新表面活性剂概述学习教案.pptx

会计学1新表面新表面(biomin)活性剂概述活性剂概述第一页，共37页。主要参考主要参考:表面活性剂应用原理，肖进新等表面活性剂应用原理，肖进新等,化学工业化学工业(huxu gngy)出版社，出版社，2003表面活性剂作用原理，赵国玺等表面活性剂作用原理，赵国玺等,中国轻工业中国轻工业出版社，出版社，2003表面活性剂表面活性剂-合成合成性能性能应用应用,王培义等，王培义等，化学工业化学工业(huxu gngy)出版社出版社,2007 其它参考：其它参考：曾毓华曾毓华.氟碳表面活性剂氟碳表面活性剂.北京：北京：化学工业化学工业(huxu gngy)出版社出版社.2001 梁治齐梁治齐.功能性表面活性剂功能性表面活性剂.北京：中国轻工北京：中国轻工业出版社业出版社.2002 杜巧云，葛虹杜巧云，葛虹.表面活性剂基础及应用表面活性剂基础及应用.北京：北京：中国石化出版社中国石化出版社.1996 徐燕莉徐燕莉.表面活性剂的功能表面活性剂的功能.北京：化学工业北京：化学工业(huxu gngy)出版社出版社.2000第1页/共37页第二页，共37页。第一章：表面(biomin)活性剂基础1.1 1.1 表面表面(biomin)(biomin)活性剂概活性剂概念念1.2 1.2 表面表面(biomin)(biomin)活性剂分类活性剂分类1.3 1.3 表面活性剂国内外发展现状表面活性剂国内外发展现状第2页/共37页第三页，共37页。当任意两相接触时当任意两相接触时,两相之间决非是一个没有厚度的纯两相之间决非是一个没有厚度的纯几何面几何面,而是一个具有相当厚度的过渡区而是一个具有相当厚度的过渡区,这一过渡区这一过渡区通常称之为界面。若其中一相为气体，这种界面通常称通常称之为界面。若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。但由于历史的原因为表面。但由于历史的原因,这两个这两个(lin)(lin)概念常概念常常混用。常混用。常见常见(chn jin)(chn jin)的界面有：气的界面有：气-液界面，气液界面，气-固界固界面，液面，液-液界面，液液界面，液-固界面，固固界面，固-固界面。固界面。第3页/共37页第四页，共37页。n n界面(jimin)：相与相之间的分界面(jimin)n n界面(jimin)气/液气/固液/液固/固固/液表面(biomin)谁见过没有谁见过没有(mi yu)皮的馒皮的馒头头?第4页/共37页第五页，共37页。处于任何相态的任何物质的表面与其体相相比较,二者在组成、结构、分子所处的能量状态和受力情况等方面均有差别，由此而产生的各种物理和化学现象(xinxing)称之为表面(界面)现象(xinxing)。1g H2O 1g H2O 表面积表面积(m2)(m2)表面能表面能(J)(J)呈一球形水滴呈一球形水滴(shu d)4.8410-4 (shu d)4.8410-4 3.510-53.510-510-7 m10-7 m微小质点微小质点 6000 434 6000 434 表面现象涉及的范围很广：自然现象、工农业生产(shngchn)过程、生理现象、科学研究、多相催化甚至日常生活第5页/共37页第六页，共37页。常见(chn jin)的表面现象有：在光滑玻璃上的微小汞滴会自动在光滑玻璃上的微小汞滴会自动(zdng)呈球形呈球形脱脂棉易于杯水润湿脱脂棉易于杯水润湿水在玻璃毛细管中会自动水在玻璃毛细管中会自动(zdng)上升上升固体表面会自动固体表面会自动(zdng)的吸附其他物质的吸附其他物质微小的液滴易于蒸发微小的液滴易于蒸发微小晶体溶解度大等等微小晶体溶解度大等等第6页/共37页第七页，共37页。表面(biomin)活性剂基础表面：把一个相和它本身蒸汽表面：把一个相和它本身蒸汽(zhn q)(zhn q)接触的分界面称接触的分界面称之。