染整助劑 第五章 表面活性劑在溶液中的表面活性

1、主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：表面活性劑在表面的吸附表面活性劑在表面的吸附表面活性劑在溶液內(nèi)部的自聚表面活性劑在溶液內(nèi)部的自聚表面活性劑表面活性的表征表面活性劑表面活性的表征5.1 表面活性劑在溶液表面的吸附表面活性劑在溶液表面的吸附1、表面活性劑在界面上發(fā)生相對聚集的狀況：、表面活性劑在界面上發(fā)生相對聚集的狀況：一、表面吸附現(xiàn)象一、表面吸附現(xiàn)象c c 吸附量、表面張力隨濃度變化情況吸附量、表面張力隨濃度變化情況2 2、飽和吸附飽和吸附：表面活性劑濃度很低時，吸附量：表面活性劑濃度很低時，吸附量很??；當(dāng)濃度逐漸增加，吸附量急劇增大；當(dāng)濃很小；當(dāng)濃度逐漸增加，吸附量急劇增大；當(dāng)濃度達(dá)到一定程度后，吸附量不

2、再增加，而趨于恒度達(dá)到一定程度后，吸附量不再增加，而趨于恒定，此時稱飽和吸附，極值稱飽和吸附量定，此時稱飽和吸附，極值稱飽和吸附量 。 對離子型表面活性劑，表面活性離子在表面形成定向排列對離子型表面活性劑，表面活性離子在表面形成定向排列的、帶電的吸附層后，在其電場作用下，反離子被吸引，一部的、帶電的吸附層后，在其電場作用下，反離子被吸引，一部分進(jìn)入吸附層（固定層），另一部分以擴(kuò)散形式分布，形成雙分進(jìn)入吸附層（固定層），另一部分以擴(kuò)散形式分布，形成雙電層結(jié)構(gòu)。電層結(jié)構(gòu)。了解：了解：2、疏水基、疏水基 疏水基小者，分子橫截面積小，飽和吸附量大。疏水基小者，分子橫截面積小，飽和吸附量大。二、影響吸附

3、的因素二、影響吸附的因素1、親水基、親水基 親水基小者，分子橫截面積小，飽和吸附量大。親水基小者，分子橫截面積小，飽和吸附量大。 非離子型表面活性劑飽和吸附量大于離子型。非離子型表面活性劑飽和吸附量大于離子型。3、同系物、同系物 碳鏈增長飽和吸附量增加，但不可過長。碳鏈增長飽和吸附量增加，但不可過長。 非離子型表面活性劑：在低濃度時吸附量往往隨溫度上非離子型表面活性劑：在低濃度時吸附量往往隨溫度上升而增加。升而增加。4、溫度、溫度離子型表面活性劑：吸附量隨溫度升高而減少。離子型表面活性劑：吸附量隨溫度升高而減少。 對離子型表面活性劑，加入無機電解質(zhì)對吸附有明顯的對離子型表面活性劑，加入無機電解

4、質(zhì)對吸附有明顯的增強作用。增強作用。 對非離子型表面活性劑，無機電解質(zhì)對吸附影響不明顯。對非離子型表面活性劑，無機電解質(zhì)對吸附影響不明顯。5、無機電解質(zhì)、無機電解質(zhì)三、表面活性劑溶液表面吸附的功能三、表面活性劑溶液表面吸附的功能u 降低液體的表面張力，使增加氣液界面的過程降低液體的表面張力，使增加氣液界面的過程 容易進(jìn)行。容易進(jìn)行。u 形成表面活性劑分子或離子緊密定向排列的表形成表面活性劑分子或離子緊密定向排列的表 面吸附層，或稱吸附膜、吸附單層。面吸附層，或稱吸附膜、吸附單層。5.2 表面活性劑在溶液內(nèi)部的自聚表面活性劑在溶液內(nèi)部的自聚（a）表示極稀溶液。此時空氣和水的界面上還沒有聚集很多表

5、示極稀溶液。此時空氣和水的界面上還沒有聚集很多的表面活性劑，空氣和水還是直接接觸，水的表面張力下降的表面活性劑，空氣和水還是直接接觸，水的表面張力下降不多，接近于純水的狀態(tài)。不多，接近于純水的狀態(tài)。（a）（b）（c）（d）一、膠束的形成一、膠束的形成（b）表示濃度相對升高。表面活性劑很快地聚集到水面，使表示濃度相對升高。表面活性劑很快地聚集到水面，使空氣和水的接觸面減少，從而使表面張力急劇下降。與此同空氣和水的接觸面減少，從而使表面張力急劇下降。與此同時，水中的表面活性劑分子也三三兩兩地聚集到一起，相互把時，水中的表面活性劑分子也三三兩兩地聚集到一起，相互把憎水基靠在一起，開始形成所謂膠束。憎

