当前课程知识点：精细化学品生产工艺学 > 第三章 表面活性剂 > 3.2-6 表面活性剂基础知识-HLB值及其它性质 > 讲义 3.2-6
3.2-6 HLB及其它性质
1 HLB值及计算方法
通过我们表面活性剂的前两个性质-表面张力和胶束化性质的学习，目前所知道的，衡量表面活性剂活性大小的两个指标，也就是测定表面张力γ和临界胶束浓度CMC值。那么还有没有其它可以测定表面活性剂的性能指标呢？我们回顾一下表面活性剂的结构，它是由一端带亲水基团，一端带亲油基团的这么两部分组成的，那么，如何衡量整个分子的亲水亲油能力呢？这就是衡量表面活性剂性能的第三个指标亲水亲油平衡值， 英文缩写即为HLB值，是指表面活性剂分子中亲油和亲水基团对油或水的综合亲和力。HLB值的大小也就决定了表面活性剂的亲水亲油性能，它直接影响表面活性剂的性能，如分散性、溶解性、去污能力等等。
那么HLB值这个指标如何计算呢？我们先来看，通常HLB值会有多大？也就是亲水和亲油达到极限时，分别能有多大。
1-1 多元醇型和聚乙二醇型非离子表面活性剂的HLB计算
我们看多元醇型和聚乙二醇型非离子型表面活性剂体系中,这种体系中，HLB值计算可以采用griffin法来计算，也就是分子的HLB值等于亲水基团的质量，除以亲水基团与亲油基团的质量和，再乘以20。
那么，对于没有亲水基团的这类物质来说，分子呈现全亲油性，例如石蜡，它的HLB值根据griffin公式来计算，亲水基团质量等于0，所以它的HLB值也就等于0，表明，全亲油的物质，HLB小到为0。
图1 Griffin 法 图2
那么全部都是亲水基团的呢，例如聚乙二醇，再带入公式，可计算出它的HLB值等于1乘以20，也就是20，所以，对于全亲水的分子来说，HLB值为20。
其余的表面活性剂分子，HLB值全部介于0到20之间。我们对于全亲水或全亲油分子的HLB比较有概念了，就是20和0，那么HLB值在0-20之间的分子，亲水或亲油能力大概是什么状态呢？我们可以通过它在水溶液中的分散状态，一定程度来判别一下。
例如HLB值1到4时，比较小，表面活性剂在水溶液当中直接不分散，表明亲油能力比较强。 HLB值在3到6时，亲水能力有所增加，但在水溶液中分散仍然不好；在HLB值等于6-8时，可以通过搅拌，达到在水溶液中分散的目的；而当，上升到8到10时，表面活性剂分子便可以在水溶液中稳定的分散；超过10以后，开始有溶解的性能，当在10到13时，可以在溶液当中形成半透明状。大于13时，是可以形成透明的液体，类似于溶解于水溶液当中。
1-2 脂肪酸酯的HLB计算
这样，我们对于HLB所对应的表面活性剂亲水亲油能力有了初步了解，并可以通过griffin公式来计算。但是，有些酯类的分子，我们不好确信，哪些是亲水基团，那些是连接基团，基团归属错误，便会算错HLB值。所以，如果能通过一些固定可测定的指标来计算，得到的数值会更准确。
例如，对于大多数的多元醇脂肪酸酯，我们就可以通过测定脂肪酸酯的皂化价和脂肪酸的酸价来计算，这类表面活性剂的 HLB值为20（1－皂化价S/酸价A），如图2。
1-3新表面活性剂的HLB计算
但，请同学们注意，我们在讲前面的两个计算公式时，全部加了限定条件，也就是他的体系适用的类别，一个是多元醇型和聚乙二醇型非离子型表面活性剂、一个是多元醇脂肪酸酯。
对于不属于这类体系的呢，特别是对于新合成的表面活性剂，可以通过官能团法，来计算任何表面活性剂的HLB值。化合物的HLB值等于亲水基团的HLB值之和减去亲油基团的HLB值之和，再加上七，如图3中的公式。
图3
官能团法需要查到各种基团的HLB值，我们来看几种常用基团的HLB值表（图4），亲水性基团的HLB值一般都比较大，在5到20之间，而亲油基团的HLB值比较小，特别是强亲油性基团，比如含氟基团，HLB值小于1。但，利用该方法计算出的HLB值，通常比较大，会远远超过我们前面讲到的全亲水的分子HLB为20的这个数值。例如硫酸钠亲水基团的HLB值就有38.7。十二烷基硫酸钠的HLB值，通过官能团法计算，为亲水基团硫酸钠的HLB38.7-亚甲基和甲基都是0.475，十二个，再加上7等于40，是全亲水的聚乙二醇HLB值的2倍。
图4 常见基团HLB值
1-4非离子表面活性剂混合体系的HLB计算
上面我们讲到的都是针对单一组分化合物的HLB值计算方法，那么复配体系怎么计算呢？对于离子型表面活性剂复配，表面活性剂之间会有电荷作用，而导致复配之后的实际值，会跟通过一定方法计算，差别比较大，通常需要结合实际的性能测定去判断。
而对于非离子表面活性剂之间的复配体系，通过公式计算出来的，比较能呈现实际情况。具体计算方法为，复配体系的HLB值，等于每一种样品的HLB值乘以所对应的质量分数，如图5。
图5
我们举个例子来分析一下。用60克HLB值为15的吐温80与40克HLB为4.7的司盘60混合，计算复配之后的HLB值是多少？
这道题非常简单，直接带入公式，混合体系的HLB值等于吐温80的HLB值15×质量分数60%+司盘60的HLB值4.7×质量分数40%，计算出混合物的HLB等于4.88。