之。界面：把一相与另一相界面：把一相与另一相(结构不同结构不同)接触的分界面称之。接触的分界面称之。特点：表面结构复杂，性质相差悬殊，研究固体特点：表面结构复杂，性质相差悬殊，研究固体(gt)表面比研表面比研究液体表面困难，难以定量描述。究液体表面困难，难以定量描述。习惯上把液习惯上把液-气界面、固气界面、固-气界面称为液体表面和固体表面。表面气界面称为液体表面和固体表面。表面可以由一系列的物理化学数据来描述（表面积、表面组成、可以由一系列的物理化学数据来描述（表面积、表面组成、表面张力、表面自由能、熵、焓等），表面与界面的组成和表面张力、表面自由能、熵、焓等），表面与界面的组成和结构对其性能有着重要的影响。结构对其性能有着重要的影响。1.1 表面活性剂概念第7页/共37页第八页，共37页。例如：石英的粉碎。1kg直径(zhjng)为102米变成109米，表面积 和表面能增加143倍。由于高分散系比低分散系能量高得多，必然使物系由于分散度的变化而使性质方面有很大差别。物理性质：熔点、沸点、蒸汽压、溶解度、吸附、润湿和烧结等化学性质：化学活性、催化、固相反应 等 表面(biomin)活性剂基础在一般的情况下，界面的质量(zhling)和性质与体相相比可以忽略，但当物质被高度分散时，界面的现象很明显。对一定质量的物质而言，分散度越高，其表面积就越大，表面效应也就越明显。第8页/共37页第九页，共37页。1g 1g 粉料粉料粉料粉料 表面积表面积表面积表面积 常规常规常规常规 15m2 15m2 um 90m2 um 90m2 nm 180m2 nm 180m2 1g1g粉料具有如此大的空间，其界面粉料具有如此大的空间，其界面粉料具有如此大的空间，其界面粉料具有如此大的空间，其界面(jimin)(jimin)占据总体积占据总体积占据总体积占据总体积5050以上，奇特的表面效应以上，奇特的表面效应以上，奇特的表面效应以上，奇特的表面效应 表面(biomin)活性剂基础第9页/共37页第十页，共37页。比表面积As反比于d；d，比表面积，表面原子所占百分数颗粒尺寸小于 0.1微米时，表面效应(xioyng)将不容忽略 表面(biomin)活性剂基础物质(wzh)的分散度可用比表面积来表示As第10页/共37页第十一页，共37页。超微颗粒表面与大块物体不同：超微颗粒表面与大块物体不同：超微颗粒表面与大块物体不同：超微颗粒表面与大块物体不同：高倍率电子显微镜下：金高倍率电子显微镜下：金高倍率电子显微镜下：金高倍率电子显微镜下：金-1nm-1nm，实时观察，实时观察，实时观察，实时观察 无固定的形态，随时间变化会自动成各种形状（如立无固定的形态，随时间变化会自动成各种形状（如立无固定的形态，随时间变化会自动成各种形状（如立无固定的形态，随时间变化会自动成各种形状（如立方体、八面体，十面体，二十面体多孪晶等），不同方体、八面体，十面体，二十面体多孪晶等），不同方体、八面体，十面体，二十面体多孪晶等），不同方体、八面体，十面体，二十面体多孪晶等），不同于一般固体、液体，是一种准固体；在电镜电子束照于一般固体、液体，是一种准固体；在电镜电子束照于一般固体、液体，是一种准固体；在电镜电子束照于一般固体、液体，是一种准固体；在电镜电子束照射下，表面原子仿佛射下，表面原子仿佛射下，表面原子仿佛射下，表面原子仿佛(fngf)(fngf)进入了进入了进入了进入了“沸腾沸腾沸腾沸腾”状态状态状态状态 大于大于大于大于1010纳米后，微颗粒状态稳定纳米后，微颗粒状态稳定纳米后，微颗粒状态稳定纳米后，微颗粒状态稳定 表面(biomin)活性剂基础第11页/共37页第十二页，共37页。