表面活性劑化學(xué)(第3章)

1、第第3 3章章 表面活性劑的功能和應(yīng)用表面活性劑的功能和應(yīng)用3.1 增溶作用增溶作用增溶作用是指溶液中由于表面活性劑膠束的增溶作用是指溶液中由于表面活性劑膠束的存在存在(表面活性劑濃度超過(guò)表面活性劑濃度超過(guò)CMC時(shí)時(shí))，使得在，使得在溶劑中溶劑中難溶難溶乃至乃至不溶不溶的物質(zhì)溶解度顯著增加的物質(zhì)溶解度顯著增加的作用。的作用。3.1.1 增溶作用的定義增溶作用的定義3.1.2 增溶作用的特點(diǎn)增溶作用的特點(diǎn)特點(diǎn)特點(diǎn)1：增溶作用的基礎(chǔ)是表面活性劑膠束的形成，也增溶作用的基礎(chǔ)是表面活性劑膠束的形成，也就是表面活性劑的濃度大于其就是表面活性劑的濃度大于其CMC。其濃度越。其濃度越大，形成的膠束越多，難溶

2、物或不溶物溶解得大，形成的膠束越多，難溶物或不溶物溶解得越多，增溶量將越大。越多，增溶量將越大。示例示例1：特點(diǎn)特點(diǎn)2 2：增溶作用可使被增溶物的化學(xué)勢(shì)降低，使體系更加穩(wěn)定，增溶作用可使被增溶物的化學(xué)勢(shì)降低，使體系更加穩(wěn)定，因此是自發(fā)進(jìn)行的過(guò)程。因此是自發(fā)進(jìn)行的過(guò)程。特點(diǎn)特點(diǎn)3 3：增溶作用普通的溶解過(guò)程不同的是，增溶后溶液的沸點(diǎn)、增溶作用普通的溶解過(guò)程不同的是，增溶后溶液的沸點(diǎn)、凝固點(diǎn)和滲透壓等沒有明顯的改變，這說(shuō)明溶質(zhì)并非以凝固點(diǎn)和滲透壓等沒有明顯的改變，這說(shuō)明溶質(zhì)并非以分子或離子形式存在，而是以分子團(tuán)簇分散在表面活性分子或離子形式存在，而是以分子團(tuán)簇分散在表面活性劑的溶液中。劑的溶液中。

3、在溶劑中加入少量在溶劑中加入少量的非電解質(zhì)，體系的非電解質(zhì)，體系的的沸點(diǎn)升高沸點(diǎn)升高；而；而凝凝固點(diǎn)降低固點(diǎn)降低。滲透壓與溶質(zhì)的物滲透壓與溶質(zhì)的物質(zhì)的量成正比。質(zhì)的量成正比。特點(diǎn)特點(diǎn)4 4：增溶作用不同于水溶助長(zhǎng)作用。水溶助長(zhǎng)作用是使用混增溶作用不同于水溶助長(zhǎng)作用。水溶助長(zhǎng)作用是使用混合溶劑來(lái)增大溶解度。（以苯為例，大量乙醇的加入會(huì)合溶劑來(lái)增大溶解度。（以苯為例，大量乙醇的加入會(huì)使苯在水中的溶解度大大增加，這被稱之為水溶助長(zhǎng)作使苯在水中的溶解度大大增加，這被稱之為水溶助長(zhǎng)作用）而在增溶作用中，表面活性劑的用量很少，溶劑性用）而在增溶作用中，表面活性劑的用量很少，溶劑性質(zhì)也無(wú)明顯變化。質(zhì)也無(wú)明顯

4、變化。特點(diǎn)特點(diǎn)5 5：增溶作用不同于乳化作用。增溶后不存在兩相，溶液是增溶作用不同于乳化作用。增溶后不存在兩相，溶液是透明的，沒有兩相的界面存在，是熱力學(xué)上的穩(wěn)定體系。透明的，沒有兩相的界面存在，是熱力學(xué)上的穩(wěn)定體系。而乳化作用則是兩種不相混溶的液體，一種分散在另一而乳化作用則是兩種不相混溶的液體，一種分散在另一種液體中的液液分散體系，有巨大的相界面及界面自種液體中的液液分散體系，有巨大的相界面及界面自由能，屬于熱力學(xué)上不穩(wěn)定的多分散體系。由能，屬于熱力學(xué)上不穩(wěn)定的多分散體系。増溶與普通溶解的區(qū)別：増溶與普通溶解的區(qū)別：相同點(diǎn)：相同點(diǎn)：都是熱力學(xué)穩(wěn)定的透明溶液；各向同性。都是熱力學(xué)穩(wěn)定的透明溶

5、液；各向同性。不同點(diǎn)：不同點(diǎn)： 増溶是膠束內(nèi)部有著與被增溶物相同的狀態(tài)，因増溶是膠束內(nèi)部有著與被增溶物相同的狀態(tài)，因此難溶于水的有機(jī)物進(jìn)入與它本身性質(zhì)相似的膠此難溶于水的有機(jī)物進(jìn)入與它本身性質(zhì)相似的膠束核中，成為熱力學(xué)穩(wěn)定體系；而溶解是以單分束核中，成為熱力學(xué)穩(wěn)定體系；而溶解是以單分子形式分散于溶劑中，成為熱力學(xué)穩(wěn)定體系。子形式分散于溶劑中，成為熱力學(xué)穩(wěn)定體系。増溶后體系都有不同程度的增大。整個(gè)溶液的依數(shù)性變化増溶后體系都有不同程度的增大。整個(gè)溶液的依數(shù)性變化不大。不大。3.1.3 增溶作用的方式增溶作用的方式通過(guò)運(yùn)用通過(guò)運(yùn)用X射線衍射、紫外光譜以及核磁共振射線衍射、紫外光譜以及核磁共振等測(cè)試

6、手段，研究得出增溶作用主要有非極性等測(cè)試手段，研究得出增溶作用主要有非極性分子在膠束內(nèi)核的增溶、在表面活性劑分子間分子在膠束內(nèi)核的增溶、在表面活性劑分子間的增溶、在膠束表面的吸附增溶和聚氧乙烯鏈的增溶、在膠束表面的吸附增溶和聚氧乙烯鏈間的增溶等四種方式。間的增溶等四種方式。(1) 非極性分子在膠束內(nèi)核的增溶（夾心型）非極性分子在膠束內(nèi)核的增溶（夾心型）如圖所示，如圖所示，飽和脂肪烴、飽和脂肪烴、環(huán)烷烴以及苯環(huán)烷烴以及苯等不易極等不易極化的非極性有機(jī)化合物，化的非極性有機(jī)化合物，通常被增溶于膠束內(nèi)核通常被增溶于膠束內(nèi)核中，就像溶解于非極性中，就像溶解于非極性碳?xì)浠衔锶軇┲幸粯印Ｌ細(xì)浠衔锶軇┲?/p>

7、一樣?，F(xiàn)象現(xiàn)象1：紫外光譜或核磁共振分析表明，被增：紫外光譜或核磁共振分析表明，被增溶物的物質(zhì)完全處于一個(gè)非極性環(huán)境中。溶物的物質(zhì)完全處于一個(gè)非極性環(huán)境中。現(xiàn)象現(xiàn)象2：X射線衍射分析發(fā)現(xiàn)增溶后，表面活射線衍射分析發(fā)現(xiàn)增溶后，表面活性劑膠束的體積變大。性劑膠束的體積變大。(2) 在表面活性劑分子間的增溶（柵欄型）在表面活性劑分子間的增溶（柵欄型）對(duì)于分子結(jié)構(gòu)相似于表對(duì)于分子結(jié)構(gòu)相似于表面活性劑的極性有機(jī)化面活性劑的極性有機(jī)化合物，如合物，如長(zhǎng)鏈的醇、胺、長(zhǎng)鏈的醇、胺、脂肪酸和極性染料等兩脂肪酸和極性染料等兩親分子親分子，則是增溶于膠，則是增溶于膠束的束的“柵欄柵欄”之間。之間。(3) 在膠束表面

