第5章1表面活性劑

1、版權(quán)所有版權(quán)所有第五章 表面活性劑的基本作用與應用授課人：杜可杰石油、建筑肥皂、洗滌劑金屬加工紡織工業(yè)化妝品食品加工應用領(lǐng)域5.15.25.35.4潤濕作用潤濕作用5.55.6乳化作用乳化作用分散和凝聚作用分散和凝聚作用發(fā)泡與消泡作用發(fā)泡與消泡作用洗滌去污作用洗滌去污作用其他作用其他作用第一節(jié) 潤濕作用潤濕：固體表面上的氣體（或液體）被液體(或另一種液體)取代的現(xiàn)象 包括：粘濕、浸濕、鋪展三種類型。（1 1）粘濕）粘濕 就是當液體與固體接觸后，將液就是當液體與固體接觸后，將液氣和固氣和固氣界面變?yōu)楣虤饨缑孀優(yōu)楣桃航缑娴倪^程。液界面的過程。粘附功： 等T、等P， 單位面積的液面與固體表面粘附時對

2、外所作的最大功。 液體能否潤濕固體的一種量度。粘附功越大，液體越能潤濕固體，液-固結(jié)合得越牢。aaWG ag lg-sl sW沾濕現(xiàn)象發(fā)生的條件為s-g + l-g - s-l 0大氣中的露珠附著在植物的葉子上，雨滴粘附在塑料雨衣上等，均是粘濕過程。（2 2）浸濕）浸濕 浸濕是指固體浸入液體中的過程，其實質(zhì)是固-氣界面被固-液界面所代替浸濕功浸濕功: : 等溫、等壓條件下，將具有單位表面積的固體可逆地浸入液體中所作的最大功稱為浸濕功，它是液體在固體表面取代氣體能力的一種量度。il sg-sG能浸濕 0ii GW能潤濕Wi0（3 3）鋪展）鋪展 鋪展過程是固-氣界面被固-液界面代替的過程鋪展功：

3、Wa 也稱為鋪展系數(shù)：Ssl-sl-gs-gGss-gl-sl-gSG S0接觸角與楊氏方程接觸角與楊氏方程接觸角：接觸角：氣、液、固三相交界處的氣-液界面與固-液界面夾角。=0，完全潤濕接觸角的示意圖楊氏方程楊氏方程： sg-sl=lgcosWa=lg(cos1) Wi=lgcos Ws=lg(cos-1）類型類型=0鋪展090浸濕0180沾濕180完全不潤濕表面活性劑的潤濕作用主要表現(xiàn)在兩方面（1）在固體表面發(fā)生定向吸附（2）改變液體的潤濕能力1、提高液體的潤濕能力（在水中加入表面活性劑降低表面張力，使水在固體發(fā)生鋪展）-潤濕劑2、改變固體表面的潤濕性質(zhì)（極性基團吸附在固體表面，非極性基團

4、朝向氣體形成定向排列吸附層，反潤濕作用）-防水劑 荷葉表面中性洗滌劑位于分子位于分子中間中間時濕潤性能比較強時濕潤性能比較強位于分子位于分子末端末端時去污能力比較強時去污能力比較強親油基親油基 有分支結(jié)構(gòu)有分支結(jié)構(gòu)的濕潤性和滲透性的的濕潤性和滲透性的較好較好 去污能力較差去污能力較差親水基位置親水基位置（1）分子結(jié)構(gòu)）分子結(jié)構(gòu)（2）性質(zhì)）性質(zhì)較好的潤濕劑要有良好的擴散性與滲透性較好的潤濕劑要有良好的擴散性與滲透性目前用作潤濕劑的主要是陰離子型和目前用作潤濕劑的主要是陰離子型和非離子型！非離子型！如：烷基萘磺酸鹽、磷酸酯，烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚分子量小的分子量小的的濕潤性和滲透性的的

5、濕潤性和滲透性的較好較好分子量大的分子量大的洗滌、分散、乳化能力洗滌、分散、乳化能力較好較好分子量分子量（1）礦物的泡沫浮選（2）金屬的防銹與緩蝕（3）織物的防水防油處理（4）在農(nóng)藥中的應用（5）在活性水驅(qū)油中的應用（6）皮革加工中應用（7）其他：廢紙脫墨等第二節(jié) 乳化作用乳液：乳液：一種或多種液體以液珠形式分散在與它不相混溶的液體中構(gòu)成的分散體系，乳液的液珠直徑一般都大于01m，屬粗分散體，由于體系呈現(xiàn)乳白色而被稱為乳液。 大量的表面活性劑和助表面活性劑的存在使油-水界面張力降至極低，因此微乳液是熱力學上的穩(wěn)定體系。組成組成：分散相、分散介質(zhì)和表面活性劑（乳化劑）乳化、分散作用乳化作用乳化作