n n【EgEgEgEg】表面效应导致纳米金属特殊的光学性能】表面效应导致纳米金属特殊的光学性能】表面效应导致纳米金属特殊的光学性能】表面效应导致纳米金属特殊的光学性能n n大块金属光泽、色泽：对可见光不同波长光反射与吸收能力不同大块金属光泽、色泽：对可见光不同波长光反射与吸收能力不同大块金属光泽、色泽：对可见光不同波长光反射与吸收能力不同大块金属光泽、色泽：对可见光不同波长光反射与吸收能力不同n nCuCuCuCu紫红；金紫红；金紫红；金紫红；金黄；铅黄；铅黄；铅黄；铅银白带蓝银白带蓝银白带蓝银白带蓝n n各种纳米金属屑几乎各种纳米金属屑几乎各种纳米金属屑几乎各种纳米金属屑几乎(jh)(jh)(jh)(jh)全呈黑色全呈黑色全呈黑色全呈黑色n n原因：强吸收率，低反射率导致粒子变黑原因：强吸收率，低反射率导致粒子变黑原因：强吸收率，低反射率导致粒子变黑原因：强吸收率，低反射率导致粒子变黑黄色黄色(hungs)大块金大块金黄绿色微米黄绿色微米(wi m)粒子粒子黑色纳米粒子黑色纳米粒子 表面活性剂基础第12页/共37页第十三页，共37页。【Eg】表面高活性导致纳米（超微）颗粒】表面高活性导致纳米（超微）颗粒的迅速氧化燃烧的迅速氧化燃烧/甚至空气中自燃甚至空气中自燃防止：通过防止：通过(tnggu)表面包裹防止自燃表面包裹防止自燃Li Li粉厂突然粉厂突然(trn)(trn)自燃自燃 表面(biomin)活性剂基础第13页/共37页第十四页，共37页。n n利用表面活性，超微颗粒可成为利用表面活性，超微颗粒可成为(chngwi)新一代高效催化剂新一代高效催化剂/贮气材料贮气材料/低熔点材料低熔点材料n n 表面界面效应十分重要表面界面效应十分重要 表面(biomin)活性剂基础第14页/共37页第十五页，共37页。表面与界面起突出作用的新型材料，如薄膜、多层膜、超晶格、超细微粒与纳米材料等发展如日中天新物理现象、新效应巨大(jd)应用潜力 表面(biomin)活性剂基础第15页/共37页第十六页，共37页。1.2 1.2 1.2 1.2 表面表面表面表面(biomin)(biomin)(biomin)(biomin)活性剂的分类活性剂的分类活性剂的分类活性剂的分类171.2.1 表面活性剂按离子(lz)类型分类表面(biomin)活性剂离子型非离子型阴离子型:阳离子型:两性型:十二烷基苯磺酸钠 苄基三甲基氯化铵 十二烷基甜菜碱第16页/共37页第十七页，共37页。1.2.2 1.2.2 1.2.2 1.2.2 按亲水基的结构按亲水基的结构按亲水基的结构按亲水基的结构(jigu)(jigu)(jigu)(jigu)分类分类分类分类18表1-1 按亲水基结构分类的表面(biomin)活性剂类型亲水基团类型亲水基团结构表面活性剂实例羧酸盐型磺酸盐型硫酸酯盐型磷酸酯盐型 单酯双酯 第17页/共37页第十八页，共37页。19胺盐型伯胺盐 仲胺盐 叔胺盐 季铵盐 鎓盐型鏻化合物 鉮化合物 锍化合物 碘鎓化合物多羟基型聚氧乙烯型 注：注：M为碱金属离子为碱金属离子(lz)或铵离子或铵离子(lz)，X为为Cl、Br、I、CH3COO或或HSO4等等 第18页/共37页第十九页，共37页。1.2.3 1.2.3 按疏水基种类按疏水基种类(zhngli)(zhngli)分类分类（1 1）直链烷基：）直链烷基：CnH2n+1CnH2n+1，n n8 82020；（2 2）支链烷基：）支链烷基：CnH2n+1CnH2n+1，n n8 82020；（3 3）烷基苯基：）烷基苯基：，R RCnH2n+1CnH2n+1，n n8 81616；（4 4）烷基萘基：）烷基萘基：，R RCnH2n+1CnH2n+1，n3n3；（5 5）松香衍生物；）松香衍生物；（6 6）高分子量聚氧丙烯基：）高分子量聚氧丙烯基：(OC3H7)n(OC3H7)n；（7 7）长链代烷基：）长链代烷基：CnF2n+1CnF2n+1，n n6 61010；（8 8）聚硅氧烷基：）聚硅氧烷基：20第19页/共37页第二十页，共37页。