第三章 表面活性劑的功能與應(yīng)用

1、 第三章第三章 表面活性劑的功能與應(yīng)用表面活性劑的功能與應(yīng)用n掌握表面活性劑的增溶、乳化、潤(rùn)濕、起泡、洗滌和去污分散和絮凝等各種功能的定義；n理解各種功能的作用原理；n理解各種作用的影響因素；n了解各種功能的具體應(yīng)用。n3.1增溶作用n3.2乳化與破乳作用n3.3潤(rùn)濕功能n3.4起泡和消泡作用n3.5洗滌和去污作用n3.6分散和絮凝作用n3.7其他功能3.1 增溶作用n3.1.1 增溶作用的定義和特點(diǎn)n3.1.2 增溶作用的方式n3.1.3 增溶作用的主要影響因素n3.1.4 增溶作用的應(yīng)用3.1.1增溶作用的定義和特點(diǎn)定義：由于表面活性劑膠束的存在，使得在溶劑中難溶乃至不溶的物質(zhì)溶解度顯著增

2、加的作用。例如：常溫下，乙苯基本不溶于水，但在100mL0.3mol/L的十六酸鉀溶液中可溶解3g。 非極性有機(jī)物如苯在水中溶解度很小，加入油酸鈉等表面活性劑后，苯在水中的溶解度大大增加，這稱(chēng)為增溶作用。 增溶作用與普通的溶解概念是不同的，增溶的苯不是均勻分散在水中，而是分散在油酸根分子形成的膠束中。 經(jīng)X射線衍射證實(shí)，增溶后各種膠束都有不同程度的增大，而整個(gè)溶液的的依數(shù)性變化不大。增溶作用的特點(diǎn) （1）增溶作用可以使被溶物的化學(xué)勢(shì)大大降低，是自發(fā)過(guò)程，使整個(gè)系統(tǒng)更加穩(wěn)定。 （2）增溶作用是一個(gè)可逆的平衡過(guò)程 （3）增溶后不存在兩相，溶液是透明的 表面活性劑的加溶作用，只有在臨界膠團(tuán)濃度以上，

3、膠團(tuán)大量生成后才顯現(xiàn)出來(lái)。右圖為25時(shí)，微溶物2-硝基二苯胺溶解度與表面活性劑溶液濃度曲線。 2-硝基二苯胺在月桂酸鉀 水溶液中的溶解度 從圖中可以看到，在表面活性劑濃度小于cmc時(shí)，2-硝基二苯胺溶解度很小，而且不隨表面活性劑濃度改變。在cmc以上，溶解度隨表面活性劑濃度的增加而迅速上升。表面活性劑溶液濃度超過(guò)cmc越多，微溶物就溶解得越多。 可以推斷：微溶物溶解度的增加與溶液中膠團(tuán)形成有密切關(guān)系。增溶作用與乳化作用的不同： 增溶作用：增溶后不存在兩相，是熱力學(xué)穩(wěn)定 體系； 乳化作用：兩種不相混溶的液體形成的液-液 分散體系，有巨大的相界面和界面 自由能，是熱力學(xué)不穩(wěn)定的多分散 體系。 3.

4、1.2 增溶作用的方式四種增溶方式： （1）非極性分子在膠團(tuán)內(nèi)核的增溶 飽和脂肪烴、環(huán)烷烴及苯等不易極化的非極性有機(jī)化合物，一般被加溶于膠團(tuán)的內(nèi)核中，就像溶于非極性碳?xì)浠衔镆后w中一樣（圖（a）。 增溶后的紫外光譜或核磁共振譜表明被加溶物處于非極性環(huán)境中，X射線表明在加溶后膠團(tuán)變大。（2）增溶于表面活性劑分子間的“柵欄”處 長(zhǎng)鏈醇、胺等極性有機(jī)分子，一般以非極性碳?xì)滏湶迦肽z團(tuán)內(nèi)部，而極性頭處于表面活性劑極性基之間，并通過(guò)氫鍵或偶極子相互作用（圖b）。 加溶后的X射線表明膠團(tuán)未變大。若極性有機(jī)物分子的極性很弱，加溶時(shí)插入膠團(tuán)的程度會(huì)增加，甚至極性基也會(huì)被帶入膠團(tuán)內(nèi)核。（3）吸附于膠團(tuán)表面 一些既

5、不溶于水也不溶于非極性烴的小分子極性有機(jī)化合物，如苯二甲酸二甲酯以及一些染料，吸附于膠團(tuán)的外殼或部分進(jìn)入表面活性劑極性基層而被加溶（圖c）。這些加溶物的光譜表明，它們處于極性環(huán)境中。在非離子表面活性劑溶液中，此類(lèi)物質(zhì)加溶于膠團(tuán)的聚氧乙烯外殼中。（4）增溶于膠團(tuán)的極性基層 對(duì)短鏈芳香烴類(lèi)的苯、乙苯等較易極化的碳?xì)浠衔铮_(kāi)始加溶時(shí)被吸附于膠團(tuán)-水界面處，加溶量增多后，插入定向排列的表面活性劑極性基之間，進(jìn)而更深地進(jìn)入膠團(tuán)內(nèi)核。 在聚氧乙烯基為親水基的非離子表面活性劑膠團(tuán)溶液中，苯加溶于膠團(tuán)的聚氧乙烯外殼中（圖d）。 上述四種加溶方式，其增量的規(guī)律：d db ba ac c。 增溶作用的本質(zhì)本質(zhì)：

6、 由于膠團(tuán)的特殊結(jié)構(gòu)，從它的內(nèi)核到水相提供了從非極性到極性環(huán)境的全過(guò)渡。因此，各類(lèi)極性或非極性的難溶有機(jī)物都可以找到適合的溶解環(huán)境，而存在于膠團(tuán)中。由于膠團(tuán)粒子一般小于0.1m，加溶后的膠團(tuán)溶液仍是透明液體。增溶量的測(cè)定方法測(cè)定方法 向100mL已標(biāo)定濃度的表面活性劑溶液中由滴定管滴加被增溶物，當(dāng)達(dá)到飽和時(shí)被增溶物析出，溶液變渾濁，此時(shí)已滴入溶液中的被增溶物的物質(zhì)的量即為增溶量。增溶力 增溶量除以表面活性劑的物質(zhì)的量為增溶力。 表面活性劑的增溶力表示其對(duì)難溶或不溶物增溶的能力，是衡量表面活性劑性能的重要指標(biāo)之一。3.1.3 增溶作用的主要影響因素n3.1.3.1 表面活性劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)n3.1.

7、3.2 被增溶物的化學(xué)結(jié)構(gòu)n3.1.3.3 溫度的影響n(yōu)3.1.3.4 添加無(wú)機(jī)電解質(zhì)的影響3.1.3.1 表面活性劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)1.表面活性劑的類(lèi)型對(duì)加溶能力有影響。 具有同樣疏水基的表面活性劑，其加溶量有如下次序：非離子型陽(yáng)離子型陰離子型。 原因：非離子型表面活性劑的cmc比離子型的低，而陽(yáng)離子型表面活性劑形成的膠團(tuán)較疏松，使其加溶作用比陰離子型的強(qiáng)。2、表面活性劑的鏈長(zhǎng)鏈長(zhǎng)對(duì)加溶量有明顯的影響。 在同系物中，碳?xì)滏溤介L(zhǎng)，cmc越小，越易形成膠團(tuán)，且膠團(tuán)大小隨碳?xì)滏溤鲩L(zhǎng)而增加（聚集數(shù)增加）。 隨著表面活性劑碳?xì)滏湹脑鲩L(zhǎng)，非極性的烴類(lèi)和弱極性的苯、乙苯在膠團(tuán)內(nèi)核的加溶量會(huì)增加。3、親油基部分帶

