第5章1表面活性剂

1、版权所有版权所有第五章 表面活性剂的基本作用与应用授课人：杜可杰石油、建筑肥皂、洗涤剂金属加工纺织工业化妆品食品加工应用领域5.15.25.35.4润湿作用润湿作用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发泡与消泡作用发泡与消泡作用洗涤去污作用洗涤去污作用其他作用其他作用第一节 润湿作用润湿：固体表面上的气体（或液体）被液体(或另一种液体)取代的现象 包括：粘湿、浸湿、铺展三种类型。（1 1）粘湿）粘湿 就是当液体与固体接触后，将液就是当液体与固体接触后，将液气和固气和固气界面变为固气界面变为固液界面的过程。液界面的过程。粘附功： 等T、等P， 单位面积的液面与固体表面粘附时对

2、外所作的最大功。 液体能否润湿固体的一种量度。粘附功越大，液体越能润湿固体，液-固结合得越牢。aaWG ag lg-sl sW沾湿现象发生的条件为s-g + l-g - s-l 0大气中的露珠附着在植物的叶子上，雨滴粘附在塑料雨衣上等，均是粘湿过程。（2 2）浸湿）浸湿 浸湿是指固体浸入液体中的过程，其实质是固-气界面被固-液界面所代替浸湿功浸湿功: : 等温、等压条件下，将具有单位表面积的固体可逆地浸入液体中所作的最大功称为浸湿功，它是液体在固体表面取代气体能力的一种量度。il sg-sG能浸湿 0ii GW能润湿Wi0（3 3）铺展）铺展 铺展过程是固-气界面被固-液界面代替的过程铺展功：

3、Wa 也称为铺展系数：Ssl-sl-gs-gGss-gl-sl-gSG S0接触角与杨氏方程接触角与杨氏方程接触角：接触角：气、液、固三相交界处的气-液界面与固-液界面夹角。=0，完全润湿接触角的示意图杨氏方程杨氏方程： sg-sl=lgcosWa=lg(cos1) Wi=lgcos Ws=lg(cos-1）类型类型=0铺展090浸湿0180沾湿180完全不润湿表面活性剂的润湿作用主要表现在两方面（1）在固体表面发生定向吸附（2）改变液体的润湿能力1、提高液体的润湿能力（在水中加入表面活性剂降低表面张力，使水在固体发生铺展）-润湿剂2、改变固体表面的润湿性质（极性基团吸附在固体表面，非极性基团

4、朝向气体形成定向排列吸附层，反润湿作用）-防水剂 荷叶表面中性洗涤剂位于分子位于分子中间中间时湿润性能比较强时湿润性能比较强位于分子位于分子末端末端时去污能力比较强时去污能力比较强亲油基亲油基 有分支结构有分支结构的湿润性和渗透性的的湿润性和渗透性的较好较好 去污能力较差去污能力较差亲水基位置亲水基位置（1）分子结构）分子结构（2）性质）性质较好的润湿剂要有良好的扩散性与渗透性较好的润湿剂要有良好的扩散性与渗透性目前用作润湿剂的主要是阴离子型和目前用作润湿剂的主要是阴离子型和非离子型！非离子型！如：烷基萘磺酸盐、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湿润性和渗透性的的

5、湿润性和渗透性的较好较好分子量大的分子量大的洗涤、分散、乳化能力洗涤、分散、乳化能力较好较好分子量分子量（1）矿物的泡沫浮选（2）金属的防锈与缓蚀（3）织物的防水防油处理（4）在农药中的应用（5）在活性水驱油中的应用（6）皮革加工中应用（7）其他：废纸脱墨等第二节 乳化作用乳液：乳液：一种或多种液体以液珠形式分散在与它不相混溶的液体中构成的分散体系，乳液的液珠直径一般都大于01m，属粗分散体，由于体系呈现乳白色而被称为乳液。 大量的表面活性剂和助表面活性剂的存在使油-水界面张力降至极低，因此微乳液是热力学上的稳定体系。组成组成：分散相、分散介质和表面活性剂（乳化剂）乳化、分散作用乳化作用乳化作