8、的吸附增溶（吸附型）在膠束表面的吸附增溶（吸附型）苯二甲酸二甲酯苯二甲酸二甲酯等既不等既不溶于水、也不溶于油的溶于水、也不溶于油的小分子極性有機(jī)化合物，小分子極性有機(jī)化合物，通常吸附在膠束表面而通常吸附在膠束表面而得以增溶。得以增溶。(4) 聚氧乙烯鏈間的增溶聚氧乙烯鏈間的增溶以以聚氧乙烯為親水基的非離聚氧乙烯為親水基的非離子型表面活性劑子型表面活性劑，通常將被，通常將被增溶物包藏在膠束外層的聚增溶物包藏在膠束外層的聚氧乙烯鏈中得以增溶。被增氧乙烯鏈中得以增溶。被增溶物主要是較易極化的碳?xì)淙芪镏饕禽^易極化的碳?xì)浠衔?，例如苯、乙苯、苯化合物，例如苯、乙苯、苯酚等短鏈芳香烴類化合物。酚等短鏈芳

9、香烴類化合物。在表面活性劑溶液中，不同形在表面活性劑溶液中，不同形式的膠束增溶作用對(duì)被增溶物式的膠束增溶作用對(duì)被增溶物的的增溶量增溶量是不相同的，增溶量是不相同的，增溶量大小排序如下大小排序如下:(4)(2)(1)(3)向向100mL100mL已經(jīng)標(biāo)定的表面活性劑溶液中緩慢滴加被增已經(jīng)標(biāo)定的表面活性劑溶液中緩慢滴加被增溶物，當(dāng)溶液達(dá)到飽和時(shí)被增溶物析出，溶液變渾溶物，當(dāng)溶液達(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)的量濁，此時(shí)已滴入溶液中的被增溶物的物質(zhì)的量(mol)(mol)即為即為增溶量增溶量。增溶量除以表面活性劑的物質(zhì)的量增溶量除以表面活性劑的物質(zhì)的量(mol)

10、(mol)即為表面活即為表面活性劑的性劑的增溶力增溶力，表示了其對(duì)難溶物或不溶物增溶的能，表示了其對(duì)難溶物或不溶物增溶的能力。力。表面活性劑增溶量的測(cè)定方法：表面活性劑增溶量的測(cè)定方法：3.1.4 增溶作用的主要影響因素增溶作用的主要影響因素 影響表面活性劑增溶作用的因素既有內(nèi)在因素，又影響表面活性劑增溶作用的因素既有內(nèi)在因素，又有外界因素，主要有表面活性劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)、被增溶物有外界因素，主要有表面活性劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)、被增溶物的化學(xué)結(jié)構(gòu)、溫度、添加的無(wú)機(jī)電解質(zhì)和有機(jī)物添加劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)、溫度、添加的無(wú)機(jī)電解質(zhì)和有機(jī)物添加劑等因素。等因素。3.1.5 增溶作用的應(yīng)用增溶作用的應(yīng)用(1) 乳液聚合乳液

11、聚合(2) 石油開采石油開采(3) 膠片生產(chǎn)及洗滌膠片生產(chǎn)及洗滌3.2 乳化與破乳作用乳化與破乳作用3.2.1 乳化作用的定義乳化作用的定義乳化作用乳化作用（emulsification）是指）是指在一定條件下，使互不混溶的兩在一定條件下，使互不混溶的兩種液體形成一定穩(wěn)定性的液種液體形成一定穩(wěn)定性的液液液分散體系。分散體系。形成乳狀液的過(guò)程稱為形成乳狀液的過(guò)程稱為乳化乳化。在乳化作用下，分散相以很小的液滴形式分散于連在乳化作用下，分散相以很小的液滴形式分散于連續(xù)的另外一種液體中，這種分散體系稱為續(xù)的另外一種液體中，這種分散體系稱為乳狀液乳狀液（emulsionemulsion）。）。分散相分散

12、相 (內(nèi)相、不連續(xù)相內(nèi)相、不連續(xù)相)分散介質(zhì)分散介質(zhì) (外相、連續(xù)相外相、連續(xù)相)水相水相 / 油相油相水水油油水水油油乳化劑乳化劑乳乳化化液液乳化現(xiàn)象乳化現(xiàn)象3.2.2 乳狀液的類型與鑒別乳狀液的類型與鑒別(1) 乳狀液的類型乳狀液的類型. 按分散相和分散介質(zhì)的性質(zhì)按分散相和分散介質(zhì)的性質(zhì)水包油，水包油，O/W，油分散在水中油分散在水中油包水，油包水，W/O，水分散在油中水分散在油中O/WW/O.按分散相的結(jié)構(gòu)分類按分散相的結(jié)構(gòu)分類簡(jiǎn)單型乳狀液：只有兩個(gè)不互溶液體及一層表面活性劑分隔膜簡(jiǎn)單型乳狀液：只有兩個(gè)不互溶液體及一層表面活性劑分隔膜復(fù)合型：有兩個(gè)以上不互溶液體和兩層以上分隔膜復(fù)合型：有

13、兩個(gè)以上不互溶液體和兩層以上分隔膜水油水油.按分散相的大小按分散相的大小宏觀乳狀液宏觀乳狀液微乳狀液微乳狀液不能自發(fā)形成，是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，一般是乳白色。不能自發(fā)形成，是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，一般是乳白色?？勺园l(fā)進(jìn)行，是熱力學(xué)穩(wěn)定體系，透明或半透明。可自發(fā)進(jìn)行，是熱力學(xué)穩(wěn)定體系，透明或半透明。W/O/WO/W/O(2) 乳狀液的鑒別乳狀液的鑒別(a)染料法染料法 將少量油溶性染料加入乳狀液中，輕輕搖動(dòng)之。若整個(gè)乳將少量油溶性染料加入乳狀液中，輕輕搖動(dòng)之。若整個(gè)乳狀液皆是染料的顏色，則是狀液皆是染料的顏色，則是W WO O型乳狀液；若只是液珠呈染料之色，型乳狀液；若只是液珠呈染料之色，便是便是O

14、OW W型乳狀液。型乳狀液。若內(nèi)相被染色，則為若內(nèi)相被染色，則為O/W型；型；若外相染色，則為若外相染色，則為W/O型。型。 檢驗(yàn)水包油乳狀液檢驗(yàn)水包油乳狀液加入水溶性染料，加入水溶性染料，如亞甲基藍(lán)，若整如亞甲基藍(lán)，若整體帶藍(lán)色，說(shuō)明水體帶藍(lán)色，說(shuō)明水是連續(xù)相是連續(xù)相加入油溶性染料紅加入油溶性染料紅色蘇丹紅色蘇丹紅，若僅，若僅液滴帶紅色，說(shuō)明液滴帶紅色，說(shuō)明油是不連續(xù)相油是不連續(xù)相 在乳狀液中滴一滴油，若油滴在乳狀液表面上擴(kuò)展，即為在乳狀液中滴一滴油，若油滴在乳狀液表面上擴(kuò)展，即為WO型；若不擴(kuò)展則為型；若不擴(kuò)展則為OW型。同理，也可用水滴鑒別型。同理，也可用水滴鑒別之。在低倍數(shù)顯微鏡下作此

15、實(shí)驗(yàn)，觀察的會(huì)更清楚。之。在低倍數(shù)顯微鏡下作此實(shí)驗(yàn)，觀察的會(huì)更清楚。(b)稀釋法乳狀液能為其外相液體所稀釋，所乳狀液能為其外相液體所稀釋，所以凡是其性質(zhì)與乳狀液外相相同的以凡是其性質(zhì)與乳狀液外相相同的液體就能稀釋乳狀液，如牛奶被水液體就能稀釋乳狀液，如牛奶被水稀釋，所以是稀釋，所以是O/WO/W。 多數(shù)油是不良導(dǎo)體，水是良導(dǎo)體。所以，多數(shù)油是不良導(dǎo)體，水是良導(dǎo)體。所以，OW型型乳狀液的電導(dǎo)比乳狀液的電導(dǎo)比WO型型大的多。測(cè)定乳狀液的電導(dǎo)就可大的多。測(cè)定乳狀液的電導(dǎo)就可判別其類型。但由于影響的因素較多，如乳化劑的類型、判別其類型。但由于影響的因素較多，如乳化劑的類型、相體積等，所以該法雖簡(jiǎn)便，但