6、水基靠在一起，開始形成所謂膠束。水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水(a)(b)(c)穩(wěn)定化穩(wěn)定化穩(wěn)定化穩(wěn)定化空氣空氣溶液溶液（c）表面活性劑濃度逐漸升高。水溶液表面聚集了足夠表面活性劑濃度逐漸升高。水溶液表面聚集了足夠量的表面活性劑，并毫無間隙地密布于液面上形成單分量的表面活性劑，并毫無間隙地密布于液面上形成單分子膜，此時空氣與水完全處于隔絕狀態(tài)。如再提高濃度，子膜，此時空氣與水完全處于隔絕狀態(tài)。如再提高濃度，則水溶液中的表面活性劑分子就各自

7、以幾十、幾百地聚則水溶液中的表面活性劑分子就各自以幾十、幾百地聚集在一起，排列成憎水基向里，親水基向外的球狀膠束。集在一起，排列成憎水基向里，親水基向外的球狀膠束。此為正規(guī)的膠束。表面活性劑形成膠束的最低濃度叫此為正規(guī)的膠束。表面活性劑形成膠束的最低濃度叫臨臨界膠束濃度（界膠束濃度（cmc）。）。（d）表示濃度已大于臨界膠束濃度時的表面活性劑分子狀態(tài)。表示濃度已大于臨界膠束濃度時的表面活性劑分子狀態(tài)。此時再增加表面活性劑，水溶液表面已形成了單分子膜，空氣此時再增加表面活性劑，水溶液表面已形成了單分子膜，空氣和水的接觸面不會再縮小。因此也就不能再降低表面張和水的接觸面不會再縮小。因此也就不能再降

8、低表面張力了。而膠束不斷增加，由球狀變?yōu)榘魻?，再到層狀等。力了。而膠束不斷增加，由球狀變?yōu)榘魻?，再到層狀等。問答題：問答題：1、影響表面活性劑在界面吸附的因素有哪些，、影響表面活性劑在界面吸附的因素有哪些，如何影響？如何影響？2、解釋：表面活性劑在溶液中如何維持自身、解釋：表面活性劑在溶液中如何維持自身穩(wěn)定狀態(tài)？穩(wěn)定狀態(tài)？二、膠束結(jié)構(gòu)二、膠束結(jié)構(gòu)1、定義、定義 臨界膠束濃度臨界膠束濃度：表面活性劑達(dá)飽和吸附后，再：表面活性劑達(dá)飽和吸附后，再增加濃度，只是溶液內(nèi)部表面活性劑分子或離子不增加濃度，只是溶液內(nèi)部表面活性劑分子或離子不斷增多，表面活性劑疏水基相互吸引分子締合，親斷增多，表面活性劑疏水基

9、相互吸引分子締合，親水基朝外與水相接觸，形成球狀膠束。水基朝外與水相接觸，形成球狀膠束。開始形成膠開始形成膠束時的濃度稱臨界膠束濃度束時的濃度稱臨界膠束濃度。用。用cmc表示。表示。三、臨界膠束濃度三、臨界膠束濃度2、表面活性劑化學(xué)結(jié)構(gòu)對、表面活性劑化學(xué)結(jié)構(gòu)對cmc影響影響 碳?xì)滏滈L：碳?xì)滏滈L：疏水鏈增長，疏水鏈增長，cmc下降下降 碳?xì)滏湻种В褐Щ壬?，碳?xì)滏湻种В褐Щ壬撸琧mc上升上升 碳?xì)滏溨须p鍵：含不飽和鍵，碳?xì)滏溨须p鍵：含不飽和鍵，cmc上升上升 疏水鏈中引入極性基團(tuán)疏水鏈中引入極性基團(tuán)(如如O、OH、NH等等) cmc上升上升 疏水鏈中疏水鏈中H被被F取代，取代，cmc下降下

10、降(末端末端H被被F取代例外取代例外) 疏水鏈中有苯基，疏水鏈中有苯基，cmc上升上升(1)疏水基疏水基(2)親水基親水基 親水基靠近疏水鏈中間，親水基靠近疏水鏈中間，cmc上升上升 離子型表面活性劑的離子型表面活性劑的cmc大于非離子表面活性劑的大于非離子表面活性劑的cmc 非離子表面活性劑非離子表面活性劑EO鏈增長，鏈增長，cmc上升上升 離子型表面活性劑，親水基有效電荷降低，離子型表面活性劑，親水基有效電荷降低，cmc下降下降3、外界因素對、外界因素對cmc的影響的影響 溫度溫度 離子型表面活性劑離子型表面活性劑cmc隨溫度增加略有上升；隨溫度增加略有上升； 非離子表面活性劑非離子表面活