6、用：兩種不相溶的液體（油和水）中的一種以極小的粒 子均勻分散到另一種液體中形成乳狀液的過程。乳化劑乳化劑：能使一種液體(如油)分散在水中或另一種液體中的物 質(zhì)。分散作用分散作用：一種固體微粒均勻的分散于另一種液體中的現(xiàn)象。 分散劑分散劑：能使一種固體微粒分散在另一種液體中的物質(zhì)。油與水乳化形式油與水乳化形式水包油型水包油型(O/W)(O/W) 少量油分散在大量水中少量油分散在大量水中 連續(xù)相：水連續(xù)相：水 分散相：油分散相：油 少量水分散在大量油中少量水分散在大量油中 連續(xù)相：油連續(xù)相：油 分散相：水分散相：水油包水型油包水型(W/O)(W/O)強烈振蕩強烈振蕩油油水水水包油型水包油型(O/W

7、)(O/W)油包水型油包水型(W/O)(W/O)乳狀液的類型和鑒別乳狀液的類型和鑒別1 1 水包油水包油 O/WO/W 如牛奶如牛奶2 2 油包水油包水 W/OW/O 如原油如原油3 3 套圈型套圈型 這種類型的乳狀液較少見，一般存在于原油中，套圈型乳狀液的存在給原油的破乳帶來了很大的困難。稀釋法稀釋法染料法染料法電導法電導法濾紙濕潤法濾紙濕潤法鑒別方法鑒別方法：利用乳狀液能夠與其外相液體混溶的特點，以水或油性液體稀釋乳狀液便可以確定其類型。例如，牛奶能夠被水稀釋，但不能與植物油混溶，可見牛奶是O/W型乳液將少量水溶性染料加入乳狀液中，若整體被染上顏色，表明乳狀液是o/w型，若只有分散的液滴帶

8、色，表明乳狀液是w/o型。油溶性染料情況恰好相反。o/w型乳狀液的導電性好；w/o型乳狀液的導電性差。將一滴乳狀液滴于濾紙上，若液體迅速鋪展，在中心留下油滴，則表明乳狀液為o/w型，若不能鋪展，則此乳狀液為w/o型。乳液的物理性質(zhì)：(1)液珠粒徑與光學性 乳液液珠的粒徑大小直接影響乳液的顏色和外觀，通過乳液的外觀和顏色可以判斷出液珠粒徑的分布范圍。 液滴大小液滴大小大滴大滴1m0.1-1 m0.05-0.1 m0.05 m外觀可分辨的兩相白色乳狀液藍白色乳狀液灰色半透明液透明液(2)(2)乳液的黏度乳液的黏度 乳液的黏度受乳液內(nèi)外相內(nèi)外相的黏度、內(nèi)相的體積分數(shù)內(nèi)相的體積分數(shù)、液珠的粒徑及乳化劑

9、液珠的粒徑及乳化劑的性質(zhì)等的影響。當內(nèi)相的相體積分數(shù)小于50時，乳液的黏度可應用Einstein公式=0(1+2.5) ，0， 分別為乳液及分散介質(zhì)的黏度和分散相的體積分數(shù) (3)乳液的電性質(zhì)乳液的電性質(zhì) 導電性 0W型乳液的導電性好于WO型。 乳液的導電性主要取決于連續(xù)相的導電性，水的導電性優(yōu)于油影響乳狀液類型的主要因素影響乳狀液類型的主要因素v相體積相體積v乳化劑的分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)v乳化器的材質(zhì)v兩相的聚結(jié)速度兩相的聚結(jié)速度乳狀液量多的一相為外相？95%內(nèi)相體積的乳狀液水相水相類型類型25.98%-74.02%O/WW/O500質(zhì)點粒子不能透過濾紙、擴散慢、多相很不穩(wěn)定 泥漿 牛奶 膠體分散

10、系1-500質(zhì)點能透過濾紙透不過半透膜、擴散慢、多相或單相不穩(wěn)定 金溶膠 硅酸溶膠 分子分散系1質(zhì)點能透過濾紙和半透膜、擴散快、單相穩(wěn)定 蔗糖、氯化鈉溶液分散體系的分類分散體系的分類分散相分散相分散介質(zhì)分散介質(zhì)體系名稱與實例體系名稱與實例液氣氣溶膠云霧固氣煙塵氣液液溶膠泡沫液液牛奶 石油中的水固液溶膠：油漆 涂料氣固固溶膠固體泡沫：饅頭、泡沫塑料液固硅凝膠固固固體懸浮體：合金 分散體系：熱力學不穩(wěn)定體系 類似乳狀液 不穩(wěn)定性：大的相界面和界面能 界面減少的趨勢 分散的質(zhì)點具有較高的自由能，所以有聚集的傾向。 粒子碰撞加速聚集。粗分散體系尤為明顯。 穩(wěn)定性： 加入可降低界面能的表面活性劑 加入高

