第十章表面活性剂资料.docx

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第十章表面活性剂资料

第十章表面活性剂

第一节表面活性剂分类

一、表面活性剂的概念

●表面张力：

一种使表面分子具有向内运动的趋势，并使表面自动收缩至最小面积的力。

●表面活性：

使液体表面张力下降的性质。

●表面活性物质：

能使液体表面张力下降的物质。

第一节表面活性剂分类

一、表面活性剂（surfactant）

●定义：

指那些具有很强表面活性、能使液体的表面张力显著下降的物质。

增溶、乳化、润湿、杀菌、去污、起泡和消泡等

●表面活性剂分子的结构特征

✓由具有极性的亲水基和非极性的亲油基组成，而且两部分分处两端。

因此，表面活性剂具有既亲水又亲油的两亲性质，但具有两亲性的分子不一定都是表面活性剂。

表面活性剂的吸附性

（1）在溶液中的正吸附

（2）在固体表面的吸附

非极性固体表面单层吸附

极性固体可发生多层吸附

●离子型表面活性剂

●阳离子

●阴离子

●两性离子

●非离子型

（一）阴离子表面活性剂

⏹高级脂肪酸盐通式：

RCOO－M＋

如硬脂酸钠、钙、镁等；

良好的乳化能力，但易被酸破坏，一般供外用

⏹硫酸盐通式：

ROSO3－M＋

如十二烷基硫酸钠、十六醇硫酸钠等;