16、不十分準(zhǔn)確。相體積等，所以該法雖簡(jiǎn)便，但不十分準(zhǔn)確。(c)電導(dǎo)法 除以上三種方法外，還除以上三種方法外，還有折射率法、熒光法、潤(rùn)濕濾紙有折射率法、熒光法、潤(rùn)濕濾紙法等。實(shí)際測(cè)定時(shí)，往往采用幾法等。實(shí)際測(cè)定時(shí)，往往采用幾種方法，以便得到可靠結(jié)果。種方法，以便得到可靠結(jié)果。乳液的制備乳液的制備轉(zhuǎn)向乳化法轉(zhuǎn)向乳化法瞬間成皂法瞬間成皂法自然乳化法自然乳化法界面復(fù)合生成法界面復(fù)合生成法輪流加液法輪流加液法在制備乳狀液時(shí)，要將內(nèi)相分散成很細(xì)很均勻的液珠（即形成巨大在制備乳狀液時(shí)，要將內(nèi)相分散成很細(xì)很均勻的液珠（即形成巨大界面）需要能量，就需要特殊設(shè)備，提供激烈的振蕩，如機(jī)械攪拌、界面）需要能量，就需要特殊

17、設(shè)備，提供激烈的振蕩，如機(jī)械攪拌、膠體磨、均質(zhì)機(jī)、超聲乳化器等。膠體磨、均質(zhì)機(jī)、超聲乳化器等。乳化劑的作用乳化劑的作用 降低界面張力降低界面張力 提高界面膜強(qiáng)度提高界面膜強(qiáng)度 產(chǎn)生靜電斥力位壘和空間阻礙位壘產(chǎn)生靜電斥力位壘和空間阻礙位壘乳化劑的選擇方法乳化劑的選擇方法（1）HLB法法HLBHLB值只能確定所形值只能確定所形成乳液的類型，而不成乳液的類型，而不能說(shuō)明乳化能力的大能說(shuō)明乳化能力的大小。增加乳化劑用量，小。增加乳化劑用量，則乳化能力增加，當(dāng)則乳化能力增加，當(dāng)達(dá)到一定值后，再多達(dá)到一定值后，再多的乳化劑也不能增加的乳化劑也不能增加乳化劑，反而會(huì)引起乳化劑，反而會(huì)引起對(duì)皮膚的刺激。對(duì)皮膚

18、的刺激。HLBHLB法的主要問(wèn)題在于，未能合理考慮乳化條件法的主要問(wèn)題在于，未能合理考慮乳化條件改變時(shí)改變時(shí)HLBHLB值的變法，即溫度、水相和油相性質(zhì)、值的變法，即溫度、水相和油相性質(zhì)、輔助表面活性劑和其他添加劑存在的影響。輔助表面活性劑和其他添加劑存在的影響。（2）PIT法法 PIT PIT與體系中乳化劑的性質(zhì)及濃度、油相組成都有關(guān)系。與體系中乳化劑的性質(zhì)及濃度、油相組成都有關(guān)系。 乳化劑的性能可能隨溫度的變化而變化，尤其是非離子型表面活性劑。乳化劑的性能可能隨溫度的變化而變化，尤其是非離子型表面活性劑。 1964 1964年年ShinodaShinoda提出了提出了“親水親油平衡溫度親水

19、親油平衡溫度”的概念。乳化劑的親水的概念。乳化劑的親水親油特性剛好達(dá)到平衡時(shí)的溫度即為轉(zhuǎn)相溫度（親油特性剛好達(dá)到平衡時(shí)的溫度即為轉(zhuǎn)相溫度（PITPIT或或T THLBHLB） 。相轉(zhuǎn)變溫度法（相轉(zhuǎn)變溫度法（phase inversion temperature，PIT）溫度對(duì)非離子表面活性劑影響更大，所以溫度對(duì)非離子表面活性劑影響更大，所以PIT法主要針對(duì)非離子表法主要針對(duì)非離子表面活性劑。面活性劑。對(duì)特定的表面活性劑對(duì)特定的表面活性劑-油油-水體系，存在一個(gè)較窄的溫度范圍，在該溫度水體系，存在一個(gè)較窄的溫度范圍，在該溫度以上，表面活性劑溶于油相，在該溫度以下，表面活性劑溶于水相；以上，表面活

20、性劑溶于油相，在該溫度以下，表面活性劑溶于水相；隨著溫度升高，體系由隨著溫度升高，體系由O/W型轉(zhuǎn)為型轉(zhuǎn)為W/O型，發(fā)生轉(zhuǎn)相的溫度稱為型，發(fā)生轉(zhuǎn)相的溫度稱為相轉(zhuǎn)相轉(zhuǎn)變溫度。變溫度。乳狀液穩(wěn)定性的測(cè)定乳狀液穩(wěn)定性的測(cè)定乳狀液的不穩(wěn)定性可分為：分層或沉降；絮凝；聚結(jié)；破乳；變?nèi)闋钜旱牟环€(wěn)定性可分為：分層或沉降；絮凝；聚結(jié)；破乳；變型（相轉(zhuǎn)變）；型（相轉(zhuǎn)變）；Ostwald熟化。熟化。溫度耐受試驗(yàn)溫度耐受試驗(yàn)離心分離離心分離儲(chǔ)存試驗(yàn)儲(chǔ)存試驗(yàn)Zeta電位判斷電位判斷測(cè)定乳狀液穩(wěn)定性的方法測(cè)定乳狀液穩(wěn)定性的方法 微乳液微乳液兩種或兩種以上互不相溶液體經(jīng)混合乳化后形成兩種或兩種以上互不相溶液體經(jīng)混合乳化后

21、形成的熱力學(xué)穩(wěn)定的、各向同性、低粘度、透明的均的熱力學(xué)穩(wěn)定的、各向同性、低粘度、透明的均相分散系統(tǒng)。相分散系統(tǒng)。乳化和破乳作用的應(yīng)用乳化和破乳作用的應(yīng)用(1) 在農(nóng)藥中的應(yīng)用在農(nóng)藥中的應(yīng)用(2) 在金屬加工中的應(yīng)用在金屬加工中的應(yīng)用(3) 在化妝品中的應(yīng)用在化妝品中的應(yīng)用(4) 在原油開采中的應(yīng)用在原油開采中的應(yīng)用(5) 在瀝青改性中的應(yīng)用在瀝青改性中的應(yīng)用3.3 潤(rùn)濕作用潤(rùn)濕作用3.3.1 潤(rùn)濕的定義潤(rùn)濕的定義所謂潤(rùn)濕是指一種流體被另一種流體從固體表所謂潤(rùn)濕是指一種流體被另一種流體從固體表面或固面或固- -液界面所取代的過(guò)程。其中潤(rùn)濕過(guò)程液界面所取代的過(guò)程。其中潤(rùn)濕過(guò)程往往涉及三相，且至少有

22、兩相為流體。往往涉及三相，且至少有兩相為流體。3.3.2 潤(rùn)濕過(guò)程潤(rùn)濕過(guò)程潤(rùn)濕過(guò)程主要分為三類，即沾濕、浸濕和鋪展。潤(rùn)濕過(guò)程主要分為三類，即沾濕、浸濕和鋪展。其產(chǎn)生的條件可以用其產(chǎn)生的條件可以用楊氏方程楊氏方程進(jìn)行判斷。進(jìn)行判斷。如圖如圖3-103-10所示，在固、液和氣三所示，在固、液和氣三相交界處，自固相交界處，自固- -液界面經(jīng)過(guò)液液界面經(jīng)過(guò)液體內(nèi)部到氣體內(nèi)部到氣- -液界面的夾角叫做液界面的夾角叫做接觸角接觸角()()。SG-SL=LGcos楊氏方程楊氏方程固、液和氣三相中，接觸角與固固、液和氣三相中，接觸角與固- -液液(S-L)(S-L)、固固- -氣氣(S-G)(S-G)和液和液

