧增加，这种现象成为增溶作用。

例如，乙基苯在水中的溶解度为0.014g，但是在0.3M的十六酸钾水溶液中可达5g。

增溶作用可以视为发生在胶束中的现象，在cmc以上才明显进行即为证据。

然而，即使是数个分子形成的聚集体也有微弱的增溶作用。

与过饱和溶液不同，增溶作用是自发过程，形成的是热力学稳定的体系。

换言之，除非胶束聚集体解体（浓度降至cmc以下）否则溶质不会自动析出。

增溶于胶束的物质也并非溶在了溶剂里，而是进入胶束。

被增溶物之所以能进入胶束，是因为之前提到的胶束外壳到内核极性的变化所导致的微环境。

非极性的小分子增溶物（如短碳链的烃）增溶于胶束内核；长链极性有机物（如脂肪醇）一般以其碳氢链插入内核，极性端接近外壳。

非离子型表面活性剂的极性基通常为多个醚键，可以结合多个水分子，所以这类胶束外层体积很大，含极性基团的小分子芳香化合物即可增溶在这类外壳中。

一般而言这种增溶方式增溶量最大。

可以看出，对增溶于胶束内核的非极性分子而言，表面活性剂碳氢链越长，则内核越大，增溶效果越好；对增溶于非离子型表面活性剂外壳的分子而言，乙烯氧基越多，增溶效果越好；增溶物分子越大增溶效果越差。

五、胶束催化5.1胶束在其中的多重作用5.1.1浓集效应胶束溶液中不溶或难溶的反应底物溶解度增加。

增溶数据和动力学研究的结果表明，反应底物通过疏水作用和静电作用可以使其在容积极小的胶束相表面区域内浓度大增，反应物浓度的提高使得反应速率急剧增加。

对于双分子反应，反应是在在胶束中增溶的底物与胶束表面Stern层的反离子间进行的。

因此，反离子结合度越大，胶束表面的反离子越多，反应速率越快。

虽然一般来说胶束中反应底物浓度越大越有利于提高反应速率，但是只有当反应底物增溶于胶束表面层内而且可反应基团位于胶束外端时反应才可以进行。

这就是说，如果反应底物过于深入胶束内核或可反应基团不是朝向胶束表面都不利于反应进行。

5.1.2介质效应介质效应是指胶束作为反应介质能改变反应底物的活性，这种效应起因于很多方面。

胶束能使反应中间体有足够的反应时间，从而有利于反应的进行与反应活性的提高，这一点与溶剂的笼效应类似。

胶束能使反应底物增溶于胶束一定位置，并采取一定的定向方式。

控制反应底物的位置和取向，可以大大提高反应活性。

带有电荷的反应底物大多定位于带反号电荷的胶束表面层附近，就可以更容易与胶束表面结合的反应离子接近。

胶束的微黏度远远大于水溶液的黏度，这使得底物分子的平动、转动等受限，影响产物的选择性。

5.1.3功能性胶束的催化作用功能性胶束是指带有功能基团的表面活性剂分子所形成的胶束，这些功能基团包括羟基、咪唑基、硫醇基、羟氨基、羟氨基烷基等等。

功能胶束可通过作为碱或亲核试剂而起作用，这是由于表面活性剂分子上或混合胶束上的某些组份上的活性基团有催化作用。

功能胶束的催化作用远大于非功能胶束。

以去酰化作用为例，带咪唑基的功能性表面活性剂胶束用于反应，反应机理是先通过咪唑基酰化，再去酰化进行的，因此催化效果远远好于非功能胶束。