乳化能力很强，较稳定。

主要用作外用软膏的乳化剂

⏹磺酸盐、烷基磺酸盐通式：

RSO3－M＋

如二己基琥珀酸磺酸钠；

⏹烷基苯基磺酸盐通式：

RC6H5SO3－M＋

如阿洛索-OT、十二烷基苯磺酸钠等；

渗透力强，去污力强，为优良洗涤剂

胆盐甘胆酸钠、牛胆磺酸钠等。

（二）阳离子表面活性剂

⏹胺盐型通式：

[RNH3+]X-，[R2NH2+]X-

如氯苄甲乙胺等；

⏹季铵盐型通式：

[R1R2N+R3R4]X-

如洁尔灭、新洁尔灭等。

（三）两性离子表面活性剂

⏹氨基酸型通式：

RN＋H2CH2CH2COO－

磷脂类磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝氨酸等

⏹甜菜碱型通式：

R（CH3）2N+CH2COO－

⏹碱性水溶液中呈阴离子表面活性剂的性质，具有很好的起泡、去污作用；

⏹酸性溶液中则呈阳离子表面活性剂的性质，具有很强的杀菌能力。

磷脂中主要的分子结构式

（四）非离子型表面活性剂

⏹多元醇型

⏹聚氧乙烯型

⏹聚氧乙烯-聚氧丙烯型

⏹蔗糖脂肪酸酯

1.多元醇型

⏹脱水山梨醇脂肪酸酯类（司盘型：

Span），也称脂肪酸山梨坦

⏹通式：

主要用作W/O型辅助乳化剂

聚氧乙烯脱水山梨醇脂肪酸酯类（吐温型：

Tween也称为聚山梨酯polysorbate）通式：

HLB值：

1.8～8.6

W/O型乳化剂

Tween20（聚氧乙烯脱水山梨醇单月桂酸酯）

Tween40（聚氧乙烯脱水山梨醇单棕榈酸酯）

Tween60（聚氧乙烯脱水山梨醇单硬脂酸酯）

Tween80（聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯）

Tween85（聚氧乙烯脱水山梨醇三油酸酯）

2.聚氧乙烯型

⏹酯型通式：

RCOOCH2（CH2OCH2）nCH2OH

聚氧乙烯二醇基；卖泽（Myrij）类表面活性剂，聚氧乙烯40硬脂酸酯（polyoxyl40stearate）。

HLB值：

﹥8增溶剂、润湿剂、O/W型乳化剂

⏹醚型通式：

RO（CH2OCH2）nH，

苄泽（Brij）类表面活性剂；如Brij30与Brij35是不同分子量的聚合物等。

HLB值较高，作增溶剂、O/W型乳化剂

3.聚氧乙烯-聚氧丙烯型

⏹泊洛沙姆（美国NF名Poloxamer）

国外商品名普朗尼克（Pluronic），本品为聚氧乙烯丙烯嵌段共聚物

⏹化学结构式为

HO-（C2H4O）a-（CHCH2（CH3）O）b-（C2H4O）a-H

其中b至少为15，（C2H4O）a，a为化合物总量的10~80％。

Poloxamer188系O/W型乳化剂，可用于静脉乳剂

4.蔗糖脂肪酸酯

⏹蔗糖脂肪酸酯（Sucroseesters，简称SE）

⏹由蔗糖分子中一个或数个羟基与脂肪酸（硬脂酸、软脂酸、棕榈酸等）酯化而成；

⏹SE是单酯、双酯及三酯的混合物，改变其比例，其亲水性就发生变化，同时HLB值也可在5~13内范围变化。

O/W型乳化剂和分散剂，高脂肪酸含量的蔗糖酯可用作阻滞剂

（五）高分子型表面活性剂

⏹相对分子质量往往在数千以上，有时达数十万

⏹

分子内有极性和非极性部分，它又可分为非离子型、阴离子型、阳离子型和两性离子型

⏹聚氧乙烯聚氧丙烯二醇醚是非离子型

第二节表面活性剂的理化性质

与生物性质

⏹临界胶束浓度

⏹亲水亲油平衡值（HLB）

⏹Krafft点与昙点

⏹表面活性剂的生物学性质

一、临界胶束浓度

⏹表面活性剂在溶液中超过一定浓度时会从单体（单个离子或分子）缔合成为胶态聚合物，即胶束（或称胶团）

⏹Criticalmicelleconcentration：

开始形成胶束的浓度称为临界胶束浓度或称临界胶团浓度，用CMC表示。

（一）胶束的形成、大小与形状

⏹表面活性剂的浓度达到CMC值时，形成胶束；

⏹在临界胶束浓度时水分子的强大凝聚力把表面活性剂分子从其周围挤开，迫使表面活性剂分子的亲油基和亲水基各自互相接近，排列成亲油基在内、亲水基在外的球形缔合体，即胶束；