23、- -氣氣(L-G)(L-G)表面張力的關(guān)系為：表面張力的關(guān)系為：(1) 沾濕沾濕沾濕主要是指液沾濕主要是指液- -氣界面和氣界面和固固- -氣界面上的氣體被液體氣界面上的氣體被液體取代的過(guò)程。取代的過(guò)程。沾濕現(xiàn)象發(fā)生的條件為沾濕現(xiàn)象發(fā)生的條件為：SG-SL+LG0即：即：cos+10液固g lg sl s大氣中的露珠附著在植物的葉子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，上，雨滴粘附在塑料雨衣上等，均是粘濕過(guò)程。均是粘濕過(guò)程。(2) 浸濕浸濕浸濕是指固體浸入液體的過(guò)程，如浸泡衣服。浸濕是指固體浸入液體的過(guò)程，如浸泡衣服。浸濕現(xiàn)象發(fā)生的條件為：浸濕現(xiàn)象發(fā)生的條件為：固體浸濕過(guò)程

24、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)程示意圖氣液氣液固g-sl-sSG-SL0即：即：cos0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鋪展：鋪展：鋪展過(guò)程是固鋪展過(guò)程是固氣界面被固氣界面被固-液界面代替的過(guò)程液界面代替的過(guò)程=0或不存在鋪展（完全潤(rùn)濕）090 浸濕（潤(rùn)濕）90180 沾濕（不完全潤(rùn)濕）180 完全不潤(rùn)濕根據(jù)接觸角的大小判斷潤(rùn)濕情況接觸角越小，液體的潤(rùn)濕性越好g- ls - lg- scos3. 3. 固體表面性質(zhì)固體表面性質(zhì) 由潤(rùn)濕方程可以看出，由潤(rùn)濕方程可以看出，固體

25、表面能愈高，愈易潤(rùn)濕固體表面能愈高，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。例如，棉織物的大于防雨布的，所以棉織物易潤(rùn)濕。凡表面能高于凡表面能高于100mN/m100mN/m的固體，叫做高能表面固體，其表的固體，叫做高能表面固體，其表面叫做高能表面；凡表面能低于面叫做高能表面；凡表面能低于100mN/m100mN/m的固體，叫做低的固體，叫做低能表面固體，其表面叫做低能表面。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： 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。 3.3.

26、3 表面活性劑的潤(rùn)濕作用表面活性劑的潤(rùn)濕作用(1) 潤(rùn)濕作用的定義潤(rùn)濕作用的定義所謂潤(rùn)濕作用是指加入表面活性劑后，由于表面活性劑的雙所謂潤(rùn)濕作用是指加入表面活性劑后，由于表面活性劑的雙親結(jié)構(gòu)，可在界面處發(fā)生定向吸附，降低液體的表面張力，親結(jié)構(gòu)，可在界面處發(fā)生定向吸附，降低液體的表面張力，從而改變體系潤(rùn)濕性質(zhì)的作用，以便能夠滿足實(shí)際應(yīng)用的需從而改變體系潤(rùn)濕性質(zhì)的作用，以便能夠滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。要。(2) 潤(rùn)濕作用的兩個(gè)方面潤(rùn)濕作用的兩個(gè)方面(a) (a) 在固體表面發(fā)生定向吸附在固體表面發(fā)生定向吸附表面活性劑以極性基團(tuán)朝向固體，非極性基團(tuán)朝向氣體表面活性劑以極性基團(tuán)朝向固體，非極性基團(tuán)朝向氣體

27、而吸附于固體表面，形成定向排列的吸附層，使自由能而吸附于固體表面，形成定向排列的吸附層，使自由能較高的固體表面被碳?xì)滏湼采w而轉(zhuǎn)化成低能表面，達(dá)到較高的固體表面被碳?xì)滏湼采w而轉(zhuǎn)化成低能表面，達(dá)到改變潤(rùn)濕性能的目的。改變潤(rùn)濕性能的目的。示例：云母片示例：云母片水可在其上鋪展；水可在其上鋪展； 云母片浸入較低濃度月桂酸鉀溶液中云母片浸入較低濃度月桂酸鉀溶液中水不能在其上鋪展；水不能在其上鋪展； 云母片浸入更高濃度月桂酸鉀溶液中云母片浸入更高濃度月桂酸鉀溶液中其又能夠被水所潤(rùn)濕。其又能夠被水所潤(rùn)濕。(b) (b) 提高液體的潤(rùn)濕能力提高液體的潤(rùn)濕能力在液體中加入表面活性劑后，可降低液體的在液體中加入表

28、面活性劑后，可降低液體的表面張力表面張力LG，從而使其可潤(rùn)濕固體表面。，從而使其可潤(rùn)濕固體表面。3.3.4 潤(rùn)濕劑潤(rùn)濕劑(1) (1) 潤(rùn)濕劑的定義潤(rùn)濕劑的定義所謂潤(rùn)濕劑是指能使液體所謂潤(rùn)濕劑是指能使液體潤(rùn)濕或加速潤(rùn)濕固體表面潤(rùn)濕或加速潤(rùn)濕固體表面的表面活性劑。的表面活性劑。(2) 潤(rùn)濕劑的條件潤(rùn)濕劑的條件(a) (a) 分子結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu)一種好的潤(rùn)濕劑，其碳?xì)滏溨袘?yīng)具有分支結(jié)構(gòu)，一種好的潤(rùn)濕劑，其碳?xì)滏溨袘?yīng)具有分支結(jié)構(gòu)，且親水基位于長(zhǎng)碳鏈的中部。且親水基位于長(zhǎng)碳鏈的中部。4 92C H CHCH OCCH3SO NaO2 5C H2CHCO4 92C H CHCH O2 5C HChemPas

29、ter琥珀酸二異辛基酯磺酸鈉琥珀酸二異辛基酯磺酸鈉(b) (b) 性質(zhì)性質(zhì)潤(rùn)濕劑不僅應(yīng)具有較高的表面活性，而且還應(yīng)潤(rùn)濕劑不僅應(yīng)具有較高的表面活性，而且還應(yīng)具有良好的擴(kuò)散和滲透性，能夠迅速地滲入于具有良好的擴(kuò)散和滲透性，能夠迅速地滲入于固體顆粒的縫隙中或孔性固體的內(nèi)表面并發(fā)生固體顆粒的縫隙中或孔性固體的內(nèi)表面并發(fā)生吸附。吸附。(3) 潤(rùn)濕劑的類型潤(rùn)濕劑的類型o目前，作為潤(rùn)濕劑的主要是陰離子和非離子型表面活性劑。目前，作為潤(rùn)濕劑的主要是陰離子和非離子型表面活性劑。o（1）陰離子型潤(rùn)濕劑）陰離子型潤(rùn)濕劑o1磺酸鹽型：烷基苯磺酸鹽、磺酸鹽型：烷基苯磺酸鹽、烯烴磺酸鹽、琥珀酸酯磺酸鹽、高烯烴磺酸鹽、琥珀

30、酸酯磺酸鹽、高級(jí)脂肪酰胺磺酸鹽、烷基萘磺酸鹽。級(jí)脂肪酰胺磺酸鹽、烷基萘磺酸鹽。o2硫酸酯鹽硫酸酯鹽 3羧酸鹽羧酸鹽 4磷酸酯磷酸酯o（2）非離子型潤(rùn)濕劑）非離子型潤(rùn)濕劑o1 烷基酚聚氧乙烯醚烷基酚聚氧乙烯醚 2 脂肪醇聚氧乙烯醚脂肪醇聚氧乙烯醚o3 失水山梨醇聚氧乙烯醚單硬脂酸酯失水山梨醇聚氧乙烯醚單硬脂酸酯o4聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物3.3.5 潤(rùn)濕作用的應(yīng)用潤(rùn)濕作用的應(yīng)用(1) 礦物的泡沫浮選礦物的泡沫浮選(a) 固體顆粒浮游的條件固體顆粒浮游的條件如圖所示，當(dāng)表面涂了蠟的如圖所示，當(dāng)表面涂了蠟的針與水之間的接觸角針與水之間的接觸角90時(shí)，液面受重力的影響形成時(shí)