1.2.4 1.2.4 按表面活性剂的特殊性分类按表面活性剂的特殊性分类（1 1）碳氟表面活性剂）碳氟表面活性剂 CF3(CF2)6COONa CF3(CF2)6COONa 全氟代辛酸全氟代辛酸(xn sun)(xn sun)钠钠 （2 2）含硅表面活性剂）含硅表面活性剂（3 3）高分子表面活性剂）高分子表面活性剂 分子量高于分子量高于10001000的表面活性剂的表面活性剂,主要类型有聚乙主要类型有聚乙 烯醇、聚烯醇、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯等丙烯酰胺、聚丙烯酸酯等21第20页/共37页第二十一页，共37页。（4 4）生物表面活性剂）生物表面活性剂 生物表面活性剂是细菌、酵母生物表面活性剂是细菌、酵母(jiom)(jiom)和真菌等和真菌等微生物代谢产物过程中产生的。微生物代谢产物过程中产生的。（5 5）冠醚型表面活性剂）冠醚型表面活性剂22烷基烷基(wn j)(wn j)1212冠冠4 4第21页/共37页第二十二页，共37页。按照按照按照按照(nzho)(nzho)(nzho)(nzho)表面活性剂的溶解性能可将其分为水溶表面活性剂的溶解性能可将其分为水溶表面活性剂的溶解性能可将其分为水溶表面活性剂的溶解性能可将其分为水溶性和油溶性表面活性剂；性和油溶性表面活性剂；性和油溶性表面活性剂；性和油溶性表面活性剂；按照按照按照按照(nzho)(nzho)(nzho)(nzho)分子量可分为低分子和高分子表面活性分子量可分为低分子和高分子表面活性分子量可分为低分子和高分子表面活性分子量可分为低分子和高分子表面活性剂；剂；剂；剂；按照按照按照按照(nzho)(nzho)(nzho)(nzho)应用功能可分为乳化剂、洗涤剂、润湿应用功能可分为乳化剂、洗涤剂、润湿应用功能可分为乳化剂、洗涤剂、润湿应用功能可分为乳化剂、洗涤剂、润湿剂、发泡剂、消泡剂、分散剂、絮凝剂、渗透剂及增剂、发泡剂、消泡剂、分散剂、絮凝剂、渗透剂及增剂、发泡剂、消泡剂、分散剂、絮凝剂、渗透剂及增剂、发泡剂、消泡剂、分散剂、絮凝剂、渗透剂及增溶剂等。溶剂等。溶剂等。溶剂等。231.2.5 其它分类(fn li)方法第22页/共37页第二十三页，共37页。1.3 1.3 1.3 1.3 表面活性剂的国内外发展表面活性剂的国内外发展表面活性剂的国内外发展表面活性剂的国内外发展(fzhn)(fzhn)(fzhn)(fzhn)状况状况状况状况1.3.1 1.3.1 世界世界(shji)(shji)表面活性剂工业的发展状况表面活性剂工业的发展状况1.3.2 1.3.2 我国表面活性剂工业的现状及发展趋势我国表面活性剂工业的现状及发展趋势24第23页/共37页第二十四页，共37页。1.3.1 1.3.1 1.3.1 1.3.1 世界表面活性剂工业世界表面活性剂工业世界表面活性剂工业世界表面活性剂工业(gngy)(gngy)(gngy)(gngy)的发展状况的发展状况的发展状况的发展状况n n世界表面活性剂工业是在第二次世界大战期间，世界表面活性剂工业是在第二次世界大战期间，由于制皂的油脂十分匮乏而得以发展。由于制皂的油脂十分匮乏而得以发展。n n二次世界大战之后二次世界大战之后(zhhu)(zhhu)形成了独立的工业体形成了独立的工业体系，并随着石油化学工业的发展而日趋完善，与系，并随着石油化学工业的发展而日趋完善，与合成橡胶、合成纤维一起成为新兴的化工产品。合成橡胶、合成纤维一起成为新兴的化工产品。n n目前全世界表面活性剂的品种有目前全世界表面活性剂的品种有60006000多种，商品多种，商品牌号上万种，年产量接近牌号上万种，年产量接近12001200万吨。万吨。25第24页/共37页第二十五页，共37页。n n在品质、质量、产量等方面均得到在品质、质量、产量等方面均得到(d do)(d do)了迅了迅速发展速发展n n由于表面活性剂具有润湿、乳化、去污、分散等由于表面活性剂具有润湿、乳化、去污、分散等特性，被称为工业味精。