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讲义 3.2-4资料文件与下载

3.2-4 胶束化性质.pdf---点此下载文件

讲义 3.2-4

3.2-4 胶束化性质

胶束化性质是表面活性剂在不同的溶液中发生自组装的现象。这节课内容稍微有点抽象,但是表面活性剂基础知识中的重点,表面活性剂所体现出来的很多性质和作用都跟本节课的自组装胶束化性质息息相关。

来详细分析一下,表面活性剂在不同溶液体系中的分子状态。根据溶液亲水和亲油的性能不同,将溶液分为水体系、油体系和油水混合体系三种不同的溶液体系。

1 水体系-胶束

我们先来看表面活性剂在水体系中的情况,当我们把极少量的表面活性剂加入水体系时,表面活性剂分子杂乱无章的存在于水中;增加表面活性剂的浓度,表面活性剂分子间就有机会接触,亲油端便会吸附在一起,形成23个分子的小分子聚集体;继续增加表面活性剂的浓度,表面活性剂的亲油端会继续吸附,形成亲油端朝内,亲水端朝外的球形聚集体;这个过程也就是随着表面活性剂在水溶液中的浓度增加,亲油端非极性部分会相互吸引,分子便自发组装,形成有序的聚集体,我们把这种多分子有序聚集体称为胶束。以上是表面活性剂分子在水溶液内部的一个自组装情况,那么在溶液表面呢?在溶液表面,表面活性剂分子的亲水端朝向于水相,亲油端朝向空气,随着表面活性剂分子的增多,在水溶液表面形成单分层。

表面活性剂在水溶液中自组装聚集时,一个非常重要的状态便是刚形成胶束时的状态,我们把表面活性剂在溶液中开始形成胶束时的最低浓度称为临界胶束浓度,也就是CMC值。CMC值是评价表面活性剂形成胶束能力的重要指标。


1 表面活性剂在水溶液中随着浓度变化自组装过程

归纳一下表面活性剂在水溶液当中的聚集状态,如图2所示,当表面活性剂的浓度较小时,表面活性剂小分子通过亲油端聚集在一起,形成小分子的聚集体,随着表面活性剂浓度的增加,在浓度小于10CMC值以内,可以形成球形的胶束,当表面活性剂浓度大于十个CMC值时,表面活性剂分子在球形胶束横向继续聚集自组装,可以形成棒状的胶束、六角相棒状胶束和层状胶束等不同的聚集状态。


2 表面活性剂在水溶液中随着浓度变化自组装聚集体形态

2 油体系-反胶束

表面活性剂分子在第二大体系油中的聚集过程同在水体系当中类似。当浓度大于CMC值时,也会形成球形聚集体,它的亲水端和亲油端是怎么排布的哪?我们看图3中的ab两种排布方式,a是,亲油端朝内亲水端朝向外面的油b是亲油端朝向外面油相,而亲水端朝内。由于体系是油体系,很明显,表面活性剂分子的亲油端与油的相容性好,应该要朝外,也就是,形成b中所示的状态;表面活性剂在油体系当中的亲油亲水端的排布跟水中的刚好相反,表面活性剂在水中形成的聚集体我们成为胶束。那么在油中达到一定浓度,自发形成的这种有序聚集体呐,我们称为反胶束。同样,形成反胶束的最低浓度也就是临界反胶束浓度。


3 CMC时溶液聚集体状态

 

 

3-油水混合体系-乳液

第三种体系,是油水混合体系。如图4中所示,在油水混合体系中加入表面活性剂时,表面活性剂首先分散在油水界面上,亲油端朝向油相,亲水端朝向水相;如果此时我们进行搅拌,同学们想一下,表面活性剂分子应该会怎样组装?这时,我们要具体分析混合体系中的油水比例。当油的含量比较少时,在外力的搅拌作用下,表面活性剂分子会发生像在水中一样的组装过程,有形成胶束的趋势,但体系中还有油,油会吸附在面活性剂分子的亲油端,而被包在胶束的内部,最终形成外侧是水,表面活性剂分子球形胶束内部包着油的状态,即在水中含有胶束包着油的液滴,外表看起来为乳状液体,我们把这种状态成为水包油的乳液。


4 油水混合体系中表面活性剂组装行为

第二种情况是油水体系当中的水比较少时,在外力的作用下,可以形成水被包覆在表面活性剂分子内部,而表面活性剂外部是油的状态,形成油包水的乳液。通过以上分析,我们发现表面活性剂在水、油和油水混合三种体系中都可以自发形成有序聚集体,我们把这种性质,称为胶束化性质。