8、有分支結(jié)構(gòu)分支結(jié)構(gòu)的表面活性劑增溶作用較直鏈的小。原因：直鏈型表面活性劑cmc濃度比支鏈型低，膠束易形成，膠束聚集數(shù)較大。 4、帶有不飽和結(jié)構(gòu)不飽和結(jié)構(gòu)的表面活性劑，或在活性劑分子上引入第二極性基團(tuán)時(shí)，對(duì)烴類(lèi)的增溶作用減小，而對(duì)長(zhǎng)鏈極性物增溶作用增加。3.1.3.2 被增溶物的化學(xué)結(jié)構(gòu) 脂肪烴與烷基芳烴被增溶的程度隨其鏈長(zhǎng)的增加而減小，隨不飽和度及環(huán)化程度的增加而增大； 帶支鏈的飽和化合物與相應(yīng)的直鏈異構(gòu)體增溶量大致相同。3.1.3.3 溫度的影響 溫度對(duì)加溶作用的影響與表面活性劑的類(lèi)型和加溶物的性質(zhì)有關(guān)。 對(duì)于離子型表面活性劑，升高溫度使熱運(yùn)動(dòng)加劇，膠團(tuán)中能發(fā)生加溶作用的空間變大，使極性和非

9、極性有機(jī)物加溶量均增大。 對(duì)于聚氧乙烯醚類(lèi)非離子表面活性劑，溫度升高，聚氧乙烯基的水化作用減弱，cmc降低，膠團(tuán)更易形成，膠團(tuán)聚集數(shù)增大。特別是溫度升至表面活性劑濁點(diǎn)時(shí)，膠團(tuán)聚集數(shù)會(huì)劇增，膠團(tuán)變大，內(nèi)核也變大，使非極性碳?xì)浠衔锖望u代烷類(lèi)有機(jī)物的加溶量增加。 極性有機(jī)物加溶在膠團(tuán)的表面活性劑分子之間，其加溶量隨溫度上升先增加后下降，在達(dá)到表面活性劑的濁點(diǎn)之前會(huì)出現(xiàn)一個(gè)最大值。原因：升高溫度使表面活性劑熱運(yùn)動(dòng)加劇并增加了膠團(tuán)聚集數(shù)，使加溶量增加。繼續(xù)升高溫度，則加劇了聚氧乙烯的脫水作用使其容易卷縮，導(dǎo)致加溶空間變小，極性有機(jī)物的加溶量減少。對(duì)短碳鏈的極性有機(jī)物，其加溶量的降低更為明顯。 3.1.

10、3.4 添加無(wú)機(jī)電解質(zhì)的影響 離子型表面活性劑溶液中加入無(wú)機(jī)電解質(zhì),可增加烴類(lèi)化合物的增溶程度，但使極性有機(jī)物的增溶程度減少。原因:無(wú)機(jī)電解質(zhì)的增加抑制離子型表面活性劑的電離，降低其水溶性，使cmc降低、膠團(tuán)聚集數(shù)變大。在cmc附近，加電解質(zhì)使加溶量增加，這主要是由于增加了膠團(tuán)尺寸和聚集數(shù)。但是，另一方面，加無(wú)機(jī)電解質(zhì)使膠團(tuán)極性基間的排斥作用減弱，使極性基排列更為緊密，導(dǎo)致極性有機(jī)物可加溶的位置減少，極性有機(jī)物的加溶量降低。 有機(jī)添加劑的影響 非極性化合物加溶于表面活性劑溶液中，會(huì)使膠團(tuán)脹大，不太大的烴分子會(huì)插入定向排列的表面活性劑分子疏水基間，使膠團(tuán)變得疏松，有利于極性有機(jī)物的加溶。 與之相

11、反，溶液中加溶了極性有機(jī)物，也會(huì)有利于非極性有機(jī)物的加溶。一般來(lái)說(shuō)，極性有機(jī)物碳?xì)滏溤介L(zhǎng)、極性越小、越不易形成氫鍵的，使非極性有機(jī)物的加溶量越大。 3.1.4 增溶作用的應(yīng)用n乳液聚合：工業(yè)上合成丁苯橡膠時(shí)，利用增溶作用將原料溶于肥皂溶液中再進(jìn)行聚合反應(yīng)（即乳化聚合）；n石油開(kāi)采：驅(qū)油 膠束溶液：表面活性劑、助劑、油混和，這種溶液能溶解原油。n膠片生產(chǎn)：消除膠片上的微小油脂雜質(zhì)；n洗滌3.2 乳化與破乳作用 一種或幾種液體以大于10-7 m直徑的液珠分散在另一不相混溶的液體之中形成的粗分散系統(tǒng)稱(chēng)為乳狀液。n3.2.1 乳狀液的類(lèi)型及形成n3.2.2 影響乳狀液穩(wěn)定性的因素n3.2.3 乳化劑及

12、其選擇依據(jù) n3.2.4 乳狀液的制備n3.2.5 乳狀液的破乳n3.2.5 乳化和破乳的應(yīng)用 乳狀液中以液珠形式存在的相稱(chēng)為分散相（或稱(chēng)內(nèi)相、不連續(xù)相）。另一相是連續(xù)的，稱(chēng)為分散介質(zhì)（或稱(chēng)外相、連續(xù)相）。 通常，乳狀液有一相是水或水溶液，稱(chēng)為水相；另一相是與水不相混溶的有機(jī)相，稱(chēng)為油相。3.2.1 乳狀液的類(lèi)型及形成 3.2.1.1 乳狀液的類(lèi)型和鑒別乳狀液分為以下幾類(lèi)：（1）水包油型：以O(shè)/W表示，內(nèi)相為油，外相為水，如牛奶等。（2）油包水型：以W/O表示，內(nèi)相為水，外相為油，如原油等。（3）多重乳狀液：以W/O/W 或 O/W/O 表示。 W/O/W型是含有分散水珠的油相懸浮于水相中；O

13、/W/O型是含有分散油珠的水相懸浮于油相中； a.W/O/W型 b.O/W/O型圖 多重乳狀液乳狀液類(lèi)型的鑒別方法n稀釋法n染料法n電導(dǎo)法n濾紙潤(rùn)濕法三、乳狀液類(lèi)型的鑒別方法三、乳狀液類(lèi)型的鑒別方法 1稀釋法 若乳狀液很易為水稀釋則該乳狀液為O/W型，相反不易相混則為W/O型乳狀液。 2濾紙潤(rùn)濕法 一般濾紙能被水潤(rùn)濕而不為油潤(rùn)濕，因此往上滴加少量乳狀液，若液體很快展開(kāi)并留下散落細(xì)小油滴，則此乳狀液為O/W型乳狀液，否則為W/O型乳狀液。3電導(dǎo)法 電導(dǎo)法的原理基于這樣的事實(shí)，即一般情況下水比油的電導(dǎo)值高得多。4染色法 染料有油溶性和水溶性之分，前者能溶于油使之染色，后者能溶于水使之染色。 檢驗(yàn)水

14、包油乳狀液加入水溶性染料如亞甲基藍(lán)，說(shuō)明水是連續(xù)相。加入油溶性的染料紅色蘇丹，說(shuō)明油是不連續(xù)相。3.2.1.2 影響乳狀液類(lèi)型的主要因素n相體積n乳化劑的分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)n乳化劑的材質(zhì)n兩相的聚積速度n溫度第一節(jié)第一節(jié) 乳狀液類(lèi)型及鑒別方法乳狀液類(lèi)型及鑒別方法 1相體積 n水相體積分?jǐn)?shù)74.02，形成水為外相的O/W型乳狀液；n 水相體積分?jǐn)?shù)25.98，形成水為內(nèi)相的W/O型乳狀液；n 水相體積分?jǐn)?shù) 25.9874.02，形成O/W或W/O型乳狀液。圖36 乳狀液內(nèi)相為（A）均勻球形 （B）非均勻球形 （C）非球形2乳化劑的分子形態(tài)“定向楔”理論認(rèn)為乳化劑分子在油水界面的定向排列就如大頭朝向外相

15、，而小頭朝內(nèi)相的“楔子”一樣，這樣才能加大界面強(qiáng)度。n定向楔理論做為一種假說(shuō)尚存在不足之處，其中之一就是一價(jià)金屬皂的極性頭并不一定比非極性尾粗大，因此有許多例外情況。 圖37乳化劑分子在乳液液滴表面定向吸附示意圖（A）一價(jià)皂形成的O/W乳狀液（B）二價(jià)皂形成的O/W乳狀液3乳化器材質(zhì) n兩不互溶液體在乳化器中攪拌時(shí)，能潤(rùn)濕器壁的液體易于附著在器壁上從而形成連續(xù)相，即外相，而另一液體則形成內(nèi)相。n按此規(guī)律乳化器材質(zhì)親水性強(qiáng)則形成O/W型乳狀液，否則會(huì)形成W/O型乳狀液。n由于玻璃是親水的而塑料是憎水的，故前者易形成O/W型乳狀液而后者易形成W/O型乳狀液。4、兩相的聚積速度 1957年Davis