通过复配的方法，我们可以获得在两种混合物HLB 4.7到15之间的任何HLB产品，这是非离子表面活性剂复配的优势。
我们可以根据对HLB值的需要，例如需要HLB为10的目标物，如果现有商品没有，那么就可以用已有HLB值的两种现有商品进行复配，来获得目标产物。
2 Kraff点和浊点
以上是表面活性剂所呈现出的亲水亲油的性能，我们可以用HLB指标来恒定它。不同HLB值得表面活性剂，亲水亲油能力不同，也就导致其在水溶液中溶解性能不同。也就是说表面活性剂HLB值直接影响其水溶液中的溶解性能，可否通过改变其它因素，来调节溶解性能呢？
例如温度，通常，化合物随着温度增高在溶剂中溶解度均为增加。温度同样会对表面活性剂的溶解度有影响，这也就是表面活性剂的第四个性质，温度对溶解度的影响。
对于离子型表面活性剂来说，随着温度的升高，溶解度增大，当达到某一个温度时，溶解度会急剧增大，我们把此时的温度，称为临界溶解温度点，也就是Kraff点。
而对于非离子表面活性剂来说，加热体系，升高温度，反而会导致非离子表面活性剂溶解度降低，体系出现混浊的现象，我们称这种现象为起浊，这时的温度就是浊点或昙点。 Kraff点或浊点也是衡量表面活性剂性能的指标。
3 界面电荷 Zeta电位
图6
此外，表面活性剂还有个非常重要的性能，也就是表面活性剂胶束与溶液的界面之间可以形成界面电荷。表面活性剂分子在溶液当中可以聚集成胶束，离子型的表面活性剂胶束最外层会带有电荷，这种电荷会吸附周围相反的离子，形成吸附双电层，当表面活性剂胶束离子移动时，会带动旁边的吸附双电层移动，这样，在表面活性剂胶束与溶液的界面之间呐，便会形成界面电荷，产生电位差，这个电位差便是Zeta电位，如图6。
Zeta电位的重要意义在于它决定了胶体溶液的分散稳定性。Zeta电位的绝对值（正或负）越高，体系越稳定，即越溶解或分散，可以抵抗聚集。反之，Zeta电位绝对值（正或负）越低，越倾向于凝结或凝聚，即吸引力超过了排斥力，分散被破坏而发生凝结或凝聚。大家需要注意的是，Zeta电位的大小是绝对值，Zeta电位的正负仅代表粒子表面所带的电荷，也就是颗粒表面带正负电荷都可以，同性电荷排斥，这个电位差越大，排斥力也就越大，体系中颗粒也就越稳定。Zeta电位在0到5mV时，体系内胶体或颗粒会快速凝结，而当超过40mV时，才具有较好的稳定性。
我们知道，表面活性剂可以在溶液中形成胶束，要想得到胶束，溶液浓度要超过CMC值，那么这个胶束是否稳定，便可以通过测试Zeta电位大小来评定，绝对值大于40mV，体系就具有较好的稳定性。
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-第五章 笔记
-6.1 医药制剂概述和银杏叶制剂
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-6.4 拓展-讲座：松节油基萜类驱避剂与驱避机理的新认识
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-第六章 医药制剂笔记（北林林化17课程要求）
-7.1 造纸助剂概述
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--讨论：对纸的认识
-7.2 造纸施胶剂概述
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-7.3 强化松香施胶剂
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-7.4 纸张增强剂
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-第七章 造纸助剂笔记
-作业：梁希混合式教学笔记（4-7章内容）
-8.1 概述
--讲义 8.1
--考核-习题 8.1
-8.2 松香在涂料中应用
--讲义 8.2
--习题 8.2
-8.3 带锈涂料
--讲义 8.3
--考核-习题 8.3
--第八章 涂料笔记
-9.1-1 油墨概述
--讲义 9.1-1
--考核-习题 9.1-1
-9.1-2 油墨结构与生产过程
--讲义 9.1-2
--考核-习题 9.1-2
-9.1-3 松香在油墨中的应用
--讲义 9.1-3
--习题 9.1-3
-9.2 活性炭纤维
--讲义 9.2
--考核-习题 9.2
--第九章其它精细化学品笔记
-作业：梁希混合式教学笔记（8-9章）
-10.1 碳和氢元素分析
--讲义 10.1
--考核-习题 10.1
-10.2 氮元素分析
--讲义 10.2
--考核-习题 10.2
-10.3 硫和卤素分析
--讲义 10.3
--考核-习题 10.3
-10.4 精细化工产品的仪器分析法
--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
-北林林化讨论课视频