6、用：两种不相溶的液体（油和水）中的一种以极小的粒 子均匀分散到另一种液体中形成乳状液的过程。乳化剂乳化剂：能使一种液体(如油)分散在水中或另一种液体中的物 质。分散作用分散作用：一种固体微粒均匀的分散于另一种液体中的现象。 分散剂分散剂：能使一种固体微粒分散在另一种液体中的物质。油与水乳化形式油与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 连续相：水连续相：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 连续相：油连续相：油 分散相：水分散相：水油包水型油包水型(W/O)(W/O)强烈振荡强烈振荡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)乳状液的类型和鉴别乳状液的类型和鉴别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 这种类型的乳状液较少见，一般存在于原油中，套圈型乳状液的存在给原油的破乳带来了很大的困难。稀释法稀释法染料法染料法电导法电导法滤纸湿润法滤纸湿润法鉴别方法鉴别方法：利用乳状液能够与其外相液体混溶的特点，以水或油性液体稀释乳状液便可以确定其类型。例如，牛奶能够被水稀释，但不能与植物油混溶，可见牛奶是O/W型乳液将少量水溶性染料加入乳状液中，若整体被染上颜色，表明乳状液是o/w型，若只有分散的液滴带

8、色，表明乳状液是w/o型。油溶性染料情况恰好相反。o/w型乳状液的导电性好；w/o型乳状液的导电性差。将一滴乳状液滴于滤纸上，若液体迅速铺展，在中心留下油滴，则表明乳状液为o/w型，若不能铺展，则此乳状液为w/o型。乳液的物理性质：(1)液珠粒径与光学性 乳液液珠的粒径大小直接影响乳液的颜色和外观，通过乳液的外观和颜色可以判断出液珠粒径的分布范围。 液滴大小液滴大小大滴大滴1m0.1-1 m0.05-0.1 m0.05 m外观可分辨的两相白色乳状液蓝白色乳状液灰色半透明液透明液(2)(2)乳液的黏度乳液的黏度 乳液的黏度受乳液内外相内外相的黏度、内相的体积分数内相的体积分数、液珠的粒径及乳化剂

9、液珠的粒径及乳化剂的性质等的影响。当内相的相体积分数小于50时，乳液的黏度可应用Einstein公式=0(1+2.5) ，0， 分别为乳液及分散介质的黏度和分散相的体积分数 (3)乳液的电性质乳液的电性质 导电性 0W型乳液的导电性好于WO型。 乳液的导电性主要取决于连续相的导电性，水的导电性优于油影响乳状液类型的主要因素影响乳状液类型的主要因素v相体积相体积v乳化剂的分子结构和性质v乳化器的材质v两相的聚结速度两相的聚结速度乳状液量多的一相为外相？95%内相体积的乳状液水相水相类型类型25.98%-74.02%O/WW/O500质点粒子不能透过滤纸、扩散慢、多相很不稳定 泥浆 牛奶 胶体分散

10、系1-500质点能透过滤纸透不过半透膜、扩散慢、多相或单相不稳定 金溶胶 硅酸溶胶 分子分散系1质点能透过滤纸和半透膜、扩散快、单相稳定 蔗糖、氯化钠溶液分散体系的分类分散体系的分类分散相分散相分散介质分散介质体系名称与实例体系名称与实例液气气溶胶云雾固气烟尘气液液溶胶泡沫液液牛奶 石油中的水固液溶胶：油漆 涂料气固固溶胶固体泡沫：馒头、泡沫塑料液固硅凝胶固固固体悬浮体：合金 分散体系：热力学不稳定体系 类似乳状液 不稳定性：大的相界面和界面能 界面减少的趋势 分散的质点具有较高的自由能，所以有聚集的倾向。 粒子碰撞加速聚集。粗分散体系尤为明显。 稳定性： 加入可降低界面能的表面活性剂 加入高

