2022年界面现象在精细化工中的应用 .pdf
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1、仲恺农业工程学院论文题目:表面活性剂在农药、化妆品、油田中的应用论文作者:李镇晓廖春铄作者学号: 200911034121 200911034101 所在院系:化学化工学院专业班级:化学工程与工艺091 班指导老师:林轩精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 14 页表面活性剂在农药、化妆品、油田中的应用第 1 页 共 13 页表面活性剂在农药、化妆品、油田中的应用化学工程与工艺 091 班李镇晓廖春铄【摘要】:在精细化工生产中界面现象的应用通常表现为通过表面活性剂来影响反应进程。本文介绍了界面现象及表面活性剂的特点,主要说明表
2、面活性剂在农药、化妆品、油田中的应用。进一步说明表面活性剂的发展现状及未来展望。【Abstract 】: In fine in the phenomenon of chemical production interface applications usually manifests itself through surface-active agent to affect the reaction process. This article introduces the interface phenomenon and surface-active agent of the main exp
3、lanation surface-active agent of the pesticides, cosmetics, the application of oil fields. Further explanation surface-active agent of the development of the present and future outlook. 【关键词】:界面现象表面活性剂应用发展前景【Key words】:Interface phenomenon surface-active agent application and development prospects 【
4、前言】:表面活性剂是精细化工的重要产品,素有“工业味精”之称,它几乎渗透到一切技术经济部门。当今表面活性剂的世界产量已远远超过百万吨,品种在万种以上。随着石油化工工业的迅速发展、科学技术的进步和人类物质文明生活的不断提高,表面活性剂工业还将必有一个新的飞跃发展,产品数量将迅速猛增,品种将显著增多。日常生活、工业生产过程中的许多现象,如润湿、乳化、增溶、起泡、吸附、渗透、分散、润滑、洗净等等,莫不与界面和表面活性剂密切相关。表面活性剂具有湿润、乳化、分散、增溶、起泡消泡、渗透、洗涤、抗静电、润滑、杀菌、医疗等一系列优越性能,在工业、农业、卫生和科学技术部门应用可起到改进生产工艺、降低消耗、节约能
5、源、降低劳动力、增加产量、提高品质和附加价值等作用,不但大大提高生产率,还会收到极佳的经济效益。1. 界面现象Interface Phenomena1-91.1. 定义:界面( 相界面/ 界面相 ) :密切接触的两相之间的过渡区( 约几个分子的厚度) 。1.2. 分类:界面的类型:气液、气固、液液、液固、固固表面。1.3.在两相间进行传质时,一般假定界面本身并不产生阻力,而且在界面上两相是达到相平衡的关系的。流体沿静止的固体壁流动并无传质作用时,流- 固直接接触面也称界面。物理上的界面不只是指一个几何分界面,而是指一个薄层, 这种分界的表面 (界面)具有和它两边基体不同的特殊性质。因为物体界面
6、原子和内部原子受到的作用力不同,它们的能量状态也就不一样, 这是一切界面现象存在的原因。界面层的克分子自由能较内部大, 这种过剩的自由能称为界面自由能,简称界面能。 单位界面面积上精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 14 页表面活性剂在农药、化妆品、油田中的应用第 2 页 共 13 页的界面能称比界面能,即增加单位界面面积所需的功。1-2 1.4. 表面吉布斯自由能和表面张力3-91.4.1. 表面功、表面吉布斯自由能、表面张力3-5气相 B 液体都有自动缩小其表面积的趋势液相 dA s = W ? r = dG T,P A