16、提出，乳狀液的類(lèi)型取決于兩種液滴的聚結(jié)速度。5溫度 n溫度上升會(huì)降低親水基的水化度，從而降低分子的親水性。因此低溫形成的O/W型乳狀液，升溫后，可能轉(zhuǎn)變?yōu)閃/O型乳狀液。n此轉(zhuǎn)型溫度為表面活性劑親水親油性質(zhì)達(dá)適當(dāng)平衡的溫度，稱(chēng)為相轉(zhuǎn)變溫度(phase inversion temperature)記作PIT。圖 離子型表面活性劑（A）硬酯酸鈉和（B）軟酯酸鈉濃度與相轉(zhuǎn)變穩(wěn)定間關(guān)系3.2.2 影響乳狀液穩(wěn)定性的因素n3.2.2.1 表面張力n3.2.2.2 界面膜的性質(zhì)n3.2.2.3 界面電荷n3.2.2.4 乳液分散介質(zhì)的黏度n3.2.2.5 固體粉末的加入 3.2.2.1 表面張力 乳狀液是

17、一種熱力學(xué)不穩(wěn)定體系。低的油-水界面張力有助于體系的穩(wěn)定，通常的辦法是加入表面活性劑，以降低體系界面張力。例如：煤油與水之間的界面張力是35-40mN/m,加入適量表面活性劑后，可以降低到1mN/m,甚至10-3mN/m以下。這時(shí)，油分散在水中或水分散在油中就容易得多。 3.2.2.2 界面膜的性質(zhì) 界面膜的強(qiáng)度和緊密程度是決定乳狀液穩(wěn)定性的重要因素之一。 為了得到高強(qiáng)度的界面膜和穩(wěn)定的乳狀液： 1）使用足量的乳化劑 2）選擇適宜分子結(jié)構(gòu)的乳化劑3.2.2.3 界面電荷 大部分穩(wěn)定的乳狀液都帶有電荷。 界面電荷來(lái)源: 1)離子型表面活性劑作為乳化劑時(shí)，乳狀液液滴必然帶電。 2)不能發(fā)生解離的非

18、離子表面活性劑,液滴通過(guò) 從水相上吸附離子使自身表面帶電。 3）液滴與分散介質(zhì)發(fā)生磨擦，使液滴表面帶電。結(jié)論：液滴表面的電荷密度越大，乳狀液 的穩(wěn)定性越高。3.2.2.4 分散介質(zhì)的黏度 乳狀液分散介質(zhì)的黏度越大，分散相液滴運(yùn)動(dòng)速度越慢，有利于乳狀液的穩(wěn)定。 許多能溶于分散介質(zhì)中的高分子物質(zhì)常用來(lái)作增稠劑，以提高乳狀液的穩(wěn)定性。同時(shí)，高分子物質(zhì)（如蛋白質(zhì)）還能形成較堅(jiān)固的界面膜,增加乳狀液的穩(wěn)定性。 界面膜的形成與膜強(qiáng)度是影響乳狀液穩(wěn)定性的主要因素。 對(duì)于表面活性劑作為乳化劑的體系，界面張力與界面膜性質(zhì)有直接關(guān)系。隨著界面張力降低，界面吸附更多，膜強(qiáng)度增加，有利于乳狀液的形成和穩(wěn)定。 3.2.

19、2.5 固體粉末的加入 處于油水界面時(shí)才能起到穩(wěn)定作用。3.2.3 乳化劑及其選擇依據(jù)nHLB值法nPIT法1.HLB值法 HLB可用于衡量乳化劑的乳化效果，是選擇選擇乳化劑的一個(gè)經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)。HLB指表面活性劑分子中親水基部分與疏水基部分的比值，也稱(chēng)為親水親油平衡值。 HLB=親水基值/親油基值 HLB將表面活性劑結(jié)構(gòu)與乳化效率之間的關(guān)系定量地表示出來(lái)。這種數(shù)值主要來(lái)自經(jīng)驗(yàn)值，雖然有時(shí)會(huì)有偏差，但仍有其實(shí)用價(jià)值。 HLB數(shù)值在0-40。HLB值越高，表面活性劑親水性越強(qiáng)；HLB值越低，表面活性劑親油性越強(qiáng)。一般而言，HLB8，大都是W/O型乳狀液的乳化劑。HLB10，則為O/W型乳狀液的乳化劑。

20、 下表為HLB值的大致應(yīng)用范圍。 對(duì)于大多數(shù)多元醇脂肪酸酯，HLB值計(jì)算如下： HLB=20(1S/A) 式中 S酯的皂化值； A脂肪酸的酸值。 例如，甘油單硬脂酸酯的S=161，A=198，則HLB=3.8。 對(duì)于皂化值不易得到的產(chǎn)品，如含聚氧乙烯和多元醇的非離子表面活性劑，則可用下式計(jì)算： HLB=(E+P)/5 式中 E聚氧乙烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)； P多元醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 如果親水基中只有聚氧乙烯而無(wú)多元醇，HLB值計(jì)算如下： HLB=E/5 如果是混合表面活性劑，其HLB值可用加權(quán)平均法求得： HLB(混合)=fAHLBA(1fA)HLBB fA為表面活性劑A在混合物中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，這種關(guān)系只能用于A

21、、B表面活性劑無(wú)相互作用的場(chǎng)合。 計(jì)算出表面活性劑的HLB值后，還需要確定油水體系的最佳HLB值，這樣才能選出適合給定體系的乳化劑。 首先選擇一對(duì)HLB值相差較大的乳化劑，例如，Span-60(HLB=4.3)和Tween-80(HLB=15)，利用表面活性劑HLB值的加和性，按不同比例配制成一系列具有不同HLB值的混合乳化劑，用這一系列乳化劑分別將指定的油水體系制備成一系列乳狀液，測(cè)定各個(gè)乳狀液的乳化效果，可得到圖中的鐘形曲線，“o”代表各個(gè)不同HLB值的混合乳化劑，乳化效果可以用乳狀液的穩(wěn)定時(shí)間來(lái)表示，由圖所示，乳化效果的最高峰在HLB值為10.5處。10.5即為此指定油水體系的最佳HLB

22、值。 最佳HLB值的確定 上述最佳HLB值雖然是由一對(duì)乳化劑評(píng)價(jià)得到的，但它是此油水體系的特性，因此也適用于其他乳化劑。 可以在最佳HLB值下，改變?nèi)榛瘎敝琳业叫Ч詈玫娜榛瘎?2.PIT法 PIT指乳狀液發(fā)生轉(zhuǎn)相的溫度，即表面活性劑的親水親油性質(zhì)達(dá)到適當(dāng)平衡的溫度，稱(chēng)為相轉(zhuǎn)變溫度，簡(jiǎn)寫(xiě)為PIT。PITPIT的確定方法的確定方法 將等量的油、水和3%-5%的表面活性劑制成O/W型乳狀液，加熱、攪拌，在此期間可采用稀釋法、染色法或電導(dǎo)法來(lái)檢查乳狀液是否轉(zhuǎn)相。 當(dāng)乳狀液由O/W型變?yōu)閃/O型時(shí)的溫度，就是此體系的相轉(zhuǎn)變溫度。 實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在PIT附近制備的乳狀液有很小的顆粒，這些顆粒不穩(wěn)定、

23、易聚結(jié)。 要得到分散度高而且穩(wěn)定性好的乳狀液，對(duì)于O/W型乳狀液，要在低于PIT 2-4的溫度下配制，然后冷卻至保存溫度。這樣才能得到穩(wěn)定的乳狀液。 對(duì)于W/O型乳狀液，配制溫度應(yīng)高于PIT 2-4，然后再升溫至保存溫度。 PIT與HLB有近似直線的關(guān)系，HLB值越大，則親水性越強(qiáng)，即轉(zhuǎn)變?yōu)橛H油性表面活性劑的溫度越高，PIT越高，配制的O/W型乳狀液穩(wěn)定性也高。 3.2.4 乳狀液的制備 乳狀液的制備是將一種液體以液珠形式分散到另一種與之不相溶的液體中。 在制備過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生巨大的相界面，體系界面能大大增加，而這些能量需要外界提供。 制備穩(wěn)定性好的乳狀液，需要采取適當(dāng)?shù)娜榛椒ê腿榛O(shè)備。 按照