11、性劑cmc隨溫度增加而下降。隨溫度增加而下降。 電解質(zhì)電解質(zhì) 加入電解質(zhì)，加入電解質(zhì)，cmc下降。下降。 cmc下降傾向：離子型兩性型非離子型下降傾向：離子型兩性型非離子型 但不可加入過量電解質(zhì)，否則會發(fā)生鹽析和鹽溶作用但不可加入過量電解質(zhì)，否則會發(fā)生鹽析和鹽溶作用 PH值值 PH值升高，兩性表面活性劑的值升高，兩性表面活性劑的cmc下降。下降。 有機物有機物 長鏈極性有機物如長鏈極性有機物如(醇、酸、胺等醇、酸、胺等)，隨碳?xì)滏溤鲩L，表面，隨碳?xì)滏溤鲩L，表面活性劑活性劑cmc下降。下降。 甲醇、乙二醇等這類極易溶于水的有機溶劑對甲醇、乙二醇等這類極易溶于水的有機溶劑對cmc影響不影響不大。但

12、若加量過大會使表面活性劑大。但若加量過大會使表面活性劑cmc增大。增大。通過與表面活性劑膠束結(jié)合而影響通過與表面活性劑膠束結(jié)合而影響cmc 通過改變水與膠束以及水與表面活性劑之間的相互作用來通過改變水與膠束以及水與表面活性劑之間的相互作用來引起引起cmc改變改變4、cmc的物理意義的物理意義 表面活性劑溶液的濃度只有稍高于它的臨界膠表面活性劑溶液的濃度只有稍高于它的臨界膠束濃度時，才能充分顯示其作用。束濃度時，才能充分顯示其作用。 潤濕、滲透作用，只需界面吸附，濃度稍高于潤濕、滲透作用，只需界面吸附，濃度稍高于cmc即可顯示效果。即可顯示效果。 乳化、分散、增溶、凈洗，需大量膠束起作用，乳化、

13、分散、增溶、凈洗，需大量膠束起作用，濃度需超過濃度需超過cmc較多。較多。5、臨界膠束濃度的測定、臨界膠束濃度的測定 表面張力法表面張力法 電導(dǎo)法電導(dǎo)法 染料法染料法 光散射法光散射法 加溶法加溶法5.3 表面活性劑表面活性的表征表面活性劑表面活性的表征效率定義效率定義：降低溶劑表面張力至一定值時，：降低溶劑表面張力至一定值時，所需表面活性劑的濃度。所需表面活性劑的濃度。規(guī)律規(guī)律：所需濃度越低，效率越高。：所需濃度越低，效率越高。 效率與效率與cmc有關(guān)，各種因素對效率高低的影有關(guān)，各種因素對效率高低的影響同對響同對cmc的影響相反。的影響相反。效能定義效能定義：能使表面張力降低到的最低值。：

14、能使表面張力降低到的最低值。 cmc值與值與cmc時的表面吸附量（即飽和吸附量）及時的表面吸附量（即飽和吸附量）及每個吸附分子或離子所占的表面積有關(guān)。表面活性劑每個吸附分子或離子所占的表面積有關(guān)。表面活性劑的碳?xì)滏溤诒砻嫖綄又械慕Y(jié)構(gòu)排列越緊密，則溶液的碳?xì)滏溤诒砻嫖綄又械慕Y(jié)構(gòu)排列越緊密，則溶液的表面張力越低。的表面張力越低。規(guī)律規(guī)律：使表面張力降到的最低值越小，效能越高。：使表面張力降到的最低值越小，效能越高。 疏水基相互作用越弱，表面張力越低。疏水基相互作用越弱，表面張力越低。 效能比較：碳氟表面活性劑硅表面活性劑碳?xì)浔砻婊钚詣┬鼙容^：碳氟表面活性劑硅表面活性劑碳?xì)浔砻婊钚詣?表面活性

15、劑溶液電性質(zhì)表面活性劑溶液電性質(zhì) 效能比較：效能比較： 非離子表面活性劑離子型表面活性劑非離子表面活性劑離子型表面活性劑 加入電解質(zhì)，對離子型表面活性劑，效能增加。加入電解質(zhì)，對離子型表面活性劑，效能增加。影響效能高低的因素影響效能高低的因素 表面活性劑分子在界面上所占面積表面活性劑分子在界面上所占面積 表面活性劑分子在界面上所占面積越大，效能越低。表面活性劑分子在界面上所占面積越大，效能越低。 表面活性劑在表面上垂直排列或在表面上有直立狀態(tài)，所占面表面活性劑在表面上垂直排列或在表面上有直立狀態(tài)，所占面積較小。積較小。 表面活性劑分子中有抑制膠束化的結(jié)構(gòu)因素存在，表表面活性劑分子中有抑制膠束化的結(jié)構(gòu)因素存在，表 面活性劑降低表面張力的效能提高。面活性劑降低表面張力的效能提高。 效能判斷：增加疏水基支化度，效能提高效能判斷：增加疏水基支化度