胶体化学第四章第二节

1、42 2 表面活性剂的基本作用表面活性剂的基本作用 表面活性剂的一些基本性质表面活性剂的一些基本性质：如界面吸附、定向排 列、胶束生成，以及由此产生的表面张力下降，从而 引起表面活性剂具有多功能性具有多功能性。可分为两类： （一）是由降低表面张力直接引起表面活性剂具有 的基本作用：基本作用：润湿、渗透、乳化、分散、增溶、发泡、润湿、渗透、乳化、分散、增溶、发泡、 消泡、洗涤消泡、洗涤 等等； （二）是由表面活性剂基本性质间接派生的派生的各种 性能，如平滑、柔软、匀染、抗静电、杀菌、防锈等平滑、柔软、匀染、抗静电、杀菌、防锈等 功能功能 等。等。 这里概述由表面张力直接降低引起的润湿、渗透、润湿

2、、渗透、 乳化、增溶、发泡等基本作用乳化、增溶、发泡等基本作用及其应用，其他各种功 能在后继有关章节中介绍。 1. 润湿和渗透作用润湿和渗透作用 （1 1）润湿）润湿：当固体憎水时，加入表面活性剂，亲油基 和亲油性的表面结合，在表面上形成一层吸附层。活性 剂的亲水基朝向液体，这样表面就变为亲水的了。反之， 若固体是亲水的，活性剂的亲水基和亲水性表面结合， 而亲油基朝外这样表面变成了亲油性。能使固体表面能使固体表面 产生润湿性转化的活性剂，称为润湿剂。产生润湿性转化的活性剂，称为润湿剂。 （2 2）渗透）渗透：是指液体进入多孔性固体介质中的过程。 当固体表面是憎液表面时，90，液体难以渗透进 去

3、，加入表面活性剂(润湿剂)使表面的润湿性发生反转， 成为亲液性的，液体就可很容易地渗透进去。具有这种 作用的表面活性剂也叫渗透剂。 42 2 表面活性剂的基本作用表面活性剂的基本作用 1. 1. 润湿和渗透作用润湿和渗透作用 sg = sl + lg cos， 式中sg 、 sl 和 lg分别是固-气、 固-液和液-气的界面张力 若lg(sg-sl)，则90，固体亲液，能被液体所润湿。 若lg=(sg-sl)，则=0，固体被液体完全润湿。 若sgsl，则90，固体憎液，不被液体所润湿。 当180时，固体完全不润湿。如荷叶上滚动的水珠。 4.2 .2 表面活性剂的基本作用表面活性剂的基本作用 当

4、固体亲液时，90，而当固体憎液时，90。 通常规定：90时称为润湿；0时为完全润湿； 90，时称为不润湿；180时为完全不润湿。 图图4.3 4.3 表面活性剂对固体润湿性的影响表面活性剂对固体润湿性的影响 润湿和渗透作用润湿和渗透作用 1. 1. 润湿和渗透作用润湿和渗透作用 事实上，润湿和渗透所用的表面活性剂基本相 同。润湿及渗透作用本质上都是水溶液表面张力 下降的结果。润湿作用及渗透作用的大小常用润 湿角表示。 润湿剂和渗透剂广泛应用于纺织印染工业中，润湿剂和渗透剂广泛应用于纺织印染工业中， 使织物润湿易于染色使织物润湿易于染色。另外，在农药中加入适当 的渗透剂，可增强其对植物或虫体的润

5、湿渗透性， 提高杀虫效力。 42 2 表面活性剂的基本作用表面活性剂的基本作用 首先将粗矿磨碎，倾入浮选池中。在池水 中加入捕集剂和起泡剂捕集剂和起泡剂等表面活性剂。 搅拌并从池底鼓气，带有有效矿粉的气泡聚集 表面，收集并灭泡浓缩，从而达到了富集的目的。 不含矿石的泥砂、岩石留在池底，定时清除。 润湿作用的应用润湿作用的应用浮游选矿浮游选矿 泡泡 水 矿物 浮游选矿的原理图浮游选矿的原理图 选择合适的捕集剂， 使它的亲水基团只吸在亲水基团只吸在 矿砂的表面矿砂的表面，憎水基朝 向水。 当矿砂表面有矿砂表面有5%5%被被 捕集剂覆盖时捕集剂覆盖时，就使表 面产生憎水性，它会附 在气泡上一起升到液