24、不同的加料方式按照不同的加料方式，常用的乳化方法有以下幾種：n劑在水中法n劑在油中法n瞬間成皂法n混合膜生成法n輪流加液法1.劑在水中法 將乳化劑直接溶于水中，在激烈攪拌下將油加入。 此法可直接生產(chǎn)O/W型乳狀液。若繼續(xù)加油，體系會(huì)發(fā)生變型，得到W/O型乳狀液。 此法常用于親水性強(qiáng)的乳化劑，直接制成O/W型乳狀液比較合適。制得的乳狀液顆粒大小不均，穩(wěn)定性較差。 為改善它的性能，常將制得的乳狀液用膠體磨或均化器進(jìn)行處理。2.劑在油中法（轉(zhuǎn)相乳化法） 將乳化劑加入油相，在激烈攪拌下加入水，水以細(xì)小的水珠分散在油中，形成W/O型乳狀液。繼續(xù)加水至體系發(fā)生變型，油由外相轉(zhuǎn)至內(nèi)相，得到O/W型乳狀液。

25、此法得到的乳狀液顆粒均勻，穩(wěn)定性好。 3.瞬間成皂法 用皂作乳化劑的乳狀液皂作乳化劑的乳狀液可用此法制備。將脂肪酸溶于油中，堿溶于水中，然后在劇烈攪拌下將兩相混合，界面上瞬間生成了脂肪酸鹽，得到乳狀液。 此法較簡(jiǎn)單，乳狀液穩(wěn)定性也很好。 4.混合膜生成法 使用混合乳化劑使用混合乳化劑，一個(gè)親水，另一個(gè)親油，將親水乳化劑溶于水中，親油乳化劑溶于油中。在劇烈攪拌下，將油水混合，兩種乳化劑在界面上形成混合膜。 混合乳化劑如：十二烷基硫酸鈉與十二醇，十六烷基硫酸鈉與十六醇（或膽甾醇）等。 此法制得的乳狀液很穩(wěn)定。 5.輪流加液法 將水和油輪流加入乳化劑，每次只加少量。 對(duì)于制備食品乳狀液如蛋黃醬或其他

26、含菜油的乳狀液，此法特別適宜。 乳化設(shè)備乳化設(shè)備 對(duì)被乳化的體系施以機(jī)械力機(jī)械力，使其中的一種液體被分散在另一種液體中。 常用的乳化設(shè)備有：攪拌器、膠體磨、均化器和超聲波乳化器。 n攪拌器：設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，適用于多種體系，但只能生產(chǎn)較粗的乳狀液。n膠體磨和均化器：制備的乳狀液液珠細(xì)小，分散度高，乳狀液的穩(wěn)定性好。n超聲波乳化器：一般都在實(shí)驗(yàn)室使用，在工業(yè)上使用成本太高。 溶膠的制備-超聲分散法 這種方法目前只用來(lái)制備乳狀液。這種方法目前只用來(lái)制備乳狀液。 如圖所示，將分散如圖所示，將分散相和分散介質(zhì)兩種不混相和分散介質(zhì)兩種不混溶的液體放在樣品管溶的液體放在樣品管4 4中。樣品管固定在變壓中

27、。樣品管固定在變壓器油浴中。器油浴中。 在兩個(gè)電極上通入在兩個(gè)電極上通入高頻電流，使電極中間高頻電流，使電極中間的石英片發(fā)生機(jī)械振蕩，的石英片發(fā)生機(jī)械振蕩，使管中的兩個(gè)液相均勻使管中的兩個(gè)液相均勻地混合成乳狀液。地混合成乳狀液。 3.2.5 5 乳狀液的破乳乳狀液的破乳 有時(shí)為了破壞乳狀液需加入另一種表面活性劑，稱(chēng)為破乳劑，將乳狀液中的分散相和分散介質(zhì)分開(kāi)。例如原油中需要加入破乳劑將油與水分開(kāi)。常用的破乳方法有：n物理法破乳n化學(xué)法破乳1.物理法破乳 常用的有: 電沉降、超聲、過(guò)濾、加熱等方法。 n電沉降法：用于W/O型乳狀液，如原油的破乳。電沉降法是在高壓靜電場(chǎng)（電壓約數(shù)十千伏）的作用下，使

28、作為內(nèi)相的水珠聚結(jié)；n超聲法：既可用于形成乳狀液，也可用于破乳，使用強(qiáng)度不大強(qiáng)度不大的超聲波，會(huì)發(fā)生破乳；n過(guò)濾法：是將乳狀液通過(guò)多孔性材料多孔性材料過(guò)濾，濾板將界面膜刺破，使乳狀液內(nèi)相聚結(jié)而破乳；n加熱法：是簡(jiǎn)便易行的破乳法，提高溫度，分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，有利于液珠的聚結(jié)，同時(shí)，提高溫度會(huì)使體系黏度降低，從而降低了乳狀液的穩(wěn)定性，易發(fā)生破乳。 2.化學(xué)法破乳 主要是改變?nèi)闋钜旱慕缑婺ば再|(zhì)，設(shè)法降低界面膜強(qiáng)度或破壞界面膜，達(dá)到破乳的目的。 例如，對(duì)于用皂作乳化劑的乳狀液，加入無(wú)機(jī)酸會(huì)使脂肪酸皂變成游離脂肪酸失去乳化作用，發(fā)生破乳。 乳狀液中加入使乳化劑親水親油性發(fā)生變化的試劑，也可發(fā)生破乳。 例如

29、，在脂肪酸鈉作乳化劑的乳狀液中加入少量高價(jià)金屬鹽，如Ca、Mg、Al鹽，會(huì)使原來(lái)親水的脂肪酸鈉變?yōu)橛H油的脂肪酸Ca、Mg、Al鹽，而使乳化劑破乳。 3.2.6 乳化和破乳的應(yīng)用n在農(nóng)藥中的應(yīng)用n在金屬加工中的應(yīng)用n在化妝品中的應(yīng)用n乳化瀝青n在原油開(kāi)采中的應(yīng)用3.3 潤(rùn)濕功能什么是潤(rùn)濕過(guò)程？ 滴在固體表面上的少許液體，取代了部分固氣界面，產(chǎn)生了新的液固界面。這一過(guò)程稱(chēng)之為潤(rùn)濕過(guò)程 例如：用含有表面活性劑的水溶液潤(rùn)濕玻璃，玻璃上的空氣就被水取代了。 能增強(qiáng)水或水溶液取代固體表面空氣能力的物質(zhì)稱(chēng)為潤(rùn)濕劑。3.3.1 潤(rùn)濕過(guò)程潤(rùn)濕過(guò)程可以分為三類(lèi)，即：粘濕、浸濕和鋪展 （1）粘濕過(guò)程 液體與固體從不

30、接觸到接觸，使部分液-氣界面和固-氣界面轉(zhuǎn)變成新的固-液界面的過(guò)程 液固g lg sl s 設(shè)各相界面都是單位面積，該過(guò)程的Gibbs自由能變化值為： l-sl-gs-gGal-sl-gs-gWG 稱(chēng)為粘濕功aW 粘濕功的絕對(duì)值愈大，液體愈容易粘濕固體，界面粘得愈牢 （2）什么是浸濕過(guò)程？該過(guò)程的Gibbs自由能的變化值為： 在恒溫恒壓可逆情況下，將具有單位表面積的固體浸入液體中，氣固界面轉(zhuǎn)變?yōu)橐汗探缑娴倪^(guò)程稱(chēng)為浸濕過(guò)程 l sg siGW 稱(chēng)為浸濕功，它是液體在固體表面上取代氣體能力的一種量度，有時(shí)也被用來(lái)表示對(duì)抗液體表面收縮而產(chǎn)生的浸濕能力，故又稱(chēng)為粘附張力 iW液體能浸濕固體0iW 固體