5表面活性剂在三种体系中的组装行为示意图

再总结一下表面活性剂在三种体系中的自组装聚集行为如图5,表面活性剂在水体系中可以形成球形的胶束,随着表面活性剂浓度的增加,还可以形成棒状、六角相和层状的胶束。表面活性剂在油体系当中,形成反胶束。在油水混合体当中形成水包油或者油包水的乳液。

拓展-堆积理论

所以,表面活性剂在溶液中形成的聚集体状态,跟所处的体系和表面活性剂的浓度有直接关系。那是否所有的表面活性分子都有一样的自组装行为?在同样的体系中是否会形成同样的胶束哪?

 2005年,chemical reviewsChemical Review, 2017,105 (4):1401-1443.)发表了一篇论文,对表面活性剂分子结构与自组装状态的关系进行了详细的研究,发现,聚集形态是由分子的堆积常数P决定的,我们先来看P是什么?

 

6 分子堆积常数

如图6所示,把表面活性剂分子看成上面是亲水基团下面是亲油基团的圆台,圆台中亲水端圆形平面积计为a0,圆台的高度计为lc,圆台的体积记为v,分子的堆积常数p等于分子的体积v除以a0lc的积。

P的定义可以看出,表面活性剂的聚集行为跟分子本身的亲水亲油端比例体积等也就是分子结构有关,结合图7进行详细分析下。


7 分子堆积理论与自组装关系示意图

当分子亲水端体积较大,亲油端体积较小时,这类分子可看成圆锥形,由于P等于分子体积v除以圆台亲水面积a0和高度lc的积,其中圆台亲水面积a0和高度lc的积相当于圆柱形的体积,而圆锥是同等高度圆柱形体积的三分之一,也就是表面活性剂亲水亲油端比例刚好形成圆锥形时,p值为三分之一0.33,而当亲油端比亲水体积小于圆锥形比例时, p值会小于0.33。此时,由于亲油端的体积比较小,分子聚集时亲油端位租小,容易形成球形的胶束。即,当P小于等于0.33时,分子容易自组装成球形胶束。

随着亲油端分子体积的增大,当p值等于0.33-0.5之间时,分子组装时亲油端阻力变大,组装形态将由球形胶束转变为圆柱形胶束,如果圆柱形胶束有弯曲,我们又称它为蠕虫状胶束。

P值等于0.51.0时,表面活性剂分子可以形成囊泡,也就是图中所示,球形胶束的内部由双层分子组成,内层分子是亲水端超内,亲油端超外,外层分子则相反。

当分子的亲油端和亲水端体积类似,p值等于1.0时,容易形成双分子层胶束,也就是囊泡平铺开的结构,聚集体中分子亲水端均朝外,亲油端吸附在一起。

当分子的堆积常数p大于1.0时,表面活性剂在溶液中容易形成反胶束。

堆积理论完美的诠释了表面活性剂分子结构对它在溶液中自组装状态的影响。根据堆积理论,我们可以设计或改变表面活性剂分子的亲水和亲油端体积,控制堆积常数P,来调控分子的聚集形态。例如我们改变疏水基团的种类或链长,可以改变分子的体积v和高度lc,我们还可以通过改变溶液当中的pH、电解质和添加剂等来改变表面活性剂亲水端基团的面积a0,近而来调控堆积常数,以得到我们所需要的胶束形态。也就是说表面活性剂在溶液当中的聚集状态,会受外界条件的影响而发生改变,例如受pH值、光等因素的影响,聚集形态发生变化,这就是表面活性剂分子对pH或光产生非常敏感的响应,我们把这种响应称为智能响应。

表面活性剂在溶液中的组装行为,也就是胶束化性质,非常重要,是表面活性剂应用的基础,任何表面活性剂的作用基本都可以通过分子的自组装来解释。


下一节:参考文献:堆积理论

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第一章 绪论

-0 课程简介和参考资料

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-1.1 精细化学品的定义和分类

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--讨论:精细化学品分类

-1.2 精细化工的特点

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--讨论:精细化工的特点

-1.3 精细化工现状和发展趋势

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--讨论:精细化工企业规模发展

-1.4 精细化工原料及林产精细化工

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--讨论:【思政教育】透过精细化工行业,如何看美国、中国和非洲发展?在专业领域,我们能做什么?