7、 表面功,BsTPnGA 称为比表面吉布斯自由能,单位:J . m 2 ,物理意义:定温定压定组成条件下,系统增加单位表面积时所增加的吉布斯自由能,也即单位面积表面层的分子比相同数量的内部分子所多出来的那部分能量。如:20的纯水, = 0.07275 1g (10 6 m3) 球形水滴半径 1 nm 的小水滴半径 0.62 cm 1 nm 个数 1 2.39 1020 表面积 4.83 10 4 m2 3.01 103 m2 G = As = 219 J (相当于使这 1g 水升温 52.4 K) 系统比表面越大,能量越高,越不稳定。粉尘爆炸极限:淀粉 / 硫磺 7mg/L空气,面粉 / 糖粉
8、 10,煤粉 17。W ? r = dAs = . 2l dx l F W ? r = F dx dx 2Fl力总长 称为表面张力 surface tension,单位: N . m 1 ,物理意义:垂直作用于单位长度相界面上的表面紧缩张力。单位面积的表面功、比表面吉布斯自由能、表面张力:数值、量纲相同,物理意义、单位不同。1.4.2. 表面张力的影响因素6相互接触的两相物质的性质、温度、压力等。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 14 页表面活性剂在农药、化妆品、油田中的应用第 3 页 共 13 页1.4.3. 表面张力的
9、测定方法7最大气泡压力法、毛细管升高法、滴重(体积) 法、拉环法等。1.4.4. 接触角 contact angle 与润湿作用 wetting 8l-g 气液气液s-g固l-s固接触角 : 气、液、 固三相交界处 (O 点) 气液界面和固液界面之间的夹角。接触角越小,表明液体对固体的润湿程度越高。通常以 = 90o (半球状 ) 为分界线: 90o 为不润湿, = 180o (球状) 为完全不润湿。润湿对人类生活和生产( 洗涤/ 印染/ 焊接/ 机械润滑 / 注水采油等 ) 起着十分重要的作用。1.4.5. 分散度:比表面s A m Vsa表面积质量或 体积多孔硅胶 300700 ,活性炭
10、10002000 m2 . g 19 2. 表面活性剂10-142.1. 定义:表面活性是指使溶剂的表面张力降低的性质。能显著降低溶剂(一般为水)表面张力和液液界面张力的物质称为表面活性剂。表面活性剂具有亲水、 亲油的性质,能起乳化、分散、增溶、洗涤、润湿、发泡、消泡、保湿、润滑、杀菌、柔软、拒水、抗静电、防腐蚀等一系列作用。2.2. 特性:从结构上看,所有的表面活性剂分子都是由极性的亲水基和非极性的憎水剂两部分组成的。亲水基使分子引入水,而憎水基使分子离开水,即引入油,因此它们是两亲分子。 表面活性剂分子的亲油基一般是由碳氢原子团,即烃基构成, 而亲水基种类繁多, 通常分为离子型和非离子型两
11、大类。此外,还有一些特殊类型的表面活性剂。11O O 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 14 页表面活性剂在农药、化妆品、油田中的应用第 4 页 共 13 页单位面积2.3. 吉布斯吸附等温式 Gibbs adsorption formula (1876)12cdRTdc浓度 (严格来说应是活度 ) 溶质的表面吸附量或表面超量 surface excess :单位面积表面层所含溶质的量与同量溶剂在溶液本体所含溶质的量之差。2.4. 表面活性剂在溶液表面的吸附等温线: 0 c 2.5. 表面活性剂分子的横截面积:1mmaL长
12、碳氢链有机化合物分子的am皆约 0.205nm2 2.6. 表面活性物质 surface-active agent 13-14高级脂肪酸盐磺酸盐阴离子表面活性剂硫酸酯盐磷酸酯盐脂肪酰 - 肽缩合物胺盐型阳离子离子型阳离子表面活性剂季铵盐型阳离子m 1mkckc1111mmkc精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 14 页表面活性剂在农药、化妆品、油田中的应用第 5 页 共 13 页氨基酸型甜菜碱型两性表面活性剂咪唑啉型氧化胺长链脂肪醇聚氧乙烯醚烷基酚聚氧乙烯醚聚已二醇型脂肪酸聚氧乙烯酯聚氧乙烯烷基胺非离子型聚氧乙烯烷基醇酰胺甘
13、油脂肪酸酯多元醇型季戊四醇脂肪酸酯蔗糖脂肪酸酯氟表面活性剂特殊类型表面活性剂硅表面活性剂氨基酸系表面活性剂精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 14 页表面活性剂在农药、化妆品、油田中的应用第 6 页 共 13 页3. 表面活性剂的应用15-183.1. 增溶要求: CCMC ( HLB1318)临界胶束浓度(CMC ):表面活性剂分子缔合形成胶束的最低浓度。当其浓度高于 CMC 值时,表面活性剂的排列成球状、棒状、束状、层状/ 板状等结构。增溶体系为热力学平衡体系。CMC 越低、缔合数越大,增溶量(MAC )就越高。温度对增
