大学化学第06章日用化学基础99.pptx
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1、2024/4/9 周二1本章概要本章概要6.1 表面活性剂基础表面活性剂基础6.1.1 表面活性剂的定义和分类;表面活性剂的定义和分类;6.1.2 关于表面活性关于表面活性 剂的几个参数;剂的几个参数;6.1.3 表面活性剂的作用表面活性剂的作用 6.2 洗涤剂洗涤剂 6.2.1 洗涤剂的配方设计;洗涤剂的配方设计;6.2.2 肥皂;肥皂;6.2.3 洗衣粉;洗衣粉;6.2.4 香波香波6.3 毛发洗护毛发洗护 6.3.1 毛发的结构与作用;毛发的结构与作用;6.3.2 毛发的染色;毛发的染色;6.3.3 毛发的定毛发的定型;型;6.3.4 毛发的洗护毛发的洗护6.4 皮肤护理皮肤护理 6.4
2、.1 皮肤的功能与构造;皮肤的功能与构造;6.4.2 皮肤的分类;皮肤的分类;6.4.3 皮肤的常皮肤的常见疾病;见疾病;6.4.4 皮肤的老化与保健;皮肤的老化与保健;6.4.5 皮肤的保护方法;皮肤的保护方法;6.4.6 护肤用品的成分与功能护肤用品的成分与功能2024/4/9 周二26.5 香料与香精香料与香精 6.5.1 香味的定义;香味的定义;6.5.2 香味与分子结构的关系;香味与分子结构的关系;6.5.3 香料的分类;香料的分类;6.5.4 调香中的常用术语;调香中的常用术语;6.5.5 香精的调配;香精的调配;6.5.6 香气的韵调;香气的韵调;6.5.7 香精的应用领域香精的
3、应用领域 复习:复习:12.112.4;12.6 预习:第预习:第13章章 教材:教材:12.212.5作业作业2024/4/9 周二36.1 表面活性剂基础6.1.1 表面活性剂的定义和分类(界面现象的本质)6.1.1.1 表面自由能与表面张力在在两两相相界界面面上上(特特别别是是气气-液液),处处处处存存在在一一种种表表面面紧紧缩缩力力,这这种种力力称称为为表表面面张张力力,它它垂垂直直作作用用于于表表面面上上的的任任意意线线段段,指指向液体方向并与表面相切向液体方向并与表面相切。单位:。单位:N/m把内部分子拉到表面上来需对该分子把内部分子拉到表面上来需对该分子做功,功的单位是做功,功的
4、单位是J/m2,称为,称为表面自表面自由能由能。由于由于J/m2=N m/m2=N/m,故表面自,故表面自由能又称为由能又称为表面张力表面张力或或界面张力界面张力,它,它们是一个性质的两种表现形式。们是一个性质的两种表现形式。2024/4/9 周二4界面化学:界面化学:在分子(原子)尺度上研究界面上的在分子(原子)尺度上研究界面上的物理和化学过程的科学。物理和化学过程的科学。界面现象:界面现象:由于界面层分子与内部分子性质不同由于界面层分子与内部分子性质不同而引起的在界面上发生的一些行为。而引起的在界面上发生的一些行为。常见的表面现象:荷叶上水滴会自动呈球形;荷叶上水滴会自动呈球形;肥皂泡呈球
5、形;肥皂泡呈球形;用洗涤剂能洗净污垢;用洗涤剂能洗净污垢;2024/4/9 周二52024/4/9 周二6表面和界面表面和界面 (surface and interface)界面:紧密接触的两相间几个分子厚的过渡区紧密接触的两相间几个分子厚的过渡区 表面:有一相为气体的界面有一相为气体的界面 常见的界面有常见的界面有 5 种:种:GL液体气体液体气体固体气体固体气体表面表面(surface)液体液体液体液体液体固体液体固体固体固体固体固体界面界面(interface)2024/4/9 周二71.气-液界面空气空气气气-液液界面界面2024/4/9 周二82.气-固界面气气-固界面固界面2024