11、分子表面活性劑，形成外層親液層 加入電解質(zhì)使界面電荷密度增大，如同電荷的加入。顏料的制作：加入鈦酸丁酯分散體系的穩(wěn)定性分散體系的穩(wěn)定性能產(chǎn)生靜電斥力，降低范德華力，有利于溶劑化（水化），并形成圍繞質(zhì)點的保護層?？臻g穩(wěn)定作用是由于分散質(zhì)點間未被吸附的高分子產(chǎn)生斥力并使質(zhì)點分開。分散體系中分散劑的重要作用就是防止分散質(zhì)點接近到范德華力占優(yōu)勢的距離，使分散體系穩(wěn)定，而不致絮凝、聚集。分散劑的加入能產(chǎn)生靜電斥力，降低范德華力，有利于溶劑化（水化），并形成圍繞質(zhì)點的保護層?？臻g穩(wěn)定作用是由于分散質(zhì)點間未被吸附的高分子產(chǎn)生斥力并使質(zhì)點分開。固-液分散的三個階段： 粉末潤濕 固體粒子團簇破碎和分散 防止再凝

12、聚粉末潤濕鋪展系數(shù)：ss-gl-sl-gSG 接觸角=0潤濕劑的加入潤濕劑的加入 2.粒子團的分散或碎裂 粒子團內(nèi)部的固-固界面分離。 在固體粒子團中常會存在縫隙，另外粒子晶體由于應力作用也會使晶體造成微縫隙，粒子團的碎裂就發(fā)生在這些地方。 表面活性劑吸附在粒子微裂縫中，會加深微裂縫 離子型表面活性劑吸附于粒子表面時，質(zhì)點獲得相同電性的電荷， 互相排斥易分散。 分散體系的絮凝 絮凝作用：分散體系脫離穩(wěn)定體系形成聚集體。 絮凝作用的特點是：絮凝劑用量少，體積增大的速度快，形成絮狀體的速度快，絮凝效率高。 影響因素：凝聚劑的種類、懸濁物種類、電位、顆粒大小有關(guān)。 電位： 粒子通常帶有異電荷形成雙電

13、層而趨于穩(wěn)定，類似膠束。 加入相反電荷導致粒子表面電位下降，離子間斥力減小。 反離子加入過量？交聯(lián)吸附： 有機高分子聚合物。 有機高分子既有絮凝作用，又有保護作用。高分子濃度較低時，吸附在一質(zhì)點表面的高分子長鏈可能同時吸附在另一質(zhì)點或更多質(zhì)點的表面，把幾個質(zhì)點拉在一起，最后導致絮凝，體現(xiàn)了高分子的絮凝作用。濃度較高時，質(zhì)點表面完全被吸附的高分子覆蓋，質(zhì)點不會通過橋連而絮凝，溶膠穩(wěn)定性提高，體現(xiàn)了高分子的保護作用。 橋連凝絮 保護作用分散劑與絮凝劑 分散劑 水相分散劑一般都是親水性較強的表面活性劑，疏水鏈多為較長的碳鏈或成平面結(jié)構(gòu)，如帶有苯環(huán)或萘環(huán) 離子型表面活性劑還可以使靠近的固體粒子產(chǎn)生電斥

14、力而分散。親水的非離子表面活性劑可以通過長而柔順的聚氧乙烯鏈形成水化膜，從而阻止固體粒子的絮凝，使其分散。常用的有：亞甲基二磺酸鈉、萘磺酸甲醛縮聚物鈉鹽、木質(zhì)素磺酸、低分子量聚丙烯酸鈉、烷基醚型非離子表面活性劑等。 有機介質(zhì)中使用的分散劑有：月桂酸鈉、硬脂酸鈉、有機硅、十八胺等。 絮凝劑 有機高分子絮凝劑的絮凝作用主要是通過橋連而實現(xiàn)的，它需要具備幾個條件：v 在介質(zhì)中必須可溶；v 高分子的鏈節(jié)上具有能與固體粒子產(chǎn)生橋連的吸附基團；高分子應是線性的，并有適合于分子伸展的條件；v 分子鏈有一定的長度。常用的有機高分子絮凝劑有：丙烯酰胺類共聚物、丙烯酸類共聚物、順丁烯二酸酐類共聚物、磺酸鹽類共聚物、聚乙烯醇、聚氧乙烯醚、纖維素衍生物、淀粉衍生物等。 分散劑與絮凝劑的應用 分散劑v 鈣皂分散： 防止脂肪酸鉀、鈉與硬水中鈣、鎂結(jié)合，降低洗滌 效果 例如：十二烷基硫酸鈉是否是軟化硬水的效果？v 顏料分散： 涂料、油墨 墨水v 醫(yī)藥、農(nóng)藥中的應用： 苯佐卡因， 皮膚麻醉劑， 需月桂醇硫酸鈉作為分散劑 絮凝劑的應用水及污水的處理： 膠體雜質(zhì)的除去，化學凝聚法。鉆井液的應用 人有了知識，就會具備各種分析能力，人有了知識，就會具備各種分析能力，明辨是非的能力。明辨是非的能力。所以我們要勤懇讀書，廣泛閱讀，所以我們要勤懇讀書，廣泛閱讀，古人說古人說“書中自有黃金屋