31、浸濕過(guò)程示意圖氣液固固體浸濕過(guò)程示意圖氣液固體浸濕過(guò)程示意圖氣液固體浸濕過(guò)程示意圖氣液固體浸濕過(guò)程示意圖氣液固體浸濕過(guò)程示意圖氣液固體浸濕過(guò)程示意圖氣液固g-sl-s（3）鋪展過(guò)程 等溫、等壓條件下，單位面積的液固界面取代了單位面積的氣固界面并產(chǎn)生了單位面積的氣液界面，這種過(guò)程稱(chēng)為鋪展過(guò)程.l sg lg sG S 稱(chēng)為鋪展系數(shù)，若S0，說(shuō)明液體可以在固體表面自動(dòng)鋪展。 等溫、等壓條件下，可逆鋪展單位面積時(shí)，Gibbs自由能的變化值為g sg ll sSG 鋪展過(guò)程固液氣a固液氣a固液氣a固液氣a固液氣a固液氣a固液氣a固液氣a固液氣a固液氣a固液氣a固液氣ab液體在固體表面上的鋪展接觸角與潤(rùn)

32、濕方程 在氣、液、固三相交界點(diǎn)，氣-液與氣-固界面張力之間的夾角稱(chēng)為接觸角，通常用q表示。接觸角與潤(rùn)濕方程g- ls - lg- scosq 若接觸角大于90，說(shuō)明液體不能潤(rùn)濕固體，如汞在玻璃表面； 若接觸角小于90，液體能潤(rùn)濕固體，如水在潔凈的玻璃表面。 接觸角的大小可以用實(shí)驗(yàn)測(cè)量，也可以用公式計(jì)算接觸角與潤(rùn)濕方程ag l(1 cos )Wq 可以利用實(shí)驗(yàn)測(cè)定的接觸角和氣-液界面張力，計(jì)算潤(rùn)濕過(guò)程的一些參數(shù)ig lcosWq g l(cos1)Sq 能被液體所潤(rùn)濕的固體，稱(chēng)為親液性的固體，常見(jiàn)的液體是水，所以極性固體皆為親水性固體。 不被液體所潤(rùn)濕者，稱(chēng)為憎液性的固體。非極性固體大多為憎水性

33、固體。 3.3.2 表面活性劑的潤(rùn)濕作用 1.固體表面性質(zhì) 由潤(rùn)濕方程可以看出，固體表面能愈高，固體表面能愈高，即越大，愈易潤(rùn)濕即越大，愈易潤(rùn)濕。 例如，棉織物的大于防雨布的，所以棉織物易潤(rùn)濕。凡表面能高于100mN/m的固體，叫做高能表面固體，其表面叫做高能表面；凡表面能低于100mN/m的固體，叫做低能表面固體，其表面叫做低能表面。 按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，有機(jī)固體和無(wú)機(jī)固體大致分屬于這兩類(lèi)： 無(wú)機(jī)固體，如金屬及其氧化物、鹵化物及各種無(wú)機(jī)鹽，其表面屬于高能表面。 有機(jī)固體和高聚物的表面則屬于低能表面。 高能固體表面與一般液體接觸后，體系表面能有較大的降低，能為這些液體所潤(rùn)濕；低能固體表面的潤(rùn)濕性能一

34、般來(lái)說(shuō)不好，但隨固液兩相成分與性質(zhì)的不同而有很大變化。另外，固體表面的不均勻性和表面粗糙度對(duì)潤(rùn)濕性能也會(huì)產(chǎn)生影響。 2. 表面活性劑 加入表面活性劑是改變體系潤(rùn)濕性質(zhì)，以滿(mǎn)足實(shí)際需要的主要手段。 表面活性劑對(duì)固體表面潤(rùn)濕性的影響，取決于表面活性劑分子在固液界面上定向吸附的狀態(tài)及吸附量。 （1）提高液體的潤(rùn)濕能力 在水與低能固體表面組成的體系中，由于水的表面張力比固體的臨界表面張力高，而不能在固體表面鋪展。但是如果往溶液中加入表面活性劑，由于它能使lg和ls降低，加大了S值，有利于水在固面上的鋪展，我們把可以增大液體潤(rùn)濕能力的這種物質(zhì)稱(chēng)為潤(rùn)濕劑。 選擇降低水表面張力能力最強(qiáng)的表面活性劑，即cmc

35、最低的表面活性劑作為潤(rùn)濕劑。 陽(yáng)離子表面活性劑通常不能作為潤(rùn)濕劑使用。原因：它極易吸附在通常帶負(fù)電的固體表面上，使帶正電荷的親水基指向固體，而憎水基指向溶液反而增大固面的憎水性，高能表面變成了低能表面，反而不易被水潤(rùn)濕降低了水對(duì)其潤(rùn)濕性能。 （2）在固體表面發(fā)生定向吸附 n可以是單分子層的，雙分子層的，甚至是多分子層的。nBlodgett很早就發(fā)現(xiàn)了表面活性劑分子從溶液向固面轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。如圖617所示 。n表面活性劑分子的這種排列方式形成所謂的“有序組合體”，關(guān)于有序組合體的研究已成為近二十來(lái)年的十分活躍的研究新領(lǐng)域。 圖617 玻璃片（A）插入與（B）拉出溶液時(shí)，表面活性劑分子吸附示意圖 表面

36、活性劑的雙親分子吸附于固體表面，極性基易朝向固體，非極性基朝向氣體，形成定向排列的吸附層。 帶有吸附層的固體表面裸露的是碳?xì)浠鶊F(tuán)，具有低能表面特性，從而改變了原固體表面的潤(rùn)濕性，以達(dá)到防水、抗粘等目的。第三節(jié)第三節(jié) 表面活性劑對(duì)固體表面潤(rùn)濕性能的表面活性劑對(duì)固體表面潤(rùn)濕性能的影響影響 表面活性劑分子在固面的吸附可能是單分子層的物理吸附，也可能是化學(xué)吸附。n比如在礦物浮選方鉛礦時(shí)，加入有機(jī)黃原酸鹽（ROCSSNa），它會(huì)與方鉛礦石發(fā)生化學(xué)吸附，即黃原酸鹽與固面的金屬間生成化學(xué)吸附鍵，這樣在礦石的外面便包裹一層憎水的碳?xì)浠鶊F(tuán)，極性基與固體表面的金屬原子聯(lián)結(jié)，非極性基朝外，使其潤(rùn)濕性大大降低，而易于

37、附著在氣泡上，從水中“逃出”漂浮于表面。使其被水潤(rùn)濕的能力極大地降低，反而易于吸附在氣泡上，達(dá)到泡沫浮選的目的。有關(guān)泡沫浮選的最基礎(chǔ)知識(shí)有關(guān)泡沫浮選的最基礎(chǔ)知識(shí) n右圖示出的親水的砂石在表面張力lg和重力P的雙重作用下，在水中會(huì)被拉下沉向容器底部。圖615(B)中的憎液的礦石所受的重力與表面張力方向相反，這兩個(gè)力之和力方向決定礦石是浮在面上還是沉于水底。n達(dá)到與砂石分離目的，n必須滿(mǎn)足條件： 圖6-15 （A）親液與（B）憎液顆粒在液態(tài)中受力示意圖P固體周長(zhǎng)qcosglVgglq固體周長(zhǎng)cos在實(shí)際操作中在實(shí)際操作中 n為了增大浮選效率，采取鼓入空氣形成氣泡的方法 。n為了極大地富集礦石，往往

38、在浮選液n中加入一些化學(xué)物質(zhì)，這些物質(zhì)大體n可分為三類(lèi)：n1.調(diào)節(jié)劑。一般為氨水、石灰水、nCN-1和HS-1物質(zhì)。n2收集劑（或促集劑）。通常為脂肪n酸鹽及其他類(lèi)這樣的表面活性劑。n3起泡劑。一般為長(zhǎng)鏈有機(jī)化合物。 圖616 礦物浮選中礦石 與礦渣的分離 能降低高能表面潤(rùn)濕性的表面活性物常見(jiàn)的有： 重金屬皂類(lèi)、 高級(jí)脂肪酸、 有機(jī)胺鹽、 有機(jī)硅化合物、 氟表面活性劑等。 3.3.4 潤(rùn)濕劑潤(rùn)濕劑 添加表面活性劑改變固-液、固-氣和液-氣三個(gè)界面的界面張力，來(lái)改變固體的潤(rùn)濕性能。 能使液體潤(rùn)濕或加速潤(rùn)濕固體表面的表面活性劑為潤(rùn)濕劑； 能使液體滲透或加速滲入孔性固體表面的表面活性劑為滲透劑。 潤(rùn)