⏹胶束的形成并不是由于亲油基和水分子间的斥力或亲油基彼此间的Vanderwaals引力所致，而是受水分子的排挤所致。

离子型表面活性剂胶束

形状

⏹浓度比临界胶束浓度稍大，并且无其它添加剂存在时，胶束为球状；

⏹在浓溶液中，胶束呈棒状；

⏹浓度更大时，棒状胶团聚集成束，周围是溶剂；

⏹

浓度再大时，胶束合并为层状胶束。

2.非离子型表面活性剂胶束

3.高分子型表面活性剂胶束

4.混合胶束

（二）外界条件对临界胶束浓度值的影响

⏹温度对CMC值的影响

⏹外加电解质对CMC值的影响

⏹外加有机物对CMC值的影响

1.温度对CMC值的影响

⏹离子型表面活性剂在水中的溶解度有限，随温度升高而缓慢增大，一般CMC值随升温略增大，这是因为升温使分子热运动加剧，不利于形成胶束。

⏹非离子型表面活性剂则不然，澄清溶液加热至某一温度时溶液突然浑浊，表明温度升高使溶解度降低，CMC值降低。

2.外加电解质对CMC值的影响

⏹在表面活性剂溶液中加入强电解质能降低CMC值；

⏹一般对离子型表面活性剂的影响尤其显著，是因为电解质离子与带相反电荷的表面活性剂离子之间存在静电作用。

3.外加有机物对CMC值的影响

⏹在表面活性剂溶液中加入醇、酸、胺等有机物，对CMC值影响比较复杂；

⏹一般长链的极性有机物对表面活性剂的CMC值的影响显著；例如醇、酸、胺等化合物随烃链增长，使离子型表面活性剂的CMC值减小；

⏹醇类对非离子型表面活性剂的CMC值影响恰好相反。

（三）临界胶束浓度的测定

⏹表面张力法

⏹电导法

二、亲水亲油平衡值（HLB）

⏹Hydrophile-lipophilebalance：

亲水性和亲油性的强弱，它反映的是表面活性剂分子中两种基团的作用大小和平衡后的相互关系；

⏹规定不含疏水基团的聚乙二醇HLB=20，而无亲水基的石蜡的HLB=0；

⏹非离子型表面活性剂HLB值约处于1~20之间，离子型表面活性剂HLB值约处于1~40之间；

⏹HLB值小则亲油性强，HLB值大，则亲水性强。

HLB值的计算

⏹理论计算法：

如果HLB值是由表面活性剂分子中各种结构基团贡献的总和，则每个基团对HLB值的贡献可用数值表示，此数值称为HLB基团数（groupnumber）。

HLB=∑（亲水基团HLB）+∑（亲油基团HLB）+7

混合乳化剂的HLB值

例HLB值的计算：

用司盘80（HLB值4.3）和聚山梨酯20（HLB值16.7）制备HLB值为9.5的混合乳化剂100g，问两者应各用多少克？

该混合物可作何用？

应使用司盘8058.1g，聚山梨酯2041.9g。

该混合物可作油/水型乳化剂、润湿剂等使用。

HLB值

应用

HLB值

应用

3～6

W/O型乳化剂

13～18

增溶剂

7～9

作润湿剂与铺展剂

1～3

消泡剂

8～18

O/W型乳化剂

13～16

去污剂

三、Krafft点与昙点

（一）Krafft点

⏹对于离子型表面活性剂在水中的溶解度随温度变化曲线随温度升高，其溶解度在某一温度K点急剧升高，转折点K对应的温度称克拉费特点（Krafftpoint）；

⏹此点对应的溶解度即为该离子型表面活性剂的临界胶团浓度。

（二）昙点（CloudPoint）

⏹非离子型表面活性剂在水溶液中的溶解度随温度升高而下降，使溶液变浊，称此变浊温度为昙点（Cloudpoint），亦称浊点；

⏹昙点是非离子型表面活性剂的特征值，此类表面活性剂的昙点在70~100℃；

⏹吐温类产生昙点的原因是温度升高，聚氧乙烯链与水之间的氢键断裂，水合能力下降，溶解度反而减小，溶液变浊出现昙点，冷却时氢键重新形成，又澄明；

⏹在聚氧乙烯链相同时，碳氢链越长，则昙点越低；在碳氢链长相同时，聚氧乙烯链越长则昙点越高。

四、表面活性剂的生物学性质

（一）表面活性剂对药物吸收的影响

⏹表面活性剂的存在可能增进药物的吸收也可能降低药物的吸收，取决于多种因素的影响；