6、/4/9 周二93.液-液界面液-液界面2024/4/9 周二10玻璃板玻璃板液液-固界面固界面4.液-固界面2024/4/9 周二115.固-固界面铁管铁管CrCr镀层镀层固固-固界面固界面2024/4/9 周二12例如:液体及其蒸气组成的表面例如:液体及其蒸气组成的表面液体内部分子所受力可彼此抵销,但液体内部分子所受力可彼此抵销,但表面分子受液相分子的引力大,受气相表面分子受液相分子的引力大,受气相分子的引力小,所以,分子的引力小,所以,表面分子受到被表面分子受到被拉入液相的作用力。拉入液相的作用力。界面层的分子所受界面层的分子所受合力不为零合力不为零,它们,它们比体相内分子具有更高能量。
7、比体相内分子具有更高能量。表面分子表面分子的能量较高!的能量较高!界面现象的本质:界面现象的本质:界面层分子所处环境与体相内部分子不同界面层分子所处环境与体相内部分子不同由于表面层分子受力不均衡,液滴趋向于呈球形,如,水银由于表面层分子受力不均衡,液滴趋向于呈球形,如,水银珠和荷叶上的水珠收缩为球形。珠和荷叶上的水珠收缩为球形。体积相等的立体形状中体积相等的立体形状中球形的表面积最小球形的表面积最小。2024/4/9 周二13表面张力表面张力 在两相界面上(特别是气在两相界面上(特别是气-液),处处存在一种表面液),处处存在一种表面紧缩力,这种力称为紧缩力,这种力称为表面张力表面张力,它,它垂
8、直作用于表面上的任垂直作用于表面上的任意线段,指向液体方向并与表面相切意线段,指向液体方向并与表面相切。用。用 或或 表示,单表示,单位:位:N/m2024/4/9 周二146.1.1.2 表面活性剂的定义和分类定义:能够吸附在系统(通常是水溶液)表面并定向排列,定义:能够吸附在系统(通常是水溶液)表面并定向排列,明显降低液体表面自由能(表面张力)的、具特殊结构的明显降低液体表面自由能(表面张力)的、具特殊结构的有机化合物称为表面活性剂。有机化合物称为表面活性剂。结构:同时具有两亲基团(亲水基和亲油基)。其中,亲结构:同时具有两亲基团(亲水基和亲油基)。其中,亲水基为极性基,亲油基为疏水基或憎
9、水基,常为水基为极性基,亲油基为疏水基或憎水基,常为C8C18非非极性长碳链。如十二烷基磺酸钠极性长碳链。如十二烷基磺酸钠C12H25SO4-Na+。疏水基疏水基亲水基亲水基2024/4/9 周二15 表面活性剂的分类表面活性剂的分类 按化学结构分为离子型和非离子型两大类,离子型又按化学结构分为离子型和非离子型两大类,离子型又可分为阳离子型、阴离子型和两性型表面活性剂。可分为阳离子型、阴离子型和两性型表面活性剂。1.离子型2.非离子型表面活性剂 显然显然,阳离子型和阴离子型表面活性剂不能混用,否阳离子型和阴离子型表面活性剂不能混用,否则可能发生沉淀而失去活性作用。则可能发生沉淀而失去活性作用。
10、阳离子型阴离子型两性型小极性头大极性头2024/4/9 周二16阳离子表面活性剂R-NH2HCl 伯胺盐 CH3|R-N-HCl 仲胺盐|H CH3|R-N-HCl 叔胺盐|CH3 CH3|R-N+-CH3Cl-季胺盐|CH32024/4/9 周二17两性表面活性剂R-NHCH2-CH2COOH 氨基酸型 CH3|R-N+-CH2COO-甜菜碱型|CH3阴离子表面活性剂RCOONa羧酸盐R-OSO3Na硫酸酯盐R-SO3Na磺酸盐R-OPO3Na2磷酸酯盐2024/4/9 周二18R-(C6H4)-O(C2H4O)nH烷基酚聚氧乙烯醚非离子表面活性剂R2N-(C2H4O)nH聚氧乙烯烷基胺R-