31、，液面受重力的影響形成凹液面，凹液面，水水的合力的合力F的方向的方向向上，因此當(dāng)排開水的浮力向上，因此當(dāng)排開水的浮力F浮浮與與F之和大于顆粒所受的重之和大于顆粒所受的重力力G，顆粒將會(huì)浮游于水面。，顆粒將會(huì)浮游于水面。而相反，當(dāng)顆粒與水之間的而相反，當(dāng)顆粒與水之間的接觸角接觸角90時(shí)，液面受重時(shí)，液面受重力的影響形成凸液面，力的影響形成凸液面，水水的的合力合力F的方向向下，因此當(dāng)?shù)姆较蛳蛳拢虼水?dāng)排開水的浮力排開水的浮力F浮浮小于小于F和顆和顆粒所受的重力粒所受的重力G之和，顆粒之和，顆粒將會(huì)沉入水中。將會(huì)沉入水中。(b) 浮選劑浮選劑浮選劑是由捕集劑、起泡劑、浮選劑是由捕集劑、起泡劑、PH調(diào)

32、節(jié)劑、抑制劑調(diào)節(jié)劑、抑制劑和活化劑等成分按合適地配比配制的。和活化劑等成分按合適地配比配制的。其中主成分為其中主成分為捕集劑和起泡劑捕集劑和起泡劑，捕集劑的作用是，捕集劑的作用是將親水的礦物表面變?yōu)槭杷谋砻?，以利于礦物將親水的礦物表面變?yōu)槭杷谋砻?，以利于礦物容易粘附于氣泡上；而起泡劑是為了使礦物有效容易粘附于氣泡上；而起泡劑是為了使礦物有效地富集在空氣和水的界面上，并能夠防止氣泡的地富集在空氣和水的界面上，并能夠防止氣泡的并聚，延長(zhǎng)氣泡在礦漿表面存在的時(shí)間。并聚，延長(zhǎng)氣泡在礦漿表面存在的時(shí)間。(c) 礦物泡沫浮選的原理礦物泡沫浮選的原理(2) 金屬的防銹和緩蝕金屬的防銹和緩蝕(3) 織物的

33、防水防油處理織物的防水防油處理雨衣雨衣防油圍裙防油圍裙(4) 在農(nóng)藥中的應(yīng)用在農(nóng)藥中的應(yīng)用3.4 起泡和消泡作用起泡和消泡作用3.4.1 泡沫的形成泡沫的形成如圖如圖3-15所示，由于氣體所示，由于氣體的密度低于液體的密度，的密度低于液體的密度，液體中的氣泡會(huì)上升到液液體中的氣泡會(huì)上升到液面，形成以少量液體構(gòu)成面，形成以少量液體構(gòu)成的、液膜隔開的氣泡聚集的、液膜隔開的氣泡聚集物，即為泡沫。泡沫是氣物，即為泡沫。泡沫是氣體分散于液體中的分散體體分散于液體中的分散體系，氣體為分散相，液體系，氣體為分散相，液體為分散介質(zhì)。為分散介質(zhì)。泡沫產(chǎn)生的條件：泡沫產(chǎn)生的條件：1，氣液接觸，氣液接觸2，發(fā)泡速度

34、高于破泡速度，發(fā)泡速度高于破泡速度泡沫的破壞機(jī)制：泡沫的破壞機(jī)制：泡沫是氣體分散在液體中的粗分散體系，由于泡沫是氣體分散在液體中的粗分散體系，由于體系存在著巨大的氣液界面，是熱力學(xué)上的體系存在著巨大的氣液界面，是熱力學(xué)上的不穩(wěn)定體系。泡沫最終還是要破壞的。造成泡不穩(wěn)定體系。泡沫最終還是要破壞的。造成泡沫破壞的主要原因是沫破壞的主要原因是液膜的排液減薄和泡內(nèi)氣液膜的排液減薄和泡內(nèi)氣體的擴(kuò)散。體的擴(kuò)散。1，泡沫的排液減薄，泡沫的排液減薄泡沫的存在是因?yàn)闅馀蓍g油一層液膜相隔，根泡沫的存在是因?yàn)闅馀蓍g油一層液膜相隔，根據(jù)公式液體從膜中排出的速度與厚度的四次方據(jù)公式液體從膜中排出的速度與厚度的四次方成正

35、比，這意味著排液的速度越來(lái)越慢。泡沫成正比，這意味著排液的速度越來(lái)越慢。泡沫的排液減薄主要由的排液減薄主要由重力排液和表面張力排液重力排液和表面張力排液引引起。起。如圖如圖3-16所示，泡沫中氣泡被一層很薄的液膜隔所示，泡沫中氣泡被一層很薄的液膜隔開成多面體，在氣泡交界處形成了如圖形狀，稱開成多面體，在氣泡交界處形成了如圖形狀，稱之為之為Plateau邊界。邊界。根據(jù)根據(jù)Laplace公式：公式：P=2/R可知：可知：PAB。而。而B處表面分子的密度大于處表面分子的密度大于A處，處，所以表面分子有從所以表面分子有從B處遷移到處遷移到A處的趨勢(shì)，同時(shí)處的趨勢(shì)，同時(shí)會(huì)攜帶鄰近的液體一起移動(dòng)，從而使

36、會(huì)攜帶鄰近的液體一起移動(dòng)，從而使A處的表面處的表面張力和液膜厚度得以恢復(fù)，液膜強(qiáng)度復(fù)原。張力和液膜厚度得以恢復(fù)，液膜強(qiáng)度復(fù)原。液膜反抗表面擴(kuò)張或收縮的解釋：液膜反抗表面擴(kuò)張或收縮的解釋：(a) 液膜局部變薄、面積增大，以及表面吸附分液膜局部變薄、面積增大，以及表面吸附分子濃度降低，表面張力也將增大。若再擴(kuò)大液膜子濃度降低，表面張力也將增大。若再擴(kuò)大液膜表面，則需要做更大的功。表面，則需要做更大的功。(b) 液膜表面收縮，將會(huì)使表面吸附分子的濃度液膜表面收縮，將會(huì)使表面吸附分子的濃度增加，表面張力減小，這也不利于表面的進(jìn)一步增加，表面張力減小，這也不利于表面的進(jìn)一步收縮。收縮。液膜通過(guò)收縮使該處

37、表面活性劑濃度恢復(fù)，并且液膜通過(guò)收縮使該處表面活性劑濃度恢復(fù)，并且能阻礙液膜排液流失的性質(zhì)，叫做能阻礙液膜排液流失的性質(zhì)，叫做Gibbs彈性彈性。此彈性使液膜在受到?jīng)_擊后，自動(dòng)修補(bǔ)液膜變薄此彈性使液膜在受到?jīng)_擊后，自動(dòng)修補(bǔ)液膜變薄處，表現(xiàn)出自修復(fù)作用。處，表現(xiàn)出自修復(fù)作用。純液體沒有表面彈性，表面張力不會(huì)隨表面積而純液體沒有表面彈性，表面張力不會(huì)隨表面積而變化，因而不能形成穩(wěn)定的泡沫。變化，因而不能形成穩(wěn)定的泡沫。Gibbs彈性彈性E液膜的彈性；液膜的彈性；液體的表面張力；液體的表面張力；A液膜的面積；液膜的面積；T體系的溫度；體系的溫度；N1、N2溶液的組分。溶液的組分。(4) 表面電荷表面