特性，被称为工业味精。n n目前全世界表面活性剂的品种有目前全世界表面活性剂的品种有60006000多种，商品多种，商品牌号上万种，年产量接近牌号上万种，年产量接近12001200万它的应用领域在万它的应用领域在不断的扩大。不断的扩大。n n表面活性剂作用：家用占表面活性剂作用：家用占50%50%，个人护理，个人护理6%6%，工，工业与公共设施用占业与公共设施用占40%-50%40%-50%。n n从品种上，世界表面活性剂以阴离子为主，其次从品种上，世界表面活性剂以阴离子为主，其次是非离子，阳离子和两性消费最小。是非离子，阳离子和两性消费最小。n n国外朝专用性和功能性发展。国外朝专用性和功能性发展。26第25页/共37页第二十六页，共37页。27 表面(biomin)活性剂已成为精细化工的一个重要分支，亦是精细化工的一个基础学科。可应用于洗涤（工业和家用）、纺织、印染、皮革加工、矿选、金属加工、石油开采与精制、建筑、食品、制药、造纸、油漆油墨、涂料等工业。第26页/共37页第二十七页，共37页。1.3.1 1.3.1 1.3.1 1.3.1 世界世界世界世界(shji)(shji)(shji)(shji)表面活性剂工业的发表面活性剂工业的发表面活性剂工业的发表面活性剂工业的发展状况展状况展状况展状况28表1-2 世界各地表面(biomin)活性剂的消费情况1995年2000年2005年消费量（万吨）占市场份额（）消费量（万吨）占市场份额（）消费量（万吨）占市场份额（）北美27029.029026.931024.8西欧20021.522020.424019.2亚洲29031.236033.344035.2其它17018.321019.426020.8合计930100.01080100.01250100.0第27页/共37页第二十八页，共37页。n n我国表面活性剂始于我国表面活性剂始于2020世纪世纪5050年代末年代末6060年代初。年代初。19581958年中科年中科院植物保护研究所开发成功我国第一个表面活性剂蓖麻油聚院植物保护研究所开发成功我国第一个表面活性剂蓖麻油聚氧乙烯醚，标志着我国表面活性剂工业的形成。氧乙烯醚，标志着我国表面活性剂工业的形成。n n“七五七五”和和“八五八五”通过引进国外先进的三氧化硫连续磺化通过引进国外先进的三氧化硫连续磺化装置、乙氧基化装置、油脂水解装置、以及脂肪装置、乙氧基化装置、油脂水解装置、以及脂肪(zhfng)(zhfng)醇、醇、脂肪脂肪(zhfng)(zhfng)胺和烷基酚的生产装置，使我国多种表面活性胺和烷基酚的生产装置，使我国多种表面活性剂基本原料的生产能力达到世界水平，解决了原料问题。剂基本原料的生产能力达到世界水平，解决了原料问题。n n 九十年代后品种的数量增长较快，从九十年代后品种的数量增长较快，从19901990年的年的290290种增加至种增加至现在的现在的20002000多种。多种。291.3.2 我国表面(biomin)活性剂工业的现状及发展趋势第28页/共37页第二十九页，共37页。（1 1）表面活性剂的品种少，产量）表面活性剂的品种少，产量(chnling)(chnling)低，不低，不能满足国内需求能满足国内需求 （2 2）人均消费水平低，美国）人均消费水平低，美国13.9Kg 13.9Kg 日本日本9.7Kg 9.7Kg 中国中国0.5Kg0.5Kg（3 3）产品结构不合理）产品结构不合理,高档产品少，低档产品多高档产品少，低档产品多（4 4）工业应用比例偏低）工业应用比例偏低（5 5）基础理论研究比较薄弱，缺乏复配和深加工技术）基础理论研究比较薄弱，缺乏复配和深加工技术的理论指导，生产工艺落后的理论指导，生产工艺落后30主要(zhyo)差距：第29页/共37页第三十页，共37页。