14、溶的影响:温度影响胶束的形成,影响增溶质的溶解,影响表面活性剂的溶解度。Kraft点:离子型表面活性剂的溶解度随温度增加而急剧增大这一温度称为Kraft点, Kraft点越高,其临界胶束浓度越小。昙点:对于聚氧乙烯型非离子表面活性剂,温度升高到一定程度时,溶解度急剧下降并析出,溶液出现混浊,这一现象称为起昙,此温度称为昙点。在聚氧乙烯链相同时,碳氢链越长,浊点越低;在碳氢链相同时,聚氧乙烯链越长则浊点越高。4 种可能的增溶方式:(a)非极性有机物增溶在胶束内部; (b)极性长链碳有机物增溶在表面活性剂分子之间;(c) 既不溶于水也不溶于油的有机物增溶在胶束表面;(d)极性有机物增溶在非离子型表
15、面活性剂聚氧乙烯链“外壳”中。3.2. 乳化作用亲水亲油平衡值(HLB ):表面活性剂分子中亲水和亲油基团对油或水的综合亲合力。 根据经验, 将表面活性剂的HLB值范围限定在0-40 ,非离子型的HLB值在 0-20 。混合加和性:HLB= (HLBa Wa+HLBb /Wb ) / (Wa+Wb )精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 14 页表面活性剂在农药、化妆品、油田中的应用第 7 页 共 13 页理论计算: HLB= (亲水基团HLB值) +(亲油基团HLB )-7 HLB :3-8 W /O型乳化剂: Tween;
16、一价皂HLB :8-16 O/W 型乳化剂: Span;二价皂乳化3.3. 润湿作用要求: HLB :7-9 。使用表面活性剂可以控制液、固之间的润湿程度。农药行业中在粒剂及供喷粉用的粉剂中,有的也含有一定量的表面活性剂,其目的是为了提高药剂在受药表面的附着性和沉积量,提高有效成分在有水分条件下的释放速度和扩展面积,提高防病、治病效果。在化妆品行业中,做为乳化剂是乳霜、乳液、洁面、卸妆等护肤产品中不可或缺的成分。3.4. 助悬作用在农药行业,可湿性粉剂、乳油及浓乳剂都需要有一定量的表面活性剂,如可湿性粉剂中原药多为有机化合物,具有憎水性,只有在表面活性剂存在的条件下,降低水的表面张力,药粒才有
17、可能被水所润湿,形成水悬液。3.5. 起泡和消泡作用表面活性剂在医药行业也有广泛应用。在药剂中,一些挥发油脂溶性纤维素、甾体激素等许多难溶性药物利用表面活性剂的增溶作用可形成透明溶液及增加浓度;药剂制备过程中,它是不可缺少的乳化剂、润湿剂、助悬剂、起泡剂和消泡剂等。3.6. 消毒、杀菌在医药行业中可作为杀菌剂和消毒剂使用,其杀菌和消毒作用归结于它们与细菌生物膜蛋白质的强烈相互作用使之变性或失去功能,这些消毒剂在水中精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 14 页表面活性剂在农药、化妆品、油田中的应用第 8 页 共 13 页都有比
18、较大的溶解度,根据使用浓度,可用于手术前皮肤消毒、伤口或粘膜消毒、器械消毒和环境消毒。3.7. 抗硬水性甜菜碱表面活性剂对钙、 镁离子均表现出非常好的稳定性,即自身对钙、 镁硬离子的耐受能力以及对钙皂的分散力。在使用过程中防止钙皂的沉淀,提高使用效果。3.8. 增粘性及增泡性表面活性剂有对改变溶液体系的作用,增大粘度变稠或增大体系的泡沫,在一些特除的清洗、开采行业有广泛的应用。3.9. 去垢、洗涤作用去除油脂污垢是一个比较复杂的过程, 它与上面提到的润湿、 起泡等作用均有关。最后要说明的是, 表面活性剂起作用, 并不单单是因为某一方面的作用,很多情况下是多种因素共同作用。如在造纸工业中可以用作
19、蒸煮剂、废纸脱墨剂、施胶剂、树脂障碍控制剂、消泡剂、柔软剂、抗静电剂、阻垢剂、软化剂、除油剂、杀菌灭藻剂、缓蚀剂等。4. 表面活性剂在精细化工生产中的应用20-27表面活性剂由于具有润湿或抗粘、乳化或破乳、起泡或消泡以及增溶、分散、洗涤、防腐、抗静电等一系列物理化学作用及相应的实际应用,成为一类灵活多样、用途广泛的精细化工产品。 表面活性剂除了在日常生活中作为洗涤剂,其他应用几乎可以覆盖所有的精细化工领域。4.1. 农药制剂应用表面活性剂现状20-22中国农药制剂用表面活性的研究始于20世纪 50 年代,20世纪 60 年代开始批量生产,现在主要产品有:(1) 乳化剂有阴离子、非离子以及与非离
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