--讨论:【知识点拓展】天然产物精细化学品

--辅助教学材料-皂荚树挂果情况

--辅助教学材料-皂荚果实、皂荚种仁、皂荚树培育区、挂果皂荚树

-1.5 拓展-访谈:精细化工中的法律知识

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-1.6 拓展-讲座 甘露聚糖胶研究与应用

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-讨论:【课程拓展】精细化工中的科技英语

-讨论:精细化学品与“摆摊经济”

-作业:【北林混合式教学线上学习要求】第一章笔记

-第一章 绪论 学习重点及知识点结构导图

-考核-讨论:由精细化工中的法律知识谈职业素养

第二章 单元反应

-2.1-1 先修知识介绍-有机化学基础知识

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-2.1-2 先修知识介绍-淀粉和纤维素化学结构

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-2.1-3 先修知识介绍-松脂简介

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--讨论:琥珀与松香

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--辅助教学视频-普通松香与歧化松香

-2.2 单元反应-卤化、磺化、羟基化和酰化反应

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--讲义 2.2

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--参考文献:溴化反应举例

-2.3 单元反应-硝化与亚硝化、氨解、重氮化、烷基化与环化反应

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--考核-习题 2.3

-2.4 单元反应-氧化与还原、歧化及其它反应

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-第二章 单元反应汇总

--第二章 单元反应 学习重点及框架结构导图

--松香单元反应汇总-1

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--松香基衍生物合成相关文献资料

-讨论:林产资源及可进行的单元反应

-讨论:以某类精细化学品为例,分析其生产中的单元反应

-作业:【北林混合式教学线上学习】第二章 笔记

-考核-讨论:谈谈对梁希精神的理解

-作业:梁希混合式教学笔记(松香树脂酸反应汇总)

第三章 表面活性剂

-3.1 表面活性剂概述

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--讲义 3.1

--习题 3.1

--讨论:日用品之企业

-3.2-1 表面活性剂基础知识-概念

--考核-视频(附件含PPT)3.2-1

--讲义 3.2-1

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--辅助视频-鸡尾酒配置

--辅助教学视频-彩虹糖水

--辅助教学视频-漂浮在水面的针

--辅助教学视频-水上运动

--讨论(视频)-动感油滴工艺品

--讨论(视频)-超疏水木材疏水效果

--讨论:鸡尾酒中的课程知识

-3.2-2 表面活性剂基础知识-结构和分类

--考核-视频(附件含PPT)3.2-2

--讲义 3.2-2

--考核-习题 3.2-2

--参考文献:6分39秒以及11分50秒

--讨论(视频)-跳舞的泡泡

--讨论:使用氨基酸表面活性剂的洁面究竟对皮肤有什么好处呢?

-3.2-3 表面活性剂基础知识-表面张力

--考核-视频(附件含PPT)3.2-3

--讲义 3.2-3

--考核-习题 3.2-3

--讨论:表面张力的应用实例分析

-3.2-4 表面活性剂基础知识-胶束化性质

--考核-视频 3.2-4

--讲义 3.2-4

--考核-习题 3.2-4

--参考文献:堆积理论

--讨论:胶束化性质知识点解析

-3.2-5 表面活性剂基础知识-CMC值测定方法

--考核-视频(附件含PPT)3.2-5

--讲义 3.2-5

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--期刊论文-滴体积法测定表面活性剂溶液临界胶束浓度的新方法

-3.2-6 表面活性剂基础知识-HLB值及其它性质

--考核-视频(附件含PPT)3.2-6

--讲义 3.2-6

--考核-习题 3.2-6

-3.2-7 表面活性剂基础知识-作用

--考核-视频(附件中含PPT)3.2-7

--讲义 3.2-7

--考核-习题 3.2-7

--辅助教学视频-反泡泡

--辅助教学材料-洗发水与护发素成分对比

--参考文献: 10分10秒 表面活性剂在无机材料中应用

--讨论:面霜 护手霜可否用来擦皮鞋?

--讨论(视频):眼镜防雾小妙招

-3.2-8 表面活性剂基础知识-影响表面活性剂性能的因素

--考核-视频(附件中含PPT)3.2-8

--讲义 3.2-8

--参考文献: 12分

--习题 3.2-8

--辅助教学视频-食盐对洗洁精粘度的影响

--讨论(视频):隐性眼镜护理液和洗洁精的乳化效果

-3.3-1 松香合成表面活性剂-歧化松香

--考核-视频(附件中含PPT)

--讲义 3.3-1

--考核-习题 3.3-1

-3.3-2 松香合成表面活性剂-歧化松香胺

--视频(附件中含PPT)