11、CONH(C2H4O)nH聚氧乙烯烷基酰胺R-COOCH2(CHOH)3H多元醇型R-O-(CH2CH2O)nH脂肪醇聚氧乙烯醚2024/4/9 周二196.1.2 关于表面活性剂的几个参数6.1.2.1 在液体表面上的定向排列 当表面活性剂的浓度较低时,表面活性剂一部分分子将当表面活性剂的浓度较低时,表面活性剂一部分分子将自动聚集于表面层,另一部分,分散在水中,憎水基团相自动聚集于表面层,另一部分,分散在水中,憎水基团相互接触,形成简单的聚集体。互接触,形成简单的聚集体。6.1.2.2 胶束的形状 增加浓度使表面活性剂在界面的吸附达到饱和时,表面活性增加浓度使表面活性剂在界面的吸附达到饱和时
12、,表面活性剂不能在表面继续富集,而是在溶液本体中,憎水基团剂不能在表面继续富集,而是在溶液本体中,憎水基团端会自端会自相结合,形成聚集体,使憎水基向里、亲水基向外相结合,形成聚集体,使憎水基向里、亲水基向外。这种多分这种多分子聚集体称为胶束子聚集体称为胶束。2024/4/9 周二206.1.2.3临界胶束浓度(CMC)将形成胶束所需要的最低表面活性剂的浓度称为将形成胶束所需要的最低表面活性剂的浓度称为临界胶束浓度。若若继续增加活性剂浓度继续增加活性剂浓度,表面张力不再降低表面张力不再降低,只会增加溶液,只会增加溶液中胶束的数量和大小中胶束的数量和大小。形成的胶束可呈形成的胶束可呈球状球状、棒状
13、、棒状、六角棒状六角棒状直至直至层状层状多种形状多种形状。2024/4/9 周二21 表面活性剂都是两亲分子,有不同的亲水和亲油基团,很表面活性剂都是两亲分子,有不同的亲水和亲油基团,很难用相同的单位来衡量难用相同的单位来衡量。Griffin(格里芬)提出用(格里芬)提出用HLB 值表示表面活性剂的亲水性值表示表面活性剂的亲水性。对于聚乙二醇型和多元醇型。对于聚乙二醇型和多元醇型非离子表面活性剂非离子表面活性剂的的HLB值计值计算公式为算公式为:Davies(戴维斯)把(戴维斯)把HLB数目作为结构因子的总和。他把数目作为结构因子的总和。他把表面活性剂结构分解为一些基因,每个基因对表面活性剂结
14、构分解为一些基因,每个基因对HLB值都有一值都有一定的贡献。定的贡献。7加上每个基团加上每个基团HLB值的代数和,可以算出表面活值的代数和,可以算出表面活性剂性剂HLB值,即:值,即:HLB值值=亲亲水基质量水基质量亲水基质量亲水基质量+憎水基质量憎水基质量100/5 6.1.2.4 亲水亲油平衡值(hydrophile lipophile balance)HLB=7+(各个基团的各个基团的HLB值值)2024/4/9 周二22一些基团的一些基团的HLB值值2024/4/9 周二23推论:推论:(无亲水性能的无亲水性能的)石蜡的石蜡的HLB=0;(完全是亲水基的完全是亲水基的)聚聚乙二醇的乙二
15、醇的HLB=20,所以非离子型表面活性剂的,所以非离子型表面活性剂的HLB介于介于020之间。之间。十二烷基硫酸钠的十二烷基硫酸钠的HLB=7+38.7-12*0.475=40(亲水性能很强亲水性能很强的的)。通常表面活性剂的通常表面活性剂的HLB=040;HLB值越小,亲油性值越小,亲油性越强;越强;HLB值越大,亲水性越强。值越大,亲水性越强。实践表明:实践表明:HLB10的表面活性剂是亲水性的;反之是亲油的表面活性剂是亲水性的;反之是亲油性的。性的。不同不同HLB值表面活性剂的用途值表面活性剂的用途(表表6.1)2024/4/9 周二246.1.3 表面活性剂的作用6.1.3.1 润湿作
