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    表面活性劑基本理論知識

    文章作者:admin 上傳更新:2017-03-17 10:40:54

    一、潤濕作用

    當固體與液體接觸時,原來的固、氣、液氣界面消失而形成了新的固、液界面,這一過程稱為潤濕。如紡織纖維是一種多孔性物質,有著巨大的表面,當溶液沿著纖維鋪展時,會進入纖維間的空隙,并將空氣驅趕出去,把原來的空氣、纖維界面變成液體、纖維界面,就是一個典型的潤濕過程;而溶液同時會進入纖維內部,這一過程則稱為滲透。幫助潤濕和滲透作用發生的表面活性劑稱為潤濕劑和滲透劑。

    把不同液體滴在同一固體表面,可以看到兩種不同的現象。一種是液滴很快在固體表面鋪展開形成液/固新界面,這種情況叫潤濕。把氣/液界面通過液體與固/液界面之間的夾角稱為接觸角,可以看出在潤濕的情況下接觸角小于90°。另一種情況是液體不在固體表面上鋪展,而是在固體表面縮成一液珠,如把水滴加到固體石蠟表面所形成的現象,這種情況叫不潤濕,此時的接觸角大于90°。

    通??赏ㄟ^液體在固體表面受力達到平衡時所形成的接觸角的大小來判斷潤濕或不潤濕。當在水滴中加入表面活性劑時,由于表面活性劑具有降低氣、液界面張力和液、固界面張力的作用,會改變上述受力關系,導致水滴可以在石蠟表面鋪展,由不潤濕變為潤濕。

    二、乳化作用

    乳化作用是指兩種互不相溶液的液體(如油和水),其中一種液體以極小的粒子(粒徑為10-8~10-5m)均勻地分散到另一種液體中形成乳狀液的作用。把油滴分散到水中稱為水包油型乳狀液(O/W),水滴分散到油中則稱為油包水型乳狀液體(W/O)。把能幫助乳化作用的表面活性劑稱為乳化劑。作乳化劑使用的表面活性劑有穩定和保護兩種作用。

    (1)穩定作用

    乳化劑有降低兩種液體間界面張力而使混合體系達到穩定的作用。因為當油(或水)在水(或油)中分散成許多微小粒子時,擴大了它們之間的接觸面積,導致體系能位增加而處于不穩定狀態。當加入乳化劑時,乳化劑分子的親油基吸附在油滴微粒表面而親水基伸入水中,并在油滴表面定向排列形成一層親水性分子膜,使油/水界面張力降低,降低了體系的能位并且減少了油滴間吸引力,防止油滴聚集后重新分為兩層。

    (2)保護作用

    表面活性劑在油滴表面形成的定向排列分子膜是一層堅固的保護膜,能防止油滴碰撞而聚集。如果是由離子型表面活性劑形成的定向排列分子膜,還會使油滴帶上同種電荷,使相互間的斥力增加,防止油滴在頻繁碰撞中發生聚集。

    三、洗滌去污作用

    由于表面活性劑的乳化作用,使得從固體表面脫離下來的油脂污垢顆粒能被穩定地乳化分散在水溶液中,并且不再沉積到被洗凈的表面形成再污染。

    下面以液體油污從表面上去除的過程說明表面活性劑的作用。液體油污原來是在固體表面鋪展的,當加入表面活性劑后,由于它具有很低的表面張力,所以表面活性劑水溶液很快在固體表面鋪展而潤濕固體,并逐漸把油污頂替下來,原來平鋪在固體表面的油污逐漸卷縮成油滴(接觸角逐漸加大,由潤濕變為不潤濕)。該過程稱為“卷縮”。

    在機械作用或水流沖擊下,“卷縮”的液體油滴脫離物體表面進入水溶液中被表面活性劑乳化并穩定分散在洗滌液中。由于固體表面已被表面活性劑分子占據,所以油污不會再沉積到固體表面形成再污染。

    四、懸浮分散作用

    不溶性固體以極小微粒分散到溶液中形成懸浮液的過程叫分散。有促進固體分散并形成穩定懸浮液作用的該表面活性劑稱為分散劑。實際上,半固體態油脂在溶液中乳化分散時很難區分某一過程是乳化還是分散,而且乳化劑和分散劑通常是同一種物質,所以在實際使用過程中把兩者放在一起統為乳化分散劑。

    分散劑的作用原理與乳化劑基本相同,不同之處在于被分散的固體顆粒一般比被乳化的液滴穩定性稍差。

    固體污垢從物體表面的去除過程與液體油垢的去除過程稍有不同。固體污垢黏附在物體表面主要靠分子間作用力的吸引作用。在洗滌過程中,表面活性劑水溶液首先將固體污垢及物體表面潤濕,接著表面活性劑分子吸附到固體污垢和物體表面上,由于表面活性劑形成的吸附層加大了污垢粒子和物體表面間的距離,從而削弱了兩者間的吸引力。如果為陰離子型表面活性劑,表面活性劑在污垢粒子和物體上的吸附導致它們帶有相同的負電荷而產生排斥,使兩者的黏附強度減弱。在外力(機械力)作用下,污垢更容易從物體表面脫落而穩定地分散在水溶液中。所以使用陰離子型表面活性劑作洗滌劑,對固體污垢的去除效果更好。

    固體污垢顆粒越大越易被去除,而粒徑小于0.1μm的污垢顆粒,由于被牢固地吸附在物體表面而很難去除。在固體污垢去除過程中,除了表面活性劑的潤濕、吸附、分散作用外,機械力作用也很重要。

    五、發泡作用

    氣體分散在液體中的狀態稱為氣泡。如果某種液體容易成膜且不易破裂,這種液體在攪拌時就會產生許多泡沫。泡沫產生后體系中的氣/液表面積大為增加,使得體系變得不穩定,因此泡沫易于破裂。當溶液中加入表面活性劑后,表面活性劑分子吸附在氣/液界面,不但降低了氣/液兩相間的表面張力,而且形成一層具有一定力學強度的單分子薄膜從而使泡沫不易破裂。

    表面活性劑水溶液都有不同程度的發泡作用,一般陰離子型表面活性劑的發泡性更強,而非離子型表面活性劑的發泡性較弱,特別是在濁點以上使用時。

    由于泡沫表面對污垢有極強的吸附作用,使洗滌的耐久力提高,也可防止污垢在物體表面再沉積。所以人們總是認為發泡性好的洗滌劑去污能力強,因此很多液體洗滌劑,會降低噴射泵的壓力,同時還不利于漂洗,因此在這種場合應使用低泡型的非離子型表面活性劑。

    六、增溶作用

    增溶作用是指表面活性劑有增加難溶性或不溶性物質在水中溶解度的作用,例如苯在水中的溶解度為0.09%(體積分數),若加入表面活性劑(如油酸鈉),苯的溶解度即可增加到10%。


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