--讲义 3.3-2

--习题 3.3-2

-3.3-3 松香合成表面活性剂-松香基表面活性剂

--考核-视频(附件中含PPT)3.3-3

--讲义 3.3-3

--习题:3.3-3

--参考文献:6分20秒

--参考文献:6分40秒

--参考文献:8分

--参考文献-非视频内引用1

--参考文献-非视频内引用2

--讨论:松香基表面活性剂相关研究

-3.4 常用表面活性剂产品

--视频(附件中含PPT)3.4

--讲义 3.4

--习题:3.4

--讨论:日用品中的表面活性剂

--讨论:洗涤用品中的表面活性剂

-3.5 拓展-实验:一滴洗洁精的魅力

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--讲义 3.5

--习题 3.5

--辅助教学材料-一滴洗洁精的魅力 棉签版

--辅助视频-洗洁精魅力系列

-第三章 表面活性剂汇总

--第三章 表面活性剂汇总-1

--第三章 表面活性剂汇总-2

-作业:【北林混合式教学线上学习】第三章 笔记-1

-作业:【北林混合式教学线上学习】第三章 笔记-2

-第三章 表面活性剂 学习要点及框架结构导图

-考核-讨论:表面活性剂的“神奇之处”

-前三章知识点翻转课堂(含实验)

-作业:前三章讨论课总结(需上传)

-作业:梁希混合式第三章笔记

第四章 胶粘剂

-4.1 胶粘剂概述

--考核-视频(附件含PPT)4.1

--讲义 4.1

--考核-习题 4.1

--辅助教学食品-牛奶蛋白胶

--辅助教学食品-自制史莱姆

--讨论:你所用过的胶粘剂

-4.2 植物单宁胶粘剂

--考核-视频(附件含PPT) 4.2

--讲义 4.2

--考核-习题 4.2

-4.3 松香胶粘剂

--考核-视频(附件含PPT) 4.3

--讲义 4.3

--习题 4.3

--辅助教学视频-松香胶粘剂?

--讨论:松香经改性可用作哪些胶粘剂?

-4.4 拓展-访谈:软包装胶粘剂

-- 视频(附件含PPT) 4.4

--讲义 4.4

--习题 4.4

--讨论:软包装胶粘剂的结构特征

-第四章 胶粘剂 学习要点及思维导图

-第四章 胶粘剂笔记(北林林化17)

-讨论:家装胶粘剂

-考核-讨论:单宁制备胶粘剂的优缺点?

第五章 食品添加剂

-5.1 食品添加剂概述

--考核-视频(附件含PPT)5.1

--讲义 5.1

--考核-习题 5.1

--辅助教学视频-饮料中的色素

--辅助教学视频-食品制作-泡打粉与小苏打

-5.2 食品抗氧化剂

--考核-视频(附件含PPT)5.2

--讲义 5.2

--考核-习题 5.2

--讨论:抗氧化剂与防腐剂

--讨论:植物单宁抗氧化剂与植物单宁胶粘剂

-5.3-1 食用香料概述

--考核-视频(附件含PPT)5.3-1

--讲义 5.3-1

--习题 5.3-1

-5.3-2 食用香料-天然食用香料生产

--考核-视频(附件含PPT)5.3-2

--讲义 5.3-2

--考核-习题 5.3-2

--辅助教学视频-精油蒸馏实验教学视频

--辅助教学资料-迷迭香原料

--辅助教学资料-洋甘菊原料

--辅助教学资料-薰衣草原料

-5.3-3 食用香料-香料单离技术

--考核-视频(附件含PPT)5.3-3

--讲义 5.3-3

--考核-习题 5.3-3

-5.3-4 食用香料-合成食用香料

--视频(附件含PPT)5.3-4

--讲义 5.3-4

--习题 5.3-4

-5.3-5 实验:天然苯甲醛合成

--视频(附件含PPT)5.3-5

--讨论:天然食用香料

-5.4 拓展-实验:糖尿病患者应该如何吃糖

--考核-视频(附件含PPT)5.4

--讲义 5.4

--习题 5.4

--讨论:甜味剂

-5.5 拓展-访谈:食品添加剂的安全问题

--视频(附件含PPT)5.5

--讲义 5.5

--习题 5.5

-讨论:天然色素-精细化工之“色彩”