16、用与接触角 在气、液、固三相交界点,气在气、液、固三相交界点,气-液与液液与液-固界面张力之固界面张力之间的夹角,称为间的夹角,称为接触角接触角,用用q表示。表示。2024/4/9 周二25 在A点,g-s力图使液滴铺展,而g-l和l-s则力图使液滴收缩,平衡时有下列关系 接触角可实验测量,也可用该式计算2024/4/9 周二262024/4/9 周二27铺展过程铺展过程固液气固液气固液气固液气固液气固液气固液气固液气固液气固液气固液气固液气液体在固体表面上的铺展液体在固体表面上的铺展2024/4/9 周二28润湿作用润湿作用 表面活性剂可以降低液体表面张力,改变接表面活性剂可以降低液体表面张
17、力,改变接触角的大小,从而达到所需的目的。触角的大小,从而达到所需的目的。例如,农药要润湿蜡质植物表面,需在农药例如,农药要润湿蜡质植物表面,需在农药中加表面活性剂;中加表面活性剂;制造防水材料,要在表面涂憎水的表面活性制造防水材料,要在表面涂憎水的表面活性剂,使接触角大于剂,使接触角大于90902024/4/9 周二296.1.3.2 起泡作用 “泡泡”是由液体薄膜包围着气体形成。有的表面活性是由液体薄膜包围着气体形成。有的表面活性剂和水可以形成一定强度的薄膜,包围着空气而形成泡沫,剂和水可以形成一定强度的薄膜,包围着空气而形成泡沫,这种活性剂称为这种活性剂称为起泡剂起泡剂。主要作用主要作用
18、:(1 1)降低表面张力)降低表面张力(2 2)使泡沫膜牢固,有一定的机械强度和弹性)使泡沫膜牢固,有一定的机械强度和弹性(3 3)使泡沫有适当的表面黏度)使泡沫有适当的表面黏度 2024/4/9 周二302024/4/9 周二316.1.3.3 增溶作用 非极性有机物如苯在水中溶解度很小,加入油酸钠等非极性有机物如苯在水中溶解度很小,加入油酸钠等表面活性剂后,苯在水中的溶解度大大增加,这称为表面活性剂后,苯在水中的溶解度大大增加,这称为增溶增溶作用作用。增溶作用与普通的溶解概念不同,增溶的苯不是均匀增溶作用与普通的溶解概念不同,增溶的苯不是均匀分散在水中,而是分散在油酸根分子形成的胶束中。分
19、散在水中,而是分散在油酸根分子形成的胶束中。X-X-射线衍射证实,增溶后各种胶束都有不同程度的增射线衍射证实,增溶后各种胶束都有不同程度的增大。大。2024/4/9 周二326.1.3.4 乳化作用 一种或几种液体以大于一种或几种液体以大于10-7 m直径的液珠分散在另直径的液珠分散在另一种不相混溶的液体中形成的一种不相混溶的液体中形成的粗分散粗分散系统称为系统称为乳状液乳状液。要使乳状液稳定存在必须加要使乳状液稳定存在必须加乳化剂乳化剂。习惯上,将不溶于水的有机物称为习惯上,将不溶于水的有机物称为油油。将以液珠形式不连续存在的分散相称为将以液珠形式不连续存在的分散相称为内相内相。将连续存在的
20、液相称为将连续存在的液相称为外相外相。2024/4/9 周二33 简单的乳状液通常分两大类:简单的乳状液通常分两大类:1.1.水包油乳状液水包油乳状液2.2.油包水油包水乳状液乳状液 用用O/W表示。内相为油,外相为水,这种乳状液能用水稀表示。内相为油,外相为水,这种乳状液能用水稀释,如牛奶等。释,如牛奶等。用用W/O表示。内相为水,外相为油,如油井中喷出的原油。表示。内相为水,外相为油,如油井中喷出的原油。2024/4/9 周二34检验水包油乳状液检验水包油乳状液加入水溶性染料如加入水溶性染料如亚甲基蓝,说明水亚甲基蓝,说明水是连续相。是连续相。加入油溶性的染料加入油溶性的染料红色苏丹红色苏