39、濕劑的分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 良好的潤(rùn)濕劑其疏水鏈應(yīng)具有側(cè)鏈結(jié)構(gòu)側(cè)鏈結(jié)構(gòu)，且親水基應(yīng)位于中部親水基應(yīng)位于中部，或者是碳?xì)滏湠檩^短的碳?xì)滏湠檩^短的直鏈直鏈，親水基位于末端親水基位于末端。 由于潤(rùn)濕取決于在動(dòng)態(tài)條件下表面張力降低的能力，因此，潤(rùn)濕劑不僅應(yīng)具有良好的表面活性，還要有良好的擴(kuò)散性，能很快吸附在新的表面上。潤(rùn)濕劑有陰離子型和非離子型表面活性劑。 陰離子型表面活性劑包括烷基硫酸鹽、磺酸鹽、脂肪酸或脂肪酸酯硫酸鹽、羧酸皂類(lèi)、磷酸酯等。 非離子型表面活性劑包括聚氧乙烯烷基酚醚，聚氧乙烯脂肪醇醚，聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物等。 3.3.5 表面活性劑在潤(rùn)濕方面的應(yīng)用n礦物的泡沫浮選n金屬的防銹與緩蝕n織物

40、的防水防油處理n在農(nóng)藥中的應(yīng)用 3.4 起泡和消泡作用n3.4.1 泡沫的形成及其穩(wěn)定性n3.4.2 表面活性劑的起泡和穩(wěn)泡作用n3.4.3 表面活性劑的消泡作用n3.4.4 起泡與消泡的應(yīng)用 “泡”就是由液體薄膜包圍著氣體。有的表面活性劑和水可以形成一定強(qiáng)度的薄膜，包圍著空氣而形成泡沫，用于浮游選礦、泡沫滅火和洗滌去污等，這種活性劑稱(chēng)為起泡劑。 有時(shí)要使用消泡劑，在制糖、制中藥過(guò)程中泡沫太多，要加入適當(dāng)?shù)谋砻婊钚詣┙档捅∧?qiáng)度，消除氣泡，防止事故。起泡劑所起的主要作用有：（1）降低表面張力（2）使泡沫膜牢固，有一定的機(jī)械強(qiáng)度和彈性（3）使泡沫有適當(dāng)?shù)谋砻骛ざ?3.4.1 泡沫的形成及其穩(wěn)定性

41、一、泡沫的形成一、泡沫的形成 泡沫是氣體分散在液體中的分散體系。氣體是分散相，液體是分散介質(zhì)。被分散的氣泡成多面體形狀。 氣體與液體的密度相差很大，故液體中的氣泡總是很快升至液面，形成以少量液體構(gòu)成的液膜隔開(kāi)氣體的泡沫。 泡沫中各個(gè)氣泡相交處（一般是三個(gè)氣泡相交）形成所謂Plateau交界，圖的A處。 氣泡交界處的氣泡交界處的PlateauPlateau交界交界 由圖中所示，B為兩氣泡的交界處，形成的氣液界面相對(duì)比較平坦，可近似看成平液面，而A為三氣泡交界處，液面為凹液面，此處液體內(nèi)部的壓力小于平液面內(nèi)液體的壓力，即B處液體的壓力大于A處液體的壓力，液體自動(dòng)由B處流向A處，使B處液膜變薄，這是

42、泡沫的一種自動(dòng)排液過(guò)程。 液膜薄至一定程度，會(huì)導(dǎo)致液膜破裂，泡沫破壞。另一種排液過(guò)程是因重力作用產(chǎn)生的向下排液現(xiàn)象，使液膜減薄。二、泡沫的穩(wěn)定性 泡沫是一種熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，破泡后體系總表面積減少，能量降低，這是一種自發(fā)過(guò)程，泡沫最終還是要破壞的。 泡沫破壞的過(guò)程，主要是隔開(kāi)氣體的液膜由厚變薄，直至破裂的過(guò)程。因此，泡沫的穩(wěn)定性主要取決于排液快慢和液膜的強(qiáng)度，影響泡沫穩(wěn)定性的主要因素，就是影響液膜厚度和表面膜強(qiáng)度的因素。影響泡沫穩(wěn)定性的因素影響泡沫穩(wěn)定性的因素n表面張力n界面膜的性質(zhì)n表面張力的修復(fù)作用n表面電荷n泡內(nèi)氣體的擴(kuò)散1.表面張力 生成泡沫時(shí)，液體表面積增加，體系能量（表面能）也相應(yīng)

43、增加。泡沫破壞時(shí)，體系能量降低。從能量的角度考慮，低表面張力有利于泡沫的形成，即生成相同表面積的泡沫，所需的功較少，體系能量增加較少。 例如，乙醇的表面張力在20時(shí)為22.4mN/m。由于其表面張力低，在外界條件作用下，乙醇易于產(chǎn)生泡沫，但泡沫不穩(wěn)定，易破裂。而表面活性不太高的蛋白質(zhì)、明膠等雖然產(chǎn)生泡沫不像乙醇容易，但泡沫一旦形成卻很穩(wěn)定。 說(shuō)明：表面張力低易于產(chǎn)生泡沫，但不能保持泡沫有較好的穩(wěn)定性。 只有表面膜有一定強(qiáng)度，能形成多面體泡沫時(shí)，表面張力的排液作用才能顯示出來(lái)。如果液膜的表面張力低，在Plateau交界和平面膜間的壓差就會(huì)小，液膜排液的速度就慢，此時(shí)低表面張力才有利于泡沫的穩(wěn)定。

44、2.表面張力的自修復(fù)作用 表面張力不僅會(huì)影響泡沫的形成，而且在泡沫液膜受到?jīng)_擊變薄時(shí)，有使液膜厚度復(fù)原，強(qiáng)度恢復(fù)的作用，即表面張力的修復(fù)作用。 小針輕輕刺入肥皂膜，肥皂膜可以不破，這說(shuō)明肥皂膜有自修復(fù)作用。 表面張力的修復(fù)作用使泡沫具有良好的穩(wěn)定性。當(dāng)液膜受到外力沖擊或擾動(dòng)時(shí)，液膜局部變薄，使液膜面積增大，導(dǎo)致此處表面活性劑濃度降低，表面張力增加。 如下圖所示，A處液膜比B處液膜薄。由于B處的表面活性劑濃度高于A處的濃度，所以表面活性劑由B處向A處遷移，使A處的表面活性劑濃度恢復(fù)，同時(shí)帶動(dòng)鄰近的液體一起遷移，使A處的液膜厚度恢復(fù)。 3.界面膜的性質(zhì) 決定泡沫穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素在于液膜的強(qiáng)度，液膜

45、的強(qiáng)度主要體現(xiàn)在液膜的表面黏度和彈性。 （1）表面黏度 表面黏度指液體表面單分子層內(nèi)的黏度。它通常是由表面活性劑分子在表面上所構(gòu)成的單分子層產(chǎn)生的。 表中所列數(shù)據(jù)表明，溶液表面張力的高低與泡沫壽命沒(méi)有必然的關(guān)系。而表面黏度越高，泡沫壽命越長(zhǎng)。 （2）界面膜的彈性 表面黏度是產(chǎn)生穩(wěn)定泡沫的重要條件，但同時(shí)還要考慮膜的彈性。 例如，十六醇能形成表面黏度和強(qiáng)度很高的液膜，但穩(wěn)泡作用不好，因?yàn)樗纬傻囊耗傂蕴珡?qiáng)，容易在外界擾動(dòng)下脆裂。因此理想的液膜應(yīng)具有高黏度和高彈性。 另外，液膜內(nèi)液體的黏度增加，也有利于泡沫穩(wěn)定性的提高，因?yàn)檫@樣可以使排液速度減緩，起到穩(wěn)泡作用。 4.泡內(nèi)氣體的擴(kuò)散 泡沫中的氣泡

