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表面活性劑

表面活性劑

表面活性劑是指在液體中添加極低濃度的物質。它被吸附在液體表面或水與油的界面上,以降低液體的表面張力和界面張力??梢韻允境鋈榛?、潤濕、凈洗、分散、泡沫、消泡、增溶、潤滑等作用。

表面活性劑是一種有機化合物.從分子結構上看由兩種基團組成。一種是在油中溶解,在水中難溶的叫做親油基(親油憎水基團).以長鏈烷烴為代表;另一種是在水中溶解,在油中難溶叫做親水基(親水憎油基團).是以羥基、膠基、氨基、硫酸酯和磺酸基、醚基為代表的原子團。根據表面活性劑的親油基和親水基兩個原子團的平衡關系(即HLB值).可隨意制出不同程度油溶性及水溶性的產品。

表面活性劑一般分為:陰離子型、陽離子刑、非離子型、兩性離子型和高分子型等類型。這些物質在水中溶解后.其活性基團電離呈負電性的.叫做陰離子型。傾向于離解成正電的叫做陽離子型。分子由陽離子和陰離子共存的叫做兩性表面活性劑。近又有高分子刑出現。主要類別列于表413。

4.8.1表面活性劑的性質

(1)界面活性作用。在液體和固體,或水與油的相界面上(包括有液相一氣相,液相一固相.液相-液相)兩相間的吸附.在表面或界面上具有明顯變化的性質。如在水中能明顯地降低水的表面張力,因而大大地增加了水的表面活性,從而顯示出加速液體向纖維內部的滲透,加速固體表面的潤濕,以及使兩相不相混溶的液體生成乳液等。這種性質稱之為界面活性。而在水中極低的濃度也能大大降低水的表面張力的物質稱之為表面活性劑。

表面活性劑的分子由兩種基團(一種憎水基團,一種為親水基團)構成.兩者共存并保持適當的平衡(叫做HLB值)才能顯示出良好的界面活性。

表面活性劑的溶液具有多種多樣的性質,除具有潤濕或滲透、起泡、乳化、凈洗、分散、可溶化等作用外,還具有潤滑、殺菌、勻染、剝染等的作用。

(2)表面張力。作用在液體表面或固體表面上的收縮力(積力)稱之為表面張力。一般在兩相之間界面上的作用力.稱為界面張力。一定濃度表面活性劑的水溶液,在其表面張力降低為低位、大的滲透壓、大的去污力和其他大物理性質的大位時,即為臨界濃度,并形成“膠束”。但如再提高濃度,表面張力、滲透壓等則均無變化。

(3)膠束濃度。表面活性劑的極稀溶液,一般顯示為理想溶液的性質,但超過某種濃度以上時,則帶有膠體溶液的性質。如在水溶液中.表面張力不能繼續再降低.表面活性劑在相界面或表面上的濃度已達飽和,不能繼續提高,多余的這些活性劑分子的液體中并不分散而是集結在一起.稱之為“膠束”。在這個界限的濃度稱為臨界膠束濃度,以CMC表示。"膠束”的形狀根據活性劑的分子結構有球狀、板狀、層狀或圓筒狀等.推斷集合數約有50~15分子。

對于臨界膠束濃度來說。憎水基的鍵長、親水基的種類和位置等化學結構,雖然無甚大的影響.但添加其他鹽類或極性有機物質則有很大的影響。

(4)吸附作用。影響液體表面張力變化現象的重要因索,是溫度和添加物。在一定溫度下,對純粹的液體,顯示一定的表面自由能,縮小其一定程度的表面積,當添加極稀薄的活性劑時.表面張力顯著下降,其表面濃度就有變化.這種表面濃度和內部濃度不同的現象,稱之為吸附。

在液體表面張力減少時.活性物的分子由液體內部向表面移行,則表面濃度比內部濃度增大.稱之為正吸附。與此相反,表面張力增高時,則由表面向內部集聚。此時表面濃度減少.稱之為負吸附。以肥皂為例.RCOONA分子中含憎水基團和親水基團.溶于水時,憎水基一端分子由水的內部擠到水面上來.擠掉界面上水分子所占據的位置,在水的表面上發生正吸附作用。形成一個由肥皂分子組成的表面層,這樣水溶液的表面張力就下降了。處在表面層的肥皂分子規則性地排列著,在表面層內濃度增加到使分子與分子之間距離足夠大時,即可出現由定向排列的分子組成的單分子層(單分子膜)。吸附現象是表面活性劑的重要性質,是探求其潤濕、乳化、分散、可溶化等性能的物理化學原理.也是表面活性劑的化學結構及其物化性質的總立足點。

(5)潤濕及滲透作用。液體在固體表面的貼附現象,稱為潤濕或滲透。其原因是液體沾濕固體時,液體和固體表面親和力即沾濕時表面自由能減少。如溶液中有表面活性劑存在,則更加容易使液體擴展和貼附。

表面活性劑的潤濕或滲透作用.固然是由于液體表面張力的降低,但實際上并不只是這單一原因.同時要考慮到固體表面的條件、溶解度、濃度、黏度、揮發性等因素。

(6)分散作用。為了把固體粒子的集合體完全分散在溶液中,液體必須把各個粒子完全潤濕,換言之.也就是借潤濕力破壞固體粒子之間的凝聚力。即液固之間的界面自由能要小于固一固之間的界面自由能。

由于界面自由能的降低,才顯示出分散的效能。同時,根據被吸附的表面活性劑的電離??剎緄畝匭?,這也有助于分散。并以表面活性劑具有?;そ禾宓淖饔?防止粒子的再凝集.所以又顯示有穩定的分散能力。

如對纖維工業常用的金屬皂的分散系統,就與凈洗作用有極大的關系,分散的機理即憎水性的金屬皂粒子,在具有表面活性劑的水溶液中是向著表面活性劑憎水從一端定向吸附的,此時表面活性劑的分子覆蓋于金屬皂粒子的表面.而另一端親水基部.則產生水合作用。這樣金屬皂粒子本身不易再凝集,因而在水中形成良好的分散狀況。具有這種性能的活性劑一般稱之為分散劑。

(7)乳化作用。一種液體在另外一種不溶性液體中被分散成細小粒子稱為乳化。在分散了的各粒子之間包覆了一層吸附的薄膜. 可防止粒子的凝集,形成穩定的乳液。如水和油不相混溶。很難形成乳液,但加人某種表面活性劑后,介于水油之間,利于使其某一方分散于另一方中.具有這種性能的活性剎一般稱之為乳化劑。
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