11、分子表面活性剂，形成外层亲液层 加入电解质使界面电荷密度增大，如同电荷的加入。颜料的制作：加入钛酸丁酯分散体系的稳定性分散体系的稳定性能产生静电斥力，降低范德华力，有利于溶剂化（水化），并形成围绕质点的保护层。空间稳定作用是由于分散质点间未被吸附的高分子产生斥力并使质点分开。分散体系中分散剂的重要作用就是防止分散质点接近到范德华力占优势的距离，使分散体系稳定，而不致絮凝、聚集。分散剂的加入能产生静电斥力，降低范德华力，有利于溶剂化（水化），并形成围绕质点的保护层。空间稳定作用是由于分散质点间未被吸附的高分子产生斥力并使质点分开。固-液分散的三个阶段： 粉末润湿 固体粒子团簇破碎和分散 防止再凝

12、聚粉末润湿铺展系数：ss-gl-sl-gSG 接触角=0润湿剂的加入润湿剂的加入 2.粒子团的分散或碎裂 粒子团内部的固-固界面分离。 在固体粒子团中常会存在缝隙，另外粒子晶体由于应力作用也会使晶体造成微缝隙，粒子团的碎裂就发生在这些地方。 表面活性剂吸附在粒子微裂缝中，会加深微裂缝 离子型表面活性剂吸附于粒子表面时，质点获得相同电性的电荷， 互相排斥易分散。 分散体系的絮凝 絮凝作用：分散体系脱离稳定体系形成聚集体。 絮凝作用的特点是：絮凝剂用量少，体积增大的速度快，形成絮状体的速度快，絮凝效率高。 影响因素：凝聚剂的种类、悬浊物种类、电位、颗粒大小有关。 电位： 粒子通常带有异电荷形成双电

13、层而趋于稳定，类似胶束。 加入相反电荷导致粒子表面电位下降，离子间斥力减小。 反离子加入过量？交联吸附： 有机高分子聚合物。 有机高分子既有絮凝作用，又有保护作用。高分子浓度较低时，吸附在一质点表面的高分子长链可能同时吸附在另一质点或更多质点的表面，把几个质点拉在一起，最后导致絮凝，体现了高分子的絮凝作用。浓度较高时，质点表面完全被吸附的高分子覆盖，质点不会通过桥连而絮凝，溶胶稳定性提高，体现了高分子的保护作用。 桥连凝絮 保护作用分散剂与絮凝剂 分散剂 水相分散剂一般都是亲水性较强的表面活性剂，疏水链多为较长的碳链或成平面结构，如带有苯环或萘环 离子型表面活性剂还可以使靠近的固体粒子产生电斥

14、力而分散。亲水的非离子表面活性剂可以通过长而柔顺的聚氧乙烯链形成水化膜，从而阻止固体粒子的絮凝，使其分散。常用的有：亚甲基二磺酸钠、萘磺酸甲醛缩聚物钠盐、木质素磺酸、低分子量聚丙烯酸钠、烷基醚型非离子表面活性剂等。 有机介质中使用的分散剂有：月桂酸钠、硬脂酸钠、有机硅、十八胺等。 絮凝剂 有机高分子絮凝剂的絮凝作用主要是通过桥连而实现的，它需要具备几个条件：v 在介质中必须可溶；v 高分子的链节上具有能与固体粒子产生桥连的吸附基团；高分子应是线性的，并有适合于分子伸展的条件；v 分子链有一定的长度。常用的有机高分子絮凝剂有：丙烯酰胺类共聚物、丙烯酸类共聚物、顺丁烯二酸酐类共聚物、磺酸盐类共聚物、聚乙烯醇、聚氧乙烯醚、纤维素衍生物、淀粉衍生物等。 分散剂与絮凝剂的应用 分散剂v 钙皂分散： 防止脂肪酸钾、钠与硬水中钙、镁结合，降低洗涤 效果 例如：十二烷基硫酸钠是否是软化硬水的效果？v 颜料分散： 涂料、油墨 墨水v 医药、农药中的应用： 苯佐卡因， 皮肤麻醉剂， 需月桂醇硫酸钠作为分散剂 絮凝剂的应用水及污水的处理： 胶体杂质的除去，化学凝聚法。钻井液的应用 人有了知识，就会具备各种分析能力，人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说古人说“书中自有黄金屋