38、電荷若泡沫液膜表面帶有若泡沫液膜表面帶有相同符號(hào)的電荷，當(dāng)相同符號(hào)的電荷，當(dāng)液膜受擠壓、氣流沖液膜受擠壓、氣流沖擊或重力排液使液膜擊或重力排液使液膜減薄時(shí)，液膜的兩表減薄時(shí)，液膜的兩表面將產(chǎn)生靜電斥力作面將產(chǎn)生靜電斥力作用，阻止繼續(xù)排液減用，阻止繼續(xù)排液減薄，延緩液膜變薄，薄，延緩液膜變薄，提高泡沫穩(wěn)定性。提高泡沫穩(wěn)定性。(5) 泡內(nèi)氣體的擴(kuò)散泡內(nèi)氣體的擴(kuò)散氣泡內(nèi)氣體的擴(kuò)散速度與液膜的性質(zhì)和黏度有關(guān)。氣泡內(nèi)氣體的擴(kuò)散速度與液膜的性質(zhì)和黏度有關(guān)。液膜黏度越高，表面吸附的分子排列越緊密，氣體液膜黏度越高，表面吸附的分子排列越緊密，氣體的相對(duì)透過(guò)率越低，氣泡的排氣越慢，泡沫將會(huì)越的相對(duì)透過(guò)率越低，氣

39、泡的排氣越慢，泡沫將會(huì)越穩(wěn)定。穩(wěn)定。(6) 添加的表面活性劑的結(jié)構(gòu)添加的表面活性劑的結(jié)構(gòu)(a) 碳?xì)滏湹拈L(zhǎng)度碳?xì)滏湹拈L(zhǎng)度當(dāng)疏水基碳鏈為長(zhǎng)度適當(dāng)?shù)闹辨湑r(shí)，表面活性劑當(dāng)疏水基碳鏈為長(zhǎng)度適當(dāng)?shù)闹辨湑r(shí)，表面活性劑依靠分子間力在液膜表面形成緊密的吸附層，液依靠分子間力在液膜表面形成緊密的吸附層，液膜強(qiáng)度和泡沫穩(wěn)定性提高。碳鏈太短，表面膜的膜強(qiáng)度和泡沫穩(wěn)定性提高。碳鏈太短，表面膜的強(qiáng)度太低；碳鏈太長(zhǎng)，表面膜的剛性太強(qiáng)，缺乏強(qiáng)度太低；碳鏈太長(zhǎng)，表面膜的剛性太強(qiáng)，缺乏彈性，因此通常含彈性，因此通常含1214個(gè)碳原子的疏水鏈效果個(gè)碳原子的疏水鏈效果最佳。最佳。(b) 親水基團(tuán)親水基團(tuán)當(dāng)親水基的水化能力越強(qiáng)，親水

40、基周圍形成的水當(dāng)親水基的水化能力越強(qiáng)，親水基周圍形成的水化膜越厚，就能將液膜中流動(dòng)性強(qiáng)的自由水變成化膜越厚，就能將液膜中流動(dòng)性強(qiáng)的自由水變成流動(dòng)性差的束縛水，同時(shí)也提高了液膜的黏度，流動(dòng)性差的束縛水，同時(shí)也提高了液膜的黏度，增加了泡沫的穩(wěn)定性。增加了泡沫的穩(wěn)定性。(c) 氫鍵作用氫鍵作用此外，分子結(jié)構(gòu)中帶有羥此外，分子結(jié)構(gòu)中帶有羥基、氨基和酰氨基的表面基、氨基和酰氨基的表面活性劑在表面膜中可形成活性劑在表面膜中可形成氫鍵，使表面膜黏度和強(qiáng)氫鍵，使表面膜黏度和強(qiáng)度增加，達(dá)到穩(wěn)定泡沫的度增加，達(dá)到穩(wěn)定泡沫的目的。目的。3.4.3 表面活性劑的起泡作用表面活性劑的起泡作用表面活性劑的起泡性是指表面表

41、面活性劑的起泡性是指表面活性劑溶液在外界作用下產(chǎn)生活性劑溶液在外界作用下產(chǎn)生泡沫的難易程度。如圖所示，泡沫的難易程度。如圖所示，這種帶有表面活性劑雙分子層這種帶有表面活性劑雙分子層水膜的氣泡液膜強(qiáng)度較高，膜水膜的氣泡液膜強(qiáng)度較高，膜的厚度為幾百納米。的厚度為幾百納米。在泡沫形成過(guò)程中，外界做的功在泡沫形成過(guò)程中，外界做的功W外外為：為：W外外=E=AE泡沫產(chǎn)生前后體系的能量差；泡沫產(chǎn)生前后體系的能量差；液體的表面張力；液體的表面張力；A所產(chǎn)生氣泡的面積。所產(chǎn)生氣泡的面積。表面活性劑降低水的表面張力的能力越強(qiáng)，越有表面活性劑降低水的表面張力的能力越強(qiáng)，越有利于產(chǎn)生泡沫。利于產(chǎn)生泡沫。此外，起泡劑

42、還應(yīng)當(dāng)容易在氣此外，起泡劑還應(yīng)當(dāng)容易在氣-液界面形成定向排液界面形成定向排列的吸附膜。列的吸附膜。研究表明，具有良好起泡性的通常是研究表明，具有良好起泡性的通常是陰離子表面陰離子表面活性劑活性劑。3.4.4 表面活性劑的穩(wěn)泡作用表面活性劑的穩(wěn)泡作用表面活性劑的穩(wěn)泡性是指表面活性劑溶液產(chǎn)生泡沫表面活性劑的穩(wěn)泡性是指表面活性劑溶液產(chǎn)生泡沫之后，泡沫的持久性或泡沫之后，泡沫的持久性或泡沫“壽命壽命”的長(zhǎng)短。的長(zhǎng)短。常用的穩(wěn)泡劑主要有天然聚合物、高分子化合物和常用的穩(wěn)泡劑主要有天然聚合物、高分子化合物和合成表面活性劑等三類。合成表面活性劑等三類。(a) 天然化合物天然化合物主要為明膠和皂素兩種。雖然它

43、們降低表面張力主要為明膠和皂素兩種。雖然它們降低表面張力的能力不強(qiáng)，但能在泡沫液膜表面形成高黏度和的能力不強(qiáng)，但能在泡沫液膜表面形成高黏度和高彈性的界面膜，故有很好的穩(wěn)泡作用。高彈性的界面膜，故有很好的穩(wěn)泡作用。明膠和皂素的分子間不存在范德華力，但分子中明膠和皂素的分子間不存在范德華力，但分子中含有含有COOH、NH2和和OH等，因此可以形成等，因此可以形成氫鍵，提高表面膜的黏度和彈性，增強(qiáng)表面膜的氫鍵，提高表面膜的黏度和彈性，增強(qiáng)表面膜的機(jī)械強(qiáng)度，起到穩(wěn)泡的作用。機(jī)械強(qiáng)度，起到穩(wěn)泡的作用。(b) 高分子化合物高分子化合物聚乙烯醇、甲基纖維素、改性淀粉、羥乙基淀粉等聚乙烯醇、甲基纖維素、改性淀

44、粉、羥乙基淀粉等高分子具有良好的水溶性，不僅能提高液相黏度，高分子具有良好的水溶性，不僅能提高液相黏度，阻止液膜排液，同時(shí)還可以形成高強(qiáng)度的界面膜，阻止液膜排液，同時(shí)還可以形成高強(qiáng)度的界面膜，因此具有較好的穩(wěn)泡作用。因此具有較好的穩(wěn)泡作用。(c) 合成表面活性劑合成表面活性劑一般為一般為非離子型表面活性劑非離子型表面活性劑，分子結(jié)構(gòu)中大多，分子結(jié)構(gòu)中大多含有含有NH2、CONH、OH、COOH、CO、COOR、O等能夠產(chǎn)生氫鍵的等能夠產(chǎn)生氫鍵的基團(tuán)，用以提高液膜的表面黏度?；鶊F(tuán)，用以提高液膜的表面黏度。3.4.5 表面活性劑的抑泡作用表面活性劑的抑泡作用采用抑泡劑防止產(chǎn)生泡沫的方法叫做抑泡法。