31 （1）调整产品结构；（2）加强应用基础理论研究。复配、新产品开发；（3）将应用基础研究与应用开发有机结合起来；（4）积极开发专用化和功能化表面活性剂。提高产品档次和性能；（5）大力(dl)开发绿色表面活性剂和生物表面活性剂。具有高活性，生物降解好、低毒、无刺激、可再生，绿色产品；今后我国表面活性剂的发展(fzhn)主要有以下几方面：第30页/共37页第三十一页，共37页。表面表面表面表面(bi(bi omin)omin)活性剂的发展活性剂的发展活性剂的发展活性剂的发展 我国表面活性剂“十一五”发展规划(guhu)(黄洪周,全国工业表面活性剂中心,辽宁大连)摘要:介绍我国表面活性剂工业的生产和发展现状、以及发展特点。我国表面活性剂产量已居世界第二位,全行业装备水平有了较大提高,且能生产50大系列所有常规表面活性剂,目前正在向绿色化、多功能、专用化方向发展。对我国表面活性剂工业存在的问题和差距进行了分析,并提出了相应的对策和措施。第31页/共37页第三十二页，共37页。第32页/共37页第三十三页，共37页。2.我国是表面活性剂进口(jn ku)大国,出口小国我国每年进口(jn ku)大量表面活性剂,2004 年进口(jn ku)206565 t,用外汇31807 万美元,2005 年达231151 t,用外汇39041万美元;而出口却很少,2005 年出口73191 t,创汇仅8387万美元,出口量是进口(jn ku)量的1/3,出口额是进口(jn ku)额的不到1/5。第33页/共37页第三十四页，共37页。存在存在(cnzi)问题和差距问题和差距1.我国现在是表面活性剂生产大国我国现在是表面活性剂生产大国,但不是强国但不是强国表面活性剂人均拥有量尽管由表面活性剂人均拥有量尽管由1994年的年的0.138kg/a上升到上升到2005 年的年的2.3kg/a,但与世界表面活但与世界表面活性剂强国相比性剂强国相比,仍有较大差距仍有较大差距,如我国表面活性剂人均拥有量是美国的如我国表面活性剂人均拥有量是美国的1/13,不到日本的不到日本的1/4。第34页/共37页第三十五页，共37页。3.表面活性剂原料短缺,仍需大量进口4.产品和装备更新换代任务仍很繁重大型乙氧基化装置已进口11 套,大型磺化装置进口60套5.缺乏(quf)国际竞争力,市场占有率低无跨国公司6.科研项目多,对外公开成果少,产业化更少第35页/共37页第三十六页，共37页。如何发展我国表面活性剂工业如何发展我国表面活性剂工业:1.调整产业结构调整产业结构,降低生产成本是我国大宗表面活性剂生产企业的当降低生产成本是我国大宗表面活性剂生产企业的当务之急务之急 发展磺化、乙氧基化、烷基化、聚醚合成，充分利用现有装置开发新发展磺化、乙氧基化、烷基化、聚醚合成，充分利用现有装置开发新产品，生产需求量大及性能产品，生产需求量大及性能(xngnng)好的产品。好的产品。国外，烷基酚醚产量逐渐降低而我国的能力尚不能满足国内需求，但国外，烷基酚醚产量逐渐降低而我国的能力尚不能满足国内需求，但在考虑相关项目时应充分注意其环境制约因素。在考虑相关项目时应充分注意其环境制约因素。2.加强应用基础研究和应用研究是促进新型表面活性剂产业化的重要加强应用基础研究和应用研究是促进新型表面活性剂产业化的重要途径途径3.加强复配技术研究和专用表面活性剂的开发加强复配技术研究和专用表面活性剂的开发4.强强联合，形成表面活性剂行业的航空母舰强强联合，形成表面活性剂行业的航空母舰 高校今后的发展特别是科研工作，应该坚持“顶天立地”的方向。所谓“顶天”，就是要高度重视现代科学和技术前沿的研究，围绕国家战略需求，不断创造国内外高水平成果；所谓“立地”，就是要高度重视面向国民经济和社会发展主战场，切实解决发展实践中大量(dling)的科技问题。周济：高校科研“弯下腰来”摘自：人民日报2006年12月6日第十版第36页/共37页第三十七页，共37页。