-第五章 食品添加剂 学习要点及思维导图

-第五章 笔记

-考核-讨论:身边的食品添加剂

第六章 医药制剂

-6.1 医药制剂概述和银杏叶制剂

--考核-视频(附件含PPT)6.1

--讲义 6.1

--考核-习题 6.1

--辅助教学材料-产鹿茸鹿视频

--辅助教学资料--悦康药业银杏叶提取物注射液

--讨论:天然产物医药制剂的优势及应用

-6.2 松节油合成冰片

--考核-视频(附件含PPT)6.2

--讲义 6.2

--习题 6.2

--讨论:医药中间体行业

-6.3 拓展-访谈:医改形式下的医药发展

--视频(附件含PPT)6.3

--讲义 6.3

--习题 6.3

--讨论:对新药研发的认识

-6.4 拓展-讲座:松节油基萜类驱避剂与驱避机理的新认识

--视频 6.4(含PPT pdf版)

--讲义 6.4

--讨论:驱避剂产品与驱避机理

-第六章 医药制剂笔记(北林林化17课程要求)

-第六章 医药制剂 学习要点及知识点导图

-考核-讨论:医药、保健品和医药发展

第七章 造纸化学助剂

-7.1 造纸助剂概述

--考核-视频(附件含PPT)7.1

--讲义 7.1

--考核-习题 7.1

--辅助教学视频-防火纸实验

--讨论:对纸的认识

-7.2 造纸施胶剂概述

--考核-视频(附件含PPT)7.2

--讲义 7.2

--考核-习题 7.2

-7.3 强化松香施胶剂

--视频(附件含PPT)7.3

--讲义 7.3

--习题 7.3

--讨论视频:松香施胶剂的认识

--讨论:造纸施胶剂种类与生产原理

-7.4 纸张增强剂

--考核-视频(附件含PPT)7.4

--讲义 7.4

--考核-习题 7.4

-第七章 造纸助剂 学习要点及思维导图

-第七章 造纸助剂笔记

-考核-讨论:造纸助剂及其作用

-作业:梁希混合式教学笔记(4-7章内容)

第八章 涂料

-8.1 概述

--考核-视频(附件含PPT)8.1

--讲义 8.1

--考核-习题 8.1

-8.2 松香在涂料中应用

--视频(附件含PPT)8.2

--讲义 8.2

--习题 8.2

-8.3 带锈涂料

--考核-视频(附件含PPT)8.3

--讲义 8.3

--考核-习题 8.3

--第八章 涂料笔记

-第八章 涂料 学习要点及结构导图

-考核-讨论:特种涂料

第九章 其它精细化学品

-9.1-1 油墨概述

--考核-视频(附件含PPT)9.1-1

--讲义 9.1-1

--考核-习题 9.1-1

-9.1-2 油墨结构与生产过程

--考核-视频(附件含PPT)9.1-2

--讲义 9.1-2

--考核-习题 9.1-2

-9.1-3 松香在油墨中的应用

--视频(附件含PPT)9.1-3

--讲义 9.1-3

--习题 9.1-3

--讨论:松香衍生物及其应用

-9.2 活性炭纤维

--考核-视频(附件含PPT)9.2

--讲义 9.2

--考核-习题 9.2

--第九章其它精细化学品笔记

-第九章 其它精细化学品 学习要点、结构导图和精华笔记

-考核-讨论:你所感兴趣的功能材料及其功能性或特殊性

-作业:梁希混合式教学笔记(8-9章)

第十章 精细化学品的分析

-10.1 碳和氢元素分析

--视频(附件含PPT)10.1

--讲义 10.1

--考核-习题 10.1

-10.2 氮元素分析

--视频(附件含PPT)10.2

--讲义 10.2

--考核-习题 10.2

-10.3 硫和卤素分析

--考核-视频(附件含PPT)10.3

--讲义 10.3

--考核-习题 10.3

-10.4 精细化工产品的仪器分析法

--考核-视频(附件含PPT)10.4

--讲义 10.4

--考核-习题 10.4

-第十章 精细化学品的分析检测 学习要点、结构导图及精华笔记

-第十章 精细化学品的分析笔记

-考核-讨论:某种精细化学品的分析和鉴定

拓展-讨论课视频分享

-北林林化讨论课视频

--北林林化09 大学生创业-轮船涂料-宣传片

--北林林化12-戏说苹果醋

--北林林化13-比厨招亲

--北林林化16-来一起制作泡泡液吧

--北林林化16-手工皂制作

--北林林化17讨论课视频汇总

--北林林化16-洗衣粉、洗衣液、洗洁精和肥皂对可乐、口红、红油和泥土的去污能力对比

--北林林化16-天然色素与洗洁精的碰撞

-线下拓展课程-一滴洗洁精实验2019秋

讲义 3.2-4笔记与讨论

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