45、采用抑泡劑防止產(chǎn)生泡沫的方法叫做抑泡法。作為抑泡劑的表面活性劑不能在溶液表面形成緊密作為抑泡劑的表面活性劑不能在溶液表面形成緊密的吸附膜，分子間的作用力較小，并且形成的界面的吸附膜，分子間的作用力較小，并且形成的界面膜彈性適中。膜彈性適中。一般認(rèn)為，帶一般認(rèn)為，帶短聚氧乙烯鏈短聚氧乙烯鏈的非離子表面活性劑和的非離子表面活性劑和聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物具有較好的抑泡性。具有較好的抑泡性。3.4.6 表面活性劑的消泡作用表面活性劑的消泡作用具有破壞泡沫能力的表面活性劑叫做消泡劑。具有破壞泡沫能力的表面活性劑叫做消泡劑。一種優(yōu)異的消泡劑應(yīng)該既可以快速消除泡沫，一種優(yōu)異的消

46、泡劑應(yīng)該既可以快速消除泡沫，又可以在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)防止泡沫的生成。又可以在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)防止泡沫的生成。(1) 泡沫的消除機(jī)理泡沫的消除機(jī)理(a) 使液膜局部表面張力降低使液膜局部表面張力降低如圖如圖3-22所示，消泡劑微滴浸入氣泡所示，消泡劑微滴浸入氣泡液膜，頂替了原來(lái)的表面活性劑，進(jìn)液膜，頂替了原來(lái)的表面活性劑，進(jìn)一步地降低此處的表面張力。而泡沫一步地降低此處的表面張力。而泡沫周圍液膜表面張力高，產(chǎn)生收縮力，周圍液膜表面張力高，產(chǎn)生收縮力，使低表面張力處的液膜被強(qiáng)烈地向四使低表面張力處的液膜被強(qiáng)烈地向四周牽引、延展而伸長(zhǎng)、變薄，最終破周牽引、延展而伸長(zhǎng)、變薄，最終破裂而使氣泡消除。裂而使氣

47、泡消除。(b) 破壞界面膜彈性使液膜失去自修復(fù)作用破壞界面膜彈性使液膜失去自修復(fù)作用在泡沫體系中加入聚氧乙烯、聚硅氧烷等表面張力在泡沫體系中加入聚氧乙烯、聚硅氧烷等表面張力極低的消泡劑，將會(huì)使液膜的表面張力降至極低而極低的消泡劑，將會(huì)使液膜的表面張力降至極低而失去彈性，從而失去依靠產(chǎn)生有效的彈性收縮而具失去彈性，從而失去依靠產(chǎn)生有效的彈性收縮而具有的自修復(fù)作用。有的自修復(fù)作用。(c) 降低液膜黏度降低液膜黏度在泡沫體系中加入不能產(chǎn)生氫鍵的消泡劑，而將能在泡沫體系中加入不能產(chǎn)生氫鍵的消泡劑，而將能產(chǎn)生氫鍵的表面活性劑分子從液膜表面取代下來(lái)，產(chǎn)生氫鍵的表面活性劑分子從液膜表面取代下來(lái)，就會(huì)減小液膜

48、的表面黏度，使泡沫液膜的排液速度就會(huì)減小液膜的表面黏度，使泡沫液膜的排液速度和氣體擴(kuò)散速度加快，提高液膜的透氣性，降低泡和氣體擴(kuò)散速度加快，提高液膜的透氣性，降低泡沫的穩(wěn)定性，減少泡沫的壽命而使泡沫消除。沫的穩(wěn)定性，減少泡沫的壽命而使泡沫消除。(d) 疏水型固體的消泡作用疏水型固體的消泡作用如圖如圖3-24所示，疏水性所示，疏水性固體加到泡沫體系中，固體加到泡沫體系中，將吸附液膜上的表面活將吸附液膜上的表面活性劑，并將其攜帶到水性劑，并將其攜帶到水相中，從而降低液膜的相中，從而降低液膜的表面活性劑濃度、表面表面活性劑濃度、表面黏度和自修復(fù)能力，故黏度和自修復(fù)能力，故降低了泡沫的穩(wěn)定性，降低了泡

49、沫的穩(wěn)定性，縮短了泡沫的壽命?？s短了泡沫的壽命。(2) 消泡劑消泡劑常用的消泡劑主要有天然油脂、固體顆粒和合成表常用的消泡劑主要有天然油脂、固體顆粒和合成表面活性劑等三類。面活性劑等三類。(a) 天然油脂天然油脂主要是指動(dòng)、植物油和蠟，主要成分為脂肪酸及其主要是指動(dòng)、植物油和蠟，主要成分為脂肪酸及其酯和高級(jí)醇及其酯，價(jià)格較為低廉。酯和高級(jí)醇及其酯，價(jià)格較為低廉。(b) 固體顆粒固體顆粒主要是指常溫下為固體、比表面積較高、具有疏水主要是指常溫下為固體、比表面積較高、具有疏水性表面的固體顆粒，如二氧化硅、膨潤(rùn)土、硅藻土、性表面的固體顆粒，如二氧化硅、膨潤(rùn)土、硅藻土、滑石粉和重金屬皂等?；酆椭亟?/p>

50、屬皂等。(c) 合成表面活性劑合成表面活性劑主要是指非離子型表面活性劑，包括多元醇脂肪酸主要是指非離子型表面活性劑，包括多元醇脂肪酸酯型、聚醚型和含硅表面活性劑等三種。酯型、聚醚型和含硅表面活性劑等三種。3.4.7 起泡和消泡作用的應(yīng)用起泡和消泡作用的應(yīng)用(1) 在泡沫滅火中的應(yīng)用在泡沫滅火中的應(yīng)用(2) 在原油開采中的應(yīng)用在原油開采中的應(yīng)用驅(qū)油劑驅(qū)油劑(3) 在發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用在發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用(4) 在輕工業(yè)中的應(yīng)用在輕工業(yè)中的應(yīng)用3.5 洗滌和去污作用洗滌和去污作用3.5.1 洗滌的定義洗滌的定義自浸在某種介質(zhì)自浸在某種介質(zhì)(一般為水一般為水)中待洗物體表面上去中待洗物體表面上去除污垢的

51、過(guò)程稱為洗滌。洗滌體系是一個(gè)復(fù)雜的除污垢的過(guò)程稱為洗滌。洗滌體系是一個(gè)復(fù)雜的多相分散體系，洗滌過(guò)程中涉及到潤(rùn)濕、滲透、多相分散體系，洗滌過(guò)程中涉及到潤(rùn)濕、滲透、吸附、乳化、分散、增溶、解吸、起泡等一系列吸附、乳化、分散、增溶、解吸、起泡等一系列復(fù)雜的物理作用或化學(xué)反應(yīng)。復(fù)雜的物理作用或化學(xué)反應(yīng)。3.5.2 洗滌的過(guò)程洗滌的過(guò)程洗滌的過(guò)程可表示為：洗滌的過(guò)程可表示為：物體表面物體表面污垢污垢+ +洗滌劑洗滌劑+ +介質(zhì)介質(zhì) 物體表面物體表面洗洗滌劑滌劑介質(zhì)介質(zhì)+污垢污垢洗滌劑洗滌劑介質(zhì)介質(zhì)洗滌劑有兩方面的作用：洗滌劑有兩方面的作用：(a) 降低水的表面張力，改善水對(duì)洗滌物表面的降低水的表面張力，

52、改善水對(duì)洗滌物表面的潤(rùn)濕性；潤(rùn)濕性；(b) 對(duì)油污的分散和懸浮作用對(duì)油污的分散和懸浮作用(乳化作用乳化作用、靜電斥靜電斥力力或或空間位阻空間位阻，防止液滴的聚集，防止液滴的聚集)。3.5.3 液體油污的去除液體油污的去除液體油污的去除主要是依靠洗滌液對(duì)固體表面的液體油污的去除主要是依靠洗滌液對(duì)固體表面的優(yōu)先潤(rùn)濕，通過(guò)油污的優(yōu)先潤(rùn)濕，通過(guò)油污的“卷縮卷縮”機(jī)理實(shí)現(xiàn)的。機(jī)理實(shí)現(xiàn)的。其中，在洗滌之前，液體油污一般以鋪展?fàn)顟B(tài)的其中，在洗滌之前，液體油污一般以鋪展?fàn)顟B(tài)的油膜存在于物品的表面上。油膜存在于物品的表面上。SO-SW=OWcosw如圖，在洗滌劑作用下，如圖，在洗滌劑作用下，三個(gè)表面張力發(fā)生變化