6、面， 便于收集。 有用矿物 废矿石 憎水表面 一种或几种液体以大于10-7 m（100nm）直径 的液珠分散在另一不相混溶的液体之中液珠分散在另一不相混溶的液体之中形成的粗 分散系统称为乳状液乳状液。 要使它稳定存在必须加乳化剂乳化剂。根据乳化剂结 构的不同可以形成以水为连续相的水包油水包油乳状液 (O/W)，或以油为连续相的油包水油包水乳状液(W/O)。 有时为了破坏乳状液需加入另一种表面活性剂， 称为破乳剂破乳剂，将乳状液中的分散相和分散介质分开。 例如原油破乳原油破乳需要加入破乳剂将油与水分开。 2. 2. 乳化和破乳作用乳化和破乳作用 油(或水)高度分散在水(或油)中形成的体系 称为乳

7、状液。油油水分散体系本身是不稳定水分散体系本身是不稳定 的，必须加乳化剂提高稳定性的，必须加乳化剂提高稳定性。常用的乳化 剂是一些表面活性剂，它可吸附在油水界 面上，大幅度降低界面张力，同时，形成的 吸附膜具有一定的强度能阻碍液滴的聚集。 表面活性剂能使油表面活性剂能使油-水体系形成稳定乳状液的水体系形成稳定乳状液的 作用称为乳化作用作用称为乳化作用。 乳化作用乳化作用 简单的乳状液通常分为两大类。习惯上将不溶 于水的有机物称油，将不连续以液珠形式存在的相 称为内相，将连续存在的液相称为外相。 1.1.水包油乳状液水包油乳状液 2.2.油包水油包水乳状液乳状液 用O/W表示。内相为油，外相为水

8、，这种乳状 液能用水稀释，如牛奶等。 用W/O表示。内相为水，外相为油，如油井中 喷出的原油。 检验检验水包油水包油乳状液乳状液 加入水溶性染料 如亚甲基蓝，说 明水是连续相。 加入油溶性染料 红色苏丹，说 明油是不连续相。 水包油乳状液水包油乳状液 乳化作用乳化作用 乳化时是成为O/W还是还是W/O型，虽然取决于水和油的 容积比、乳化时的机械条件、乳化容器对水或油润湿容积比、乳化时的机械条件、乳化容器对水或油润湿 的难易程度等，但影响最大的是乳化剂的种类。的难易程度等，但影响最大的是乳化剂的种类。一般 能溶解乳化剂较多的液相容易形成连续相。 破乳作用破乳作用 一些物质加入乳状液时能破坏乳状液

9、的稳定性而使一些物质加入乳状液时能破坏乳状液的稳定性而使 油水分层，这种作用称为破乳油水分层，这种作用称为破乳，这些物质称破乳剂。 一些表面活性剂也是常用的破乳剂，破乳剂不同， 破乳机理也不同，向一种类型(如 OW)的乳状液中 加入另一类型(WO型)的乳化剂时，可达到破乳的 目的。常用破乳方法有机械法、物理法和化学法。常用破乳方法有机械法、物理法和化学法。 化学法破乳主要是改变乳状液的类型或界面性质， 使它变得不稳定而发生破乳等。例如，蒸汽机冷凝蒸汽机冷凝 水的水的O OW W型乳状液的破坏以除去油为破乳；型乳状液的破坏以除去油为破乳；原油的原油的W W O O型乳状液的破坏以除去水为破乳。型