⏹如果药物被增溶在胶束内，并可以顺利从胶束内扩散或胶束本身迅速与胃肠粘膜融合，则增加吸收，例如吐温80明显促进螺内酯的口服吸收；

⏹表面活性剂能溶解生物膜脂质，增加上皮细胞的通透性，从而改善吸收，如十二烷基硫酸钠改进头孢菌素钠、四环素、磺胺脒、氨基苯磺酸等药物的吸收。

⏹吐温80和吐温85增加一些难溶性药物的吸收，则是因其在胃肠中形成高粘度团块，降低了胃排空速率。

⏹但当聚氧乙烯类或纤维素类表面活性剂增加胃液粘度而阻止药物向粘膜面的扩散时，则吸收速率随粘度上升而降低。

（二）表面活性剂与蛋白质的作用

⏹蛋白质分子结构中氨基酸的羧基在碱性条件下发生解离而带有负电荷，在酸性条件下则结构中的氨基或胍基发生解离而带有正电荷。

因此，在两种不同带电情况下，分别与阳离子表面活性剂或阴离子表面活性剂发生电性结合。

⏹表面活性剂还可能破坏蛋白质二维结构中的盐键、氢键和疏水键，从而使蛋白质各残基之间的交联作用减弱，螺旋结构变得无序或受到破坏，最终使蛋白质发生变性。

（三）表面活性剂的毒性

⏹一般而言，阳离子表面活性剂的毒性最大，其次是阴离子表面活性剂，非离子表面活性剂毒性最小；

⏹两性离子表面活性剂的毒性小于阳离子表面活性剂；

⏹阳离子及阴离子表面活性剂不仅毒性较大，而且还有较强的溶血作用；

⏹非离子表面活性剂的溶血作用较轻微。

（四）表面活性剂的刺激性

⏹虽然各类表面活性剂都可以用于外用制剂，但长期应用或高浓度使用可能出现皮肤或粘膜损害。

第三节表面活性剂在药物制剂中的应用

⏹表面活性剂的乳化作用

⏹表面活性剂的润湿作用

⏹表面活性剂的增溶作用

⏹表面活性剂的起泡和消泡作用

⏹表面活性剂的去污作用

⏹表面活性剂的消毒和杀菌作用

一、表面活性剂的乳化作用

（一）降低界面张力

⏹当水相与油相混合时，加入表面活性剂（乳化剂）可降低油水的界面张力，分散成稳定的乳剂；

⏹根据所用油及乳剂类型选择适宜乳化剂。

（二）形成牢固的乳化膜

⏹乳化剂降低油水界面张力的同时被吸附于乳滴的表面上，并有规律地定向排列形成膜，可阻止乳滴的合并；

⏹在乳滴周围形成的乳化剂膜称为乳化膜；

⏹乳化剂在乳滴表面上排列越整齐，乳化膜就越牢固，乳剂也就越稳定；

⏹乳化膜有三种类型。

⏹单分子乳化膜表面活性剂分子被吸附于乳滴表面，有规律地定向排列成单分子乳化剂层，增加乳剂的稳定性；

⏹多分子乳化膜亲水性高分子化合物类乳化剂，在乳剂形成时被吸附于乳滴的表面，形成多分子乳化剂层，阻止乳滴合并，也增加分散介质的粘度，使乳剂更稳定；

⏹固体微粒乳化膜固体乳化剂微粒对水相和油相有不同的亲合力，因而对油、水两相表面张力有不同程度的降低，在乳化过程中固体微粒被吸附于乳滴表面，在乳滴表面上排列成固体微粒膜，起阻止乳滴合并的作用，增加乳剂的稳定性。

二、表面活性剂的润湿作用

⏹在固／液界面体系中加入表面活性剂后可以降低固液界面张力，从而降低固体与液体的接触角，对固体表面起润湿作用。

因此，作为润湿剂的表面活性剂，要求分子中的亲水基和亲油基应该具有适宜平衡，其HLB值一般在7~11之间，并应有适宜的溶解度。

三、表面活性剂的增溶作用

表面活性剂在水溶液中达到CMC后，一些水不

溶性或微溶性物质在胶束溶液中的溶解度可显著增

加并形成透明胶体溶液，称为增溶。

起增溶作用的表面活性剂称增溶剂。

表面活性剂能够增溶，一般认为是由于表面活性剂在水中形成胶束的结果。

四、表面活性剂的其他应用

⏹表面活性剂除了增溶外，还常用做乳化剂、润湿剂和助悬剂、起泡剂和消泡剂、去污剂、消毒剂或杀菌剂等

⏹起泡剂和消泡剂起泡剂通常具有较强的亲水性和较高的HLB值；在产生稳定泡沫的情况下，加入一些HLB值为1~3的亲油性较强的表面活性剂，可使泡沫破坏。

⏹去污剂HLB值一般在13~16。

⏹消毒剂和杀菌剂大多数阳离子表面活性剂和两性离子表面活性剂都可用作消毒剂，少数阴离子表面活性剂也有类似作用。