46、大小不均勻，小泡中的壓力比大泡中的壓力高，這樣，小泡中的氣體通過(guò)液膜擴(kuò)散到鄰近的大泡中，使小泡變小直至消失，大泡變大最終破裂。 氣泡的透過(guò)性與液膜的黏度有很大關(guān)系，液膜的表面黏度高，氣體的相對(duì)透過(guò)率就低，泡沫就越穩(wěn)定性。 表面活性劑吸附于泡沫的液膜上，形成緊密排列的吸附膜，使液膜的表面黏度升高，在阻止氣泡排氣的過(guò)程中起了很大作用。5.表面電荷 若泡沫液膜的表面帶有同種電荷，當(dāng)液膜受到擠壓、氣流沖擊或重力排液，會(huì)使液膜變薄，當(dāng)液膜薄到一定程度大約為100nm時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電斥作用，阻止液膜繼續(xù)減薄以至破裂。 使用離子型表面活性劑作起泡劑，它在水中離解會(huì)產(chǎn)生電荷。 如十二烷基硫酸鈉在水中電離后生成C

47、12H25SO4-離子，使液膜表面帶負(fù)電，Na+在液膜內(nèi)，形成兩層離子吸附的雙電層結(jié)構(gòu)，如圖所示。當(dāng)液膜變薄時(shí)，兩表面的電相斥作用開(kāi)始變得顯著起來(lái)，防止液膜進(jìn)一步變薄。 3.4.2 表面活性劑的起泡和穩(wěn)泡作用 純液體不會(huì)產(chǎn)生泡沫。 例如，純凈的水不產(chǎn)生泡沫，只有加入肥皂等表面活性劑才能形成泡沫。 能形成穩(wěn)定泡沫的液體，必須有兩個(gè)或兩個(gè)以上組分。 表面活性劑溶液是典型的易產(chǎn)生泡沫的體系，蛋白質(zhì)及其他水溶性高分子也能形成穩(wěn)定的泡沫。不僅水溶液，非水溶液也能產(chǎn)生泡沫。 起泡性好的物質(zhì)稱(chēng)為起泡劑。 一般肥皂、洗衣粉中的表面活性劑都是起泡劑。 起泡劑只在一定條件下（攪拌、鼓氣等）具有良好的起泡能力，但生

48、成的泡沫不一定持久。 例如，肥皂與烷基苯磺酸鈉都是良好的起泡劑，但肥皂生成的泡沫持久性好，后者卻較差。 為了提高泡沫的持久性，會(huì)加入增加泡沫穩(wěn)定性的表面活性劑，稱(chēng)為穩(wěn)泡劑。 如月桂酸單乙醇酰胺、十二烷基葡萄糖苷等，都是穩(wěn)泡劑。 表面活性劑的泡沫性能包括起泡性能和穩(wěn)泡性能兩個(gè)方面。 起泡性能用“起泡力”來(lái)表示，即泡沫形成的難易程度和生成泡沫量的多少； “泡沫穩(wěn)定性”指生成泡沫的持久性或泡沫壽命的長(zhǎng)短。 常用穩(wěn)泡劑n1、天然化合物：明膠和皂素n2、高分子化合物n3、合成表面活性劑3.4.3 表面活性劑的消泡作用3.4.3.1 消泡機(jī)理（1）使液膜局部表面張力降低（2）破壞界面膜彈性使液膜失去自修復(fù)

49、作用（3）降低液膜黏度（4）固體顆粒的消泡作用 消除泡沫大致有兩種方法：物理法和化學(xué)法。 工業(yè)上經(jīng)常使用的是化學(xué)法中的消泡劑消泡。常用的消泡劑都是易于在溶液表面鋪展的有機(jī)液體。它在溶液表面鋪展時(shí)，會(huì)帶走鄰近表面層的溶液，使液膜局部變薄，直至破裂，達(dá)到消泡的目的。 一般情況下，消泡劑在液體表面鋪展越快，消泡劑在液體表面鋪展越快，液膜變得越薄，消泡作用也越強(qiáng)液膜變得越薄，消泡作用也越強(qiáng)。 能在表面上鋪展，起消泡作用的液體，其表面張力較低，易吸附在溶液表面，使表面局部張力降低，鋪展自此局部開(kāi)始，同時(shí)帶走表面液體，使液膜變薄，泡沫破壞。 有效的消泡劑不但能夠迅速破壞泡沫，還要有持久的消泡能力（即在一段

50、時(shí)間內(nèi)防止泡沫生成）。 3.4.3.2 消泡劑消泡劑 常用的消泡劑有以下幾類(lèi)：(1)支鏈脂肪醇 如二乙基己醇、異辛醇、異戊醇、二異丁基甲醇等。這些消泡劑常用于制糖、造紙、印染工業(yè)中。(2)脂肪酸及其酯 溶解度不大的脂肪酸及其酯，由于毒性極低，適用于食品工業(yè)。 如失水山梨醇單月桂酸酯（Span-20）用于奶糖液的蒸發(fā)干燥，用于雞蛋白和蜜糖液的濃縮，以防止發(fā)泡。(3)烷基磷酸酯 具有低水溶性及大的鋪張系數(shù)，有水溶和非水溶體系。(4)有機(jī)硅酮 低表面能及在有機(jī)化合物中的低溶性，使其在水溶或非水溶體系中均有突出效果。廣泛用于造紙、明膠、乳膠等工業(yè)中。(5)聚醚類(lèi) 有聚氧乙烯醚、聚氧乙烯甘油醚等，是性能

51、優(yōu)良的水體系消泡劑。(6)鹵化有機(jī)物 有氯化烴、氟有機(jī)化合物，常用作消泡劑。高氟化物，表面張力極低，常用于防止非水體系起泡。 應(yīng)用n泡沫滅火n原油開(kāi)采n發(fā)酵工業(yè)n輕工業(yè)3.5洗滌和去污作用 表面活性劑應(yīng)用最為廣泛、具有最大實(shí)用意義的基本特性。 定義：自浸在某種介質(zhì)（一般為水）中的固體表面去除污垢的過(guò)程。 洗滌的過(guò)程可以表示為： 物體表面污垢洗滌劑介質(zhì) 物體表面洗滌劑介質(zhì) 污垢洗滌劑介質(zhì) 好的洗滌劑必須具有：（1）良好的潤(rùn)濕性能 （2）能有效的降低被清洗固體與水及污垢與水的界面張力，降低沾濕功 （3）有一定的起泡或增溶作用 （4）能在潔凈固體表面形成保護(hù)膜而防止污物重新沉積 污垢的種類(lèi)（1）油性

52、污垢 纖維織物的主要污垢是油性污垢，它們大多是油溶性的液體或半固體，其中包括動(dòng)植物油脂、脂肪酸、脂肪醇、膽固醇和礦物油（如原油、燃料油、煤焦油等）。 動(dòng)物油脂、脂肪酸類(lèi)與堿作用經(jīng)皂化溶于水。而脂肪醇、膽固醇和礦物油則不為堿所皂化，它們的疏水基與纖維表面有較強(qiáng)的范德華引力，可牢固地吸附在纖維上而不溶于水，但能溶于某些醚、醇和烴類(lèi)有機(jī)溶劑。（2）固體污垢 固體污垢有煤煙、灰塵、泥土、皮屑和鐵銹等。液體污垢和固體污垢經(jīng)?；旌显谝黄鹦纬苫旌衔酃?，往往是油污包住固體微粒，粒徑一般為10-20m，粘附在物品表面。這種混合污垢與物品表面的粘附性質(zhì)，基本上與液體油污相似。 除此以外，有一些污垢被稱(chēng)為特殊污垢，

53、如：砂糖、淀粉、食鹽、食物碎屑和人體分泌物（汗、血液、蛋白質(zhì)、無(wú)機(jī)鹽），它們?cè)诔叵履苋苡诶w維中，有些能通過(guò)化學(xué)吸附，牢固地吸附在纖維上難以脫落。污垢的粘附（1）機(jī)械粘附 機(jī)械粘附主要表現(xiàn)在固體塵土的粘附現(xiàn)象上。由衣料紡織的粗細(xì)程度、紋狀及纖維特性不同，結(jié)合力有所不同。 這種污垢幾乎可以用單純的攪拌和振動(dòng)力將其去除。但當(dāng)污垢粒子小于0.1m時(shí)，就很難去除。夾在纖維中間和凹處的污垢有時(shí)也難以去除。（2）靜電力粘附 在水介質(zhì)中，靜電引力一般較弱，但有時(shí)污垢也可以通過(guò)靜電引力粘附。 例如，纖維素和蛋白質(zhì)纖維的表面在堿性溶液中帶有負(fù)電（靜電），而炭黑、氧化鐵等固體污垢粒子在此條件下帶有正電，它們可以通