10、乳状液的破坏以除去水为破乳。 3.3.增溶作用增溶作用 表面活性剂在水溶液中形成胶束后表面活性剂在水溶液中形成胶束后，能使不溶 或微溶于水的有机物的溶解度显著增大有机物的溶解度显著增大，这种作用 称为增溶作用增溶作用。能产生增溶作用的表面活性剂称为 增溶剂增溶剂。增溶体系与乳状液不同增溶体系与乳状液不同：前者为热力学稳 定体系，后者为热力学不稳定体系。增溶后不存在 两相，溶液是透明的 如：苯在水中溶解度很小，加入油酸钠等表面活 性剂后，苯在水中的溶解度大大增加，这称为增溶 作用。但但增溶作用与普通的溶解概念是不同的增溶作用与普通的溶解概念是不同的，增增 溶的苯不是均匀分散在水中，而是分散在油酸

11、根分溶的苯不是均匀分散在水中，而是分散在油酸根分 子形成的胶束中。子形成的胶束中。 经X射线衍射证实，增溶后各种胶束都有增溶后各种胶束都有 不同程度的增大，而整个溶液的的依数性变化不同程度的增大，而整个溶液的的依数性变化 不大。不大。 3.3.增溶作用增溶作用 增溶作用的应用极为广泛，例如，增溶作用 是去污去污作用中很重要的一部分，工业上合成丁苯 橡胶时，利用增溶作用将原料溶于肥皂溶液中再 进行聚合反应（即乳化聚合乳化聚合），还可以应用于染应用于染 色、农药色、农药以增加农药杀虫灭菌的功能以及在医药 和生理现象等方面的应用。 3.3.增溶作用增溶作用 增溶作用有以下特点：增溶作用有以下特点：

12、（1）增溶作用在热力学上是一个可逆平衡可逆平衡过程。 即被增溶物在增溶剂中的饱和溶液可以从被增溶 物逐渐溶解得到，也可以从过饱和溶液稀释得到。 （2）增溶作用可以使被增溶物的化学位能大大降 低，从而使整个体系更加稳定，增溶后不存在两增溶后不存在两 相，溶液是透明的相，溶液是透明的 （3）增溶作用与溶解作用不同。溶解过程会使溶溶解过程会使溶 剂的依数性（如沸点升高、凝固点降低等）有很剂的依数性（如沸点升高、凝固点降低等）有很 大的改变。大的改变。但被增溶物增溶后，但被增溶物增溶后，例如异辛烷溶于 油酸钠溶液，对其依数性几乎没有影响对其依数性几乎没有影响。 3.3.增溶作用增溶作用 影响增溶作用的

13、因素：影响增溶作用的因素： （1 1）表面活性剂的结构）表面活性剂的结构 同系的表面活性剂中，碳氢链越长链越长，增溶能力越 大。直链的直链的表面活性剂比同碳数的支链的表面活性 剂增溶能力大。亲油链相同时，不同类型活性剂增 溶能力的大小须序为：非离子型阳离子型阴离子非离子型阳离子型阴离子 列。列。 （2 2）被增溶物的结构）被增溶物的结构 对于被增溶物， 一般极性化合物极性化合物比非极性化合 物易于增溶； 芳香族芳香族化合物比脂肪族化合物易于增 溶； 有支链的有支链的化合物比直链化合物易于增溶。 3.3.增溶作用增溶作用 影响增溶作用的因素：影响增溶作用的因素： （3 3）电解质）电解质 在离子

14、型表面活性剂溶液中加入无机盐加入无机盐可提高非极 性烃类的增溶量，减少极性有机物的增溶量。在非 离子型表面活性剂中加无机盐，胶束的聚集数增大， 增溶量增加，且随盐浓度的增加而增加。 （4 4）温度）温度 在离子型表面活性剂溶液中，温度升高，可提高温度升高，可提高极 性和非极性物质的增溶量。对于非离子型表面活性 剂溶液。升温可提高非极性物质的增溶量。对于极性 物质在某一温度时增溶量可达最大值。 3.3.增溶作用增溶作用 影响增溶作用的因素：影响增溶作用的因素： （5 5）有机添加物）有机添加物 在表面活性剂溶液中加入非极性加入非极性化合物(烃类) 时，可提高极性被增溶物的增溶量可提高极性被增溶物

