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表面活性剂

表面活性剂

表面活性剂是指在液体中添加极低浓度的物质。它被吸附在液体表面或水与油的界面上,以降低液体的表面张力和界面张力。可以显示出乳化、润湿、净洗、分散、泡沫、消泡、增溶、润滑等作用。

表面活性剂是一种有机化合物.从分子结构上看由两种基团组成。一种是在油中溶解,在水中难溶的叫做亲油基(亲油憎水基团).以长链烷烃为代表;另一种是在水中溶解,在油中难溶叫做亲水基(亲水憎油基团).是以羟基、胶基、氨基、硫酸酯和磺酸基、醚基为代表的原子团。根据表面活性剂的亲油基和亲水基两个原子团的平衡关系(即HLB值).可随意制出不同程度油溶性及水溶性的产品。

表面活性剂一般分为:阴离子型、阳离子刑、非离子型、两性离子型和高分子型等类型。这些物质在水中溶解后.其活性基团电离呈负电性的.叫做阴离子型。倾向于离解成正电的叫做阳离子型。分子由阳离子和阴离子共存的叫做两性表面活性剂。近又有高分子刑出现。主要类别列于表413。

4.8.1表面活性剂的性质

(1)界面活性作用。在液体和固体,或水与油的相界面上(包括有液相一气相,液相一固相.液相-液相)两相间的吸附.在表面或界面上具有明显变化的性质。如在水中能明显地降低水的表面张力,因而大大地增加了水的表面活性,从而显示出加速液体向纤维内部的渗透,加速固体表面的润湿,以及使两相不相混溶的液体生成乳液等。这种性质称之为界面活性。而在水中极低的浓度也能大大降低水的表面张力的物质称之为表面活性剂。

表面活性剂的分子由两种基团(一种憎水基团,一种为亲水基团)构成.两者共存并保持适当的平衡(叫做HLB值)才能显示出良好的界面活性。

表面活性剂的溶液具有多种多样的性质,除具有润湿或渗透、起泡、乳化、净洗、分散、可溶化等作用外,还具有润滑、杀菌、匀染、剥染等的作用。

(2)表面张力。作用在液体表面或固体表面上的收缩力(积力)称之为表面张力。一般在两相之间界面上的作用力.称为界面张力。一定浓度表面活性剂的水溶液,在其表面张力降低为低位、大的渗透压、大的去污力和其他大物理性质的大位时,即为临界浓度,并形成“胶束”。但如再提高浓度,表面张力、渗透压等则均无变化。

(3)胶束浓度。表面活性剂的极稀溶液,一般显示为理想溶液的性质,但超过某种浓度以上时,则带有胶体溶液的性质。如在水溶液中.表面张力不能继续再降低.表面活性剂在相界面或表面上的浓度已达饱和,不能继续提高,多余的这些活性剂分子的液体中并不分散而是集结在一起.称之为“胶束”。在这个界限的浓度称为临界胶束浓度,以CMC表示。"胶束”的形状根据活性剂的分子结构有球状、板状、层状或圆筒状等.推断集合数约有50~15分子。

对于临界胶束浓度来说。憎水基的键长、亲水基的种类和位置等化学结构,虽然无甚大的影响.但添加其他盐类或极性有机物质则有很大的影响。

(4)吸附作用。影响液体表面张力变化现象的重要因索,是温度和添加物。在一定温度下,对纯粹的液体,显示一定的表面自由能,缩小其一定程度的表面积,当添加极稀薄的活性剂时.表面张力显著下降,其表面浓度就有变化.这种表面浓度和内部浓度不同的现象,称之为吸附。

在液体表面张力减少时.活性物的分子由液体内部向表面移行,则表面浓度比内部浓度增大.称之为正吸附。与此相反,表面张力增高时,则由表面向内部集聚。此时表面浓度减少.称之为负吸附。以肥皂为例.RCOONA分子中含憎水基团和亲水基团.溶于水时,憎水基一端分子由水的内部挤到水面上来.挤掉界面上水分子所占据的位置,在水的表面上发生正吸附作用。形成一个由肥皂分子组成的表面层,这样水溶液的表面张力就下降了。处在表面层的肥皂分子规则性地排列着,在表面层内浓度增加到使分子与分子之间距离足够大时,即可出现由定向排列的分子组成的单分子层(单分子膜)。吸附现象是表面活性剂的重要性质,是探求其润湿、乳化、分散、可溶化等性能的物理化学原理.也是表面活性剂的化学结构及其物化性质的总立足点。

(5)润湿及渗透作用。液体在固体表面的贴附现象,称为润湿或渗透。其原因是液体沾湿固体时,液体和固体表面亲和力即沾湿时表面自由能减少。如溶液中有表面活性剂存在,则更加容易使液体扩展和贴附。

表面活性剂的润湿或渗透作用.固然是由于液体表面张力的降低,但实际上并不只是这单一原因.同时要考虑到固体表面的条件、溶解度、浓度、黏度、挥发性等因素。

(6)分散作用。为了把固体粒子的集合体完全分散在溶液中,液体必须把各个粒子完全润湿,换言之.也就是借润湿力破坏固体粒子之间的凝聚力。即液固之间的界面自由能要小于固一固之间的界面自由能。

由于界面自由能的降低,才显示出分散的效能。同时,根据被吸附的表面活性剂的电离。可产生带电的二重性,这也有助于分散。并以表面活性剂具有保护胶体的作用.防止粒子的再凝集.所以又显示有稳定的分散能力。

如对纤维工业常用的金属皂的分散系统,就与净洗作用有极大的关系,分散的机理即憎水性的金属皂粒子,在具有表面活性剂的水溶液中是向着表面活性剂憎水从一端定向吸附的,此时表面活性剂的分子覆盖于金属皂粒子的表面.而另一端亲水基部.则产生水合作用。这样金属皂粒子本身不易再凝集,因而在水中形成良好的分散状况。具有这种性能的活性剂一般称之为分散剂。

(7)乳化作用。一种液体在另外一种不溶性液体中被分散成细小粒子称为乳化。在分散了的各粒子之间包覆了一层吸附的薄膜. 可防止粒子的凝集,形成稳定的乳液。如水和油不相混溶。很难形成乳液,但加人某种表面活性剂后,介于水油之间,利于使其某一方分散于另一方中.具有这种性能的活性刹一般称之为乳化剂。
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