53、。三個(gè)表面張力發(fā)生變化。其中，其中，SO不發(fā)生變化不發(fā)生變化(水水溶性洗滌劑不溶于油溶性洗滌劑不溶于油)；SW和和OW減小減小(洗滌劑的表洗滌劑的表面活性作用面活性作用)；因此；因此W勢(shì)勢(shì)必減小，于是鋪展的油污必減小，于是鋪展的油污發(fā)生發(fā)生“卷縮卷縮”。如圖，如圖，=180時(shí)，油污可自發(fā)脫離固體表面；時(shí)，油污可自發(fā)脫離固體表面；90180時(shí)，油污可在激流的水中沖走；時(shí)，油污可在激流的水中沖走；90時(shí)，需做更多機(jī)械功，或使用更高濃度的時(shí)，需做更多機(jī)械功，或使用更高濃度的洗滌劑溶液，利用增溶作用去除油污。洗滌劑溶液，利用增溶作用去除油污。3.5.4 固體污垢的去除固體污垢的去除固體污垢往往與物體表

54、面是點(diǎn)接觸、黏附，主要固體污垢往往與物體表面是點(diǎn)接觸、黏附，主要作用為范德華力。靜電引力可以加速空氣中灰塵作用為范德華力。靜電引力可以加速空氣中灰塵在固體表面的黏附，但并不增加黏附強(qiáng)度。在固體表面的黏附，但并不增加黏附強(qiáng)度。蘭格蘭格(Lange)分段去污過(guò)程：分段去污過(guò)程：如圖，第如圖，第階段，污垢階段，污垢P直接黏附于固體表面直接黏附于固體表面S上上的狀態(tài)；第的狀態(tài)；第階段，洗滌階段，洗滌液液L通過(guò)在毛細(xì)管微縫隙通過(guò)在毛細(xì)管微縫隙中滲透而在中滲透而在S和和P的固的固-固固界面上鋪展；第界面上鋪展；第階段，階段，固體污垢固體污垢P分散、懸浮在分散、懸浮在洗滌液洗滌液L中。中。洗滌劑在固體污垢去

55、除的作用，主要體現(xiàn)在洗滌洗滌劑在固體污垢去除的作用，主要體現(xiàn)在洗滌液液L在固體表面在固體表面S和固體污垢和固體污垢P的固的固-固界面上鋪展固界面上鋪展過(guò)程中。當(dāng)鋪展系數(shù)過(guò)程中。當(dāng)鋪展系數(shù)SL/SP大于零時(shí)，洗滌液可以大于零時(shí)，洗滌液可以在固在固-固界面上鋪展，其中固界面上鋪展，其中SL/SP可表示為：可表示為：SL/SP=SP-SL-PL洗滌劑在固體污垢去除的作用，如圖洗滌劑在固體污垢去除的作用，如圖3-29所示。所示。3.5.5 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洗滌體系是一個(gè)復(fù)雜的多相分散體系，洗滌過(guò)程洗滌體系是一個(gè)復(fù)雜的多相分散體系，洗滌過(guò)程中涉及到潤(rùn)濕、滲透、吸附

56、、乳化、分散、增溶、中涉及到潤(rùn)濕、滲透、吸附、乳化、分散、增溶、解吸、起泡等一系列復(fù)雜的物理作用或化學(xué)反應(yīng)。解吸、起泡等一系列復(fù)雜的物理作用或化學(xué)反應(yīng)。因此，影響洗滌效果的因素也多種多樣，其中主因此，影響洗滌效果的因素也多種多樣，其中主要有體系的表面或表面張力、表面活性劑在界面要有體系的表面或表面張力、表面活性劑在界面上的吸附狀態(tài)、表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)、乳化與上的吸附狀態(tài)、表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)、乳化與起泡作用等。起泡作用等。(1) 體系的表面或表面張力體系的表面或表面張力表面活性劑降低體系的表面或表面張力，將有利于表面活性劑降低體系的表面或表面張力，將有利于洗滌液產(chǎn)生良好的潤(rùn)濕作用，從而使液體

57、油污洗滌液產(chǎn)生良好的潤(rùn)濕作用，從而使液體油污“卷卷縮縮”得越完全，或使洗滌液在固得越完全，或使洗滌液在固-固界面更好地鋪固界面更好地鋪展開來(lái)，提高污垢的去除程度。展開來(lái)，提高污垢的去除程度。(2) 表面活性劑在界面上的吸附狀態(tài)表面活性劑在界面上的吸附狀態(tài)當(dāng)表面活性劑處于疏水基吸附于固當(dāng)表面活性劑處于疏水基吸附于固-液界面，而以液界面，而以極性頭伸入水相的吸附態(tài)時(shí)，才能提高固體表面極性頭伸入水相的吸附態(tài)時(shí)，才能提高固體表面的潤(rùn)濕性，有利于洗滌過(guò)程的進(jìn)行。因此，陰離的潤(rùn)濕性，有利于洗滌過(guò)程的進(jìn)行。因此，陰離子表面活性劑的洗滌性能最好，非離子型次之，子表面活性劑的洗滌性能最好，非離子型次之，而陽(yáng)離子

58、型表面活性劑不宜用作洗滌劑。而陽(yáng)離子型表面活性劑不宜用作洗滌劑。(3) 表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)對(duì)洗表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)對(duì)洗滌效果有一定程度的影響，滌效果有一定程度的影響，其中主要是非極性疏水鏈的其中主要是非極性疏水鏈的長(zhǎng)度。如圖所示，烷基硫酸長(zhǎng)度。如圖所示，烷基硫酸鈉的洗滌效果隨疏水鏈長(zhǎng)度鈉的洗滌效果隨疏水鏈長(zhǎng)度的增加，洗滌效果增加。的增加，洗滌效果增加。(4) 乳化與起泡作用乳化與起泡作用通過(guò)表面活性劑的乳化作用，可以使油污乳化通過(guò)表面活性劑的乳化作用，可以使油污乳化并穩(wěn)定地分散懸浮于洗滌液中，有效地阻止液并穩(wěn)定地分散懸浮于洗滌液中，有效地阻止液體油污再

59、沉積過(guò)程的發(fā)生。體油污再沉積過(guò)程的發(fā)生。表面活性劑的起泡作用，對(duì)洗滌效果有一定的表面活性劑的起泡作用，對(duì)洗滌效果有一定的影響，但兩者之間并沒有直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系。影響，但兩者之間并沒有直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系。(5) 表面活性劑的增溶作用表面活性劑的增溶作用通常情況下，使用臨界膠束濃度較大的陰離子型通常情況下，使用臨界膠束濃度較大的陰離子型表面活性劑作洗滌劑時(shí)，表面活性劑的增溶作用表面活性劑作洗滌劑時(shí)，表面活性劑的增溶作用不是影響液體油污去除的主要因素；不是影響液體油污去除的主要因素；使用使用臨界膠束濃度較小的非離子型表面活性使用使用臨界膠束濃度較小的非離子型表面活性劑作洗滌劑時(shí)，表面活性劑的增溶作用則可能

60、成劑作洗滌劑時(shí)，表面活性劑的增溶作用則可能成為影響液體油污去除的重要因素。為影響液體油污去除的重要因素。(6) 污垢與洗滌物的黏附強(qiáng)度污垢與洗滌物的黏附強(qiáng)度通常，固體表面與洗滌劑間的黏附作用越強(qiáng)，越通常，固體表面與洗滌劑間的黏附作用越強(qiáng)，越有利于污垢從固體表面的去除；有利于污垢從固體表面的去除；而洗滌劑與污垢的黏附作用越強(qiáng)，則越有利于阻而洗滌劑與污垢的黏附作用越強(qiáng)，則越有利于阻止污垢的再沉積。止污垢的再沉積。3.5.6 洗滌作用的應(yīng)用洗滌作用的應(yīng)用3.6 分散和絮凝作用分散和絮凝作用3.6.1 分散的定義分散的定義將固體以微小粒子形式分布于分散介質(zhì)中，形成將固體以微小粒子形式分布于分散介質(zhì)中，