15、的增溶量，反之，加入 极性有机化合物极性有机化合物时，则能使使非极性非极性烃类物质的增烃类物质的增 溶量增大溶量增大。添加物的影响相当复杂，有待于更深 入研究。 分散作用分散作用：当固体是憎水性的，在水中界面能太高而 难以分散时，加入表面活性剂，活性剂分子在固体表面吸 附，亲油基朝向表面，亲水基朝向水相，这样分散性就可 大幅度提高； 絮凝作用絮凝作用：如果活性剂分子的亲水基和固体表面相互 作用，亲油基朝外时，可使粒子絮凝，例如粘土粒子在水 中带负电荷，加入阳离子表面活剂，由于静电吸引作用而 使带正电荷的亲水基在带负电的粘土表面吸附，亲油基朝 外，提高了粘土的亲油性和界面张力，使粘土粒子絮凝。

16、经这样处理的土叫有机土，在油中有很好的分散性。 所以表面活性剂对分散体系的分散和絮凝作用，视固 体和液体的性质而定。 4.4.分散和絮凝作用分散和絮凝作用 4.4.分散和絮凝作用分散和絮凝作用 （1）降低表面能力，使之在液体中更稳定，如图4.6 (a)； （2）形成溶剂化膜或双层膜，如图4.6 (b)； （3）电垒作用，使极性基团带电，如调节pH值，使之有较厚 的双电层，如图4.6 (c) 。 对液体分散相，如果表面活性剂使表面张力降至临界表面张力 c以下，那么就会自动分散，由憎水胶体变为亲水胶体。 5.5.发泡和消泡作用发泡和消泡作用 “泡”就是由液体薄膜包围着气体。有的表面 活性剂和水可以

17、形成一定强度的薄膜，包围着空 气而形成泡沫，用于浮游选矿、泡沫灭火和洗涤浮游选矿、泡沫灭火和洗涤 去污等去污等，这种表面活性剂称为起泡剂起泡剂。 有时要使用消泡剂消泡剂，如在制糖、制中药制糖、制中药过程 中泡沫太多，要加入适当的表面活性剂降低薄膜 强度，消除气泡，防止事故。 起泡剂起泡剂所起的主要作用有：（1）降低表面张力 （2）使泡沫膜牢固，有一定的机械强度和弹性 （3）使泡沫有适当的表面黏度 泡沫是气体高度分散在液体中所形成的体系。 由于气液界而张力较大，气泡很容易破裂。在 液体中加入表面活性剂，再向液体中鼓气就可形 成比较稳定的泡沫，这种作用称为发泡，所用的 表面活性剂叫发泡剂。 一些表

18、面活性剂也可作消泡剂，它们的表面张 力比气泡液膜的低，容易在液膜表面顶走原来的 发泡剂，而其本身不能形成坚固的吸附膜，导致 泡沫破裂，从而起到消泡作用。 5.5.发泡和消泡作用发泡和消泡作用 5.5.发泡和消泡作用发泡和消泡作用 发泡剂和稳泡剂广泛应用于浮选分离、灭火剂和洗 涤剂等工业生产中。 5.5.发泡和消泡作用发泡和消泡作用 发泡剂的作用机理发泡剂的作用机理主要有以下几个方面： 降低气-液界面张力； 在气泡的液膜上形成双层吸附，如图4.8所示。 亲水基在液膜中的水化作用使液相粘度增高，使 液膜稳定； 活性剂分子亲油基的极性吸引使吸附层有一定 的强度，不易破裂； 离子型表面活性剂可使泡沫带电荷，气泡间的 静电排斥阻碍相互靠近和聚集。 6.6.洗涤作用洗涤作用 肥皂是用动、植物油脂和肥皂是用动、植物油脂和NaOH或或KOH皂化而制皂化而制 得得 肥皂在酸性溶液中会形成不溶性脂肪酸，在硬 水中会与钙、镁等离子生成不溶性的脂肪酸盐，不 但降低了去污性能，而且污染了织物表面。 用烷基硫酸盐、烷基芳基磺酸盐及聚氧乙烯型 非离子表面活性剂等作原料制成的合成洗涤剂去污合成洗涤剂去污 能力比肥皂强能力比肥皂强，且克服了肥皂的如上所述的缺点。 去污过程是带有污垢污垢( (用用D表示表示) )的固体的固体(