表面活性剂性能--胶束的形成

表面活性剂的特点是具有不对称的分子结构。如图1所示，一端属于亲水极性基团，如羧基、磺酸基、胺基、聚氧乙烯基、糖基、酰胺基等，另一端为亲油非极性基团，如各种碳氢基团、碳氟基团、聚硅氧烷链、聚氧丙烯基等，促使其拥有两亲性。

  图1 表面活性剂基本结构

当表面活性剂以很低的浓度分散于溶液中时，其会优先地吸附在溶液的表面或其他界面上，形成定向排列的表面层（图2）。

  图2 表面活性剂的定向排列

当溶液中的表面活性剂超过一定浓度时，其会从单个离子或分子缔合成为胶态的聚合物，即形成胶团/胶束（一般为50-150个表面活性剂分子），此时的表面活性剂浓度称为临界胶束浓度（CMC）。临界胶束浓度下，表面活性剂的许多物理化学性质发生突变，例如表面张力、黏度、折射率等，表现出增溶、去污或乳化等多种作用，在增溶、过滤废水、化学催化、萃取等方面具有良好的应用。

  图3a：低浓度时以单分子态或离子态分散于溶液中；

图3b：浓度稍增大时，分布在溶液中及界面上的分子数增多，同时，溶液中少量的表面活性剂分子以非极性烃链相向的形式聚集在一起；

图3c：浓度达到CMC时，界面上的表面活性剂分子或离子达到饱和吸附，溶液内部的表面活性剂分子聚集在一起形成胶束；

图3d：继续增大浓度，胶束数量增加。

  图4表面活性剂胶束基本结构示意图

图4为表面活性剂胶束基本结构示意图，胶束的基本结构包括内核和外层2部分。

图4a：离子型表面活性剂的胶束示意图，内核由彼此靠近的疏水基构成，外层包括由表面活性剂离子、反离子及水化水组成的固定层以及由反离子在溶剂中扩散分布形成的扩散层；扩散层与胶束外层一起构成离子型表面活性剂胶束的扩散双电子层结构；

图4b：非离子型表面活性剂的胶束示意图，非离子胶束不带电，溶液中不存在扩散双电层，非离子型表面活性剂的胶束无电荷，水化层较厚。

  图5 表面活性剂溶液中几种胶束形态示意图

一般认为，在小于10倍临界胶束浓度范围内，胶束大多呈球形，然后在有些体系中胶束会呈现不对称状。在10倍胶束浓度及以上时，胶束一般是非球状的，可以是棒状、层状、板状、束状等（图5）。

参考资料：《表面活性剂网》

[1] 裘炳毅. 现代化妆品科学与技术（中册）. 中国轻工业出版社.

[2] 陈青明. 表面活性剂的化学结构和应用研究. 低碳世界. 2021.

[3] 刘静伟. 表面活性剂的性能与应用(Ⅰ)-表面活性剂的胶束及其应用. 日用化学工业. 2014.

[4] 龚铃堰. 表面活性剂溶胀胶束：性能及应用. 物理化学学报. 2019.