21、丹,说明,说明油是不连续相油是不连续相。2024/4/9 周二356.1.3.5 去污作用 去污过程是将带有污垢的固体,浸入水中,在洗涤剂的作用下,降低污垢与固体表面的界面张力,使污垢脱落而达到去污目的。2024/4/9 周二36A.水的表面张力大,对水的表面张力大,对油污润湿性能差,不容油污润湿性能差,不容易把油污洗掉。易把油污洗掉。B.加入表面活性剂后,加入表面活性剂后,憎水基团朝向衣物表面憎水基团朝向衣物表面和吸附在污垢上,使污和吸附在污垢上,使污垢逐步脱离表面。垢逐步脱离表面。C.污垢悬在水中或随泡污垢悬在水中或随泡沫浮到水面后被去除,沫浮到水面后被去除,洁净表面被活性剂分子洁净表面被
22、活性剂分子占领。占领。防止重新沉积。防止重新沉积。表面活性剂的去污过程表面活性剂的去污过程有有3步:步:污垢污垢衣物衣物2024/4/9 周二376.2 洗涤剂 定义:能够促尽和提高洗涤作用的一类物质,是人们日常定义:能够促尽和提高洗涤作用的一类物质,是人们日常生活和工业生产中不可缺少的日用化学品,称为生活和工业生产中不可缺少的日用化学品,称为洗涤剂洗涤剂。由多种材料配伍而成的混合物。可分为由多种材料配伍而成的混合物。可分为两大类两大类:主要原料:起洗涤作用的各种表面活性剂。主要原料:起洗涤作用的各种表面活性剂。辅助原料:在洗涤过程中发挥助洗作用或某些特殊功能,如辅助原料:在洗涤过程中发挥助洗
23、作用或某些特殊功能,如柔软、增白等。柔软、增白等。2024/4/9 周二386.2.1 洗涤剂的配方设计污垢的种类(油污,汗渍,血迹,草汁,等)与性质;污垢的种类(油污,汗渍,血迹,草汁,等)与性质;基体的结构与类型(棉麻,化纤,毛纺,餐具,等);基体的结构与类型(棉麻,化纤,毛纺,餐具,等);洗涤方式(洗衣机,手搓,超声,浸泡,干洗,等);洗涤方式(洗衣机,手搓,超声,浸泡,干洗,等);成本低廉。成本低廉。2024/4/9 周二396.2.2 肥皂 (高级脂肪酸盐高级脂肪酸盐RCOOM,M=Na+,K+,NH4+,具有洗涤、,具有洗涤、去污、清洁作用去污、清洁作用)金属皂:金属皂:Ca、Mg
24、、Fe、Mn等脂肪酸盐,不溶等脂肪酸盐,不溶于水,农药乳化剂、金属润滑剂于水,农药乳化剂、金属润滑剂6.2.2.1 种类洗衣皂,香皂,药皂,透明皂,药香皂,儿童皂,等。洗衣皂,香皂,药皂,透明皂,药香皂,儿童皂,等。6.2.2.2 肥皂配方的确定原则使用效果:去污力强;使用效果:去污力强;顾客心理:泡沫丰富顾客心理:泡沫丰富,气味芬芳气味芬芳,色泽悦目色泽悦目,密度大有重感;密度大有重感;贮存稳定性:坚硬不变形,不起霜不出汗,不酸败;贮存稳定性:坚硬不变形,不起霜不出汗,不酸败;加工便利性:降低成本,易加工成型,等。加工便利性:降低成本,易加工成型,等。2024/4/9 周二406.2.2.3
25、 原料与反应肥皂的核心成分是肥皂的核心成分是皂化油脂皂化油脂,它是油脂水解为脂肪酸,它是油脂水解为脂肪酸 和甘油后与氢氧化钠和甘油后与氢氧化钠(钾钾)的反应产物;的反应产物;油脂又称甘油三酸脂。且称室温下为液态的为油,室温下为油脂又称甘油三酸脂。且称室温下为液态的为油,室温下为固态的为脂;通常油、脂混称;固态的为脂;通常油、脂混称;从动物体中获得的通常为固体从动物体中获得的通常为固体(含含饱和脂肪酸多,熔点高饱和脂肪酸多,熔点高).;从;从植物中提取出的通常为液体植物中提取出的通常为液体(含含不饱和脂肪酸多,熔点低不饱和脂肪酸多,熔点低);肥皂的制造(肥皂的制造(常用动物油常用动物油)2024
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