54、過(guò)靜電引力產(chǎn)生粘附。 靜電結(jié)合力比機(jī)械結(jié)合力強(qiáng)，因此污垢去除較困難。（3）化學(xué)結(jié)合力 極性固體污垢（如粘土）、脂肪酸、蛋白質(zhì)等與纖維素的羥基之間通過(guò)形成氫鍵或離子鍵的化學(xué)結(jié)合力而粘附在纖維上。 這類(lèi)污垢用通常的洗滌方法很難去除，需要采取特殊的化學(xué)處理，使之分解、去除。（4）分子間力粘附 物品和污垢以分子間范德華力（包括氫鍵）結(jié)合。 例如，油污在各種非極性板材上的粘附，油污的疏水基通過(guò)與板材間的范德華力，將油污吸附在高分子板材的表面，污垢與表面一般無(wú)氫鍵形成，但若形成氫鍵，則污垢難以去除。 天然纖維制品如：棉、麻和絲織品與血漬的粘附，棉麻織物的纖維上有大量羥基存在，絲織物的主要成分是蛋白質(zhì)，含有

55、大量的多肽，血漬可以通過(guò)氫鍵與織物粘附，很難去除。3.5.1 .5.1 液體污垢的去除第一步：洗滌液（介質(zhì)加洗滌劑）潤(rùn)濕被洗物表面，否則洗滌液的洗滌作用難以發(fā)揮。 水在一般天然纖維（棉、毛等）上的潤(rùn)濕性較好，在人造纖維（如聚丙烯、聚酯等）上的潤(rùn)濕性往往較差。一般洗滌液在濃度稍大（cmc）時(shí)，能很好地潤(rùn)濕纖維表面。 第二步：油污的去除 液體油污的去除是通過(guò)“卷縮”機(jī)理實(shí)現(xiàn)的。液體油污原來(lái)以鋪展的油膜存在于表面，將被洗物浸入洗滌液后，洗滌液優(yōu)先潤(rùn)濕固體表面，而使鋪展的油膜卷縮成油珠，如圖所示。 a.界面上的油膜 b.有表面活性劑時(shí)油膜卷縮成油珠 油水界面與固體之間形成的角 圖a表示油水界面（無(wú)表面

56、活性劑）與固體之間形成的角 90，表示水對(duì)固體的潤(rùn)濕不如油污強(qiáng)。 如果水中加入表面活性劑，由于表面活性劑易在固-水界面和油-水界面吸附， 接觸角從大于90，變?yōu)樾∮?0，甚至接近零，即洗滌液幾乎完全潤(rùn)濕固體表面，油膜卷縮成油珠，自表面除去。 非離子表面活性劑雖然不能改變界面電勢(shì)，但被吸附的非離子表面活性劑往往可以在表面上形成空間阻礙，有利于防止污垢的再沉積。因此，非離子表面活性劑的洗滌效果并不差。 陽(yáng)離子表面活性劑一般不能用作洗滌劑。由于陽(yáng)離子表面活性劑使界面電勢(shì)降低或消除，不利于洗滌。甚至有“反洗滌”作用，即它的洗滌作用比純水還差，這是因?yàn)楸砻婊钚詣┱x子被牢固地吸附于負(fù)電表面。3.5.2

57、.5.2 固體污垢的去除 固體污垢的去除，與污垢質(zhì)點(diǎn)大小有很大關(guān)系。 污垢質(zhì)點(diǎn)越大，就越容易除去，小于0.1m的質(zhì)點(diǎn)很難除去。 對(duì)于固體污垢，即使有表面活性劑存在，如果不加機(jī)械作用也很難除去。這是因?yàn)槲酃纲|(zhì)點(diǎn)不是流體，由于污垢與固體表面粘附，溶液很難滲入質(zhì)點(diǎn)與表面之間，必須加機(jī)械作用來(lái)幫助溶液滲透，從而減弱污垢與表面的結(jié)合力，使污垢易于除去。污垢質(zhì)點(diǎn)越大，在洗滌過(guò)程中承受水力的沖擊越大，而且離表面較遠(yuǎn)處的液流速度更高，沖擊力會(huì)更大，所以大質(zhì)點(diǎn)易于除去。3.5.3 .5.3 影響表面活性劑洗滌作用的因素影響表面活性劑洗滌作用的因素1、表面或表面張力2、表面活性劑在界面上的吸附狀態(tài)3、表面活性劑的

58、分子結(jié)構(gòu)4、乳化與起泡作用5、表面活性劑的增溶作用6、黏附強(qiáng)度3.5.3.1.5.3.1表面或表面張力 表面活性劑是洗滌液的主要成分，降低體系表面張力是表面活性劑非常重要的性質(zhì)，大多數(shù)性能優(yōu)良的表面活性劑都具有顯著降低體系表面張力的作用。在洗滌過(guò)程中，表面活性劑能使洗滌液具有較低的表面張力，這有利于洗滌液產(chǎn)生潤(rùn)濕作用，從而才有可能進(jìn)一步起洗滌作用。 較低的表面張力有利于液體油污的清除，也有利于油污的乳化、分散，防止油污再沉積。3.5.3.2.5.3.2 表面活性劑在界面上的吸附 表面活性劑在界面上的吸附是影響洗滌效果的重要因素。由于表面活性劑在界面上的吸附，使界面和表面的各種性質(zhì)（如體系的能量

59、、電性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)及機(jī)械性質(zhì)）發(fā)生變化。 對(duì)于液體油污，表面活性劑在油-水界面和固-水界面的吸附主要導(dǎo)致界面張力降低，從而有利于油污的去除。 對(duì)于固體污垢，表面活性劑在固體污垢質(zhì)點(diǎn)上的吸附，與表面活性劑的類(lèi)型和固體粒子的電性質(zhì)有關(guān)。 1、陰離子表面活性劑在界面上的吸附：主要取決于污垢表面的電性質(zhì)。 在水介質(zhì)中，一般污垢質(zhì)點(diǎn)帶負(fù)電，不易吸附陰離子表面活性劑。若質(zhì)點(diǎn)的非極性較強(qiáng)，則可通過(guò)質(zhì)點(diǎn)與表面活性劑碳?xì)滏滈g的范德華引力克服電斥力而發(fā)生吸附。此時(shí)質(zhì)點(diǎn)表面由于吸附了陰離子表面活性劑，負(fù)電荷密度增加，這樣質(zhì)點(diǎn)間的斥力及質(zhì)點(diǎn)與固體表面（在水介質(zhì)中一般也帶負(fù)電）間的斥力也相應(yīng)增加，從而提高了洗滌效果。

60、污垢質(zhì)點(diǎn)帶正電（如BaSO4質(zhì)點(diǎn)可以帶正電），用陰離子表面活性劑作洗滌劑，首先會(huì)產(chǎn)生靜電吸引，使質(zhì)點(diǎn)電荷減少，表面活性劑疏水基包裹在質(zhì)點(diǎn)外面，使表面變得疏水，降低了質(zhì)點(diǎn)在洗滌液中的分散穩(wěn)定性，質(zhì)點(diǎn)容易聚沉，不利于洗滌。 要使質(zhì)點(diǎn)重新分散并穩(wěn)定地懸浮于水中，需要加入大量的表面活性劑。 水溶液中的表面活性劑碳?xì)滏溑c吸附在質(zhì)點(diǎn)上的表面活性劑碳?xì)滏溨g，可以通過(guò)范德華力吸附，這樣在第一吸附層上又吸附了第二層表面活性劑，此時(shí)表面活性劑極性基朝向水相，質(zhì)點(diǎn)表面變得親水，并且?guī)ж?fù)電。2、非離子表面活性劑：自身不帶電，因此在質(zhì)點(diǎn)表面的吸附基本不受質(zhì)點(diǎn)電性影響。質(zhì)點(diǎn)吸附非離子表面活性劑后，體系的穩(wěn)定性大大增加。