界面与胶体化学8-9 2.10 表面活性剂作用原理、功能和应用.pdf

2.10 面活性剂溶液 面吸附和溶液性质 n 一、表面活性剂溶液表面吸附的作用 n 二、溶液表面上的吸附速度 n 三、胶束化 n 四、溶解度特性 n 五、溶油性 一、 面活性剂溶液 面吸附的作用 表面活性剂在生产实际中的应用可概括为以下 两方面： （1）降低液体的表面张力使增加界面的过程更 易进行。如润湿、铺展、分散、助磨等。 （2）形成紧密的吸附层或吸附膜。如起泡、成 膜等。 1、降低水表面张力的能力 主要用形成临界胶束时的表面张力g表示。 表面活性剂效率和有效值 面活性剂效率 使水的表面张力明显降低所需要的表面活性 剂的浓度。显然，所需浓度愈低，表面活性剂的 性能愈好。 面活性剂有效值gCMC 能 把水的表面张力降低到的最小值。显然， 能把水的表面张力降得愈低，该表面活性剂愈有 效。 表面活性剂的效率与有效值在数值上常常是 相反的。例如，当憎水基团的链长增加时，效率 提高而有效值降低。 n 影响gCMC 的主要因素有： 1）表面活性剂类型 当憎水基相同时，离子型表面活性剂与非离子 型表面活性剂相比，其gCMC较大。这是因为离子 型表面活性剂间存在斥力的缘故。 2）憎水基的影响 a 、憎水基的化学组成 碳氟链的gCMC 比碳氢链小； b 、憎水基的长度 憎水基的链长增加，gCMC 变小； c 、憎水基的结构 表面活性剂溶液 面吸附的作用 b 、憎水基的长度 憎水基的链长增加，gCMC 变 小； n由于憎水基在水中不能与水形成氢键，而且有阻碍水 分子间形成氢键的作用。因此，为使体系能量尽可能 低，憎水基有逃离水环境的趋势，这就是憎水效应。 n 憎水效应的驱动力是熵的增加即熵效应（ΔS ↑， ΔG ↓） n 憎水效应与憎水基的结构与链长有关，碳氢链的链越 长，周围受影响的水分子越多，引起的熵增加越大。因 此，碳氢链增加，gCMC减少。 表面活性剂溶液 面吸附的作用 n c 、憎水基的结构 憎水基带有分支结构时，gCMC减 少。这因为带有分支结构的分子截面积大，周围受影响 的水分子多，憎水效应明显。 当端基结构不同时，gCMC不同，当端基为碳氟基 时，gCMC最小，碳氟基的个数越多，gCMC越小。 总之， 1）吸附过程是表面层组成变化的过程，即以憎水基逐步 取代水分子的过程； 2）表面活性剂降低水表面张力的能力取决于取代水的憎 水基的组成、链长和结构。 表面活性剂溶液 面吸附的作用 2 、吸附与界面稳定性 1）表面张力降低，附加 力减少，减少了Plateau排液； 2）对离子型表面活性剂，由于吸附层带电，表面之间的电性 排斥使液膜稳定； 若为聚氧乙烯型的非离子表面活性剂，由于表面吸附层中 的亲水层较厚，可对液膜两表面接近产生空间阻碍作用； 3）吸附层中的憎水基之间存在侧向相互作用，这也使得吸附 层具有 定强度，从而使液膜稳定； 4）外力作用使液面局部变形，产生吸附量和表面 的不均 匀，吸附分子将自动地从密度大处带着溶液流向密度小处， 从而对液膜的变形和损伤进行修复，这也称为Marangoni效 应. Marangoni效应 图表面活性剂的自修复作用 当泡沫受到外力冲击或扰动时，液膜会发生局部变薄使液 膜面积增大，导致表面活性剂的浓度降低引起此处的表面张力 暂时升高，即图中的 由于B处的表面活性剂浓度高于A处 A B 的表面活性剂浓度，所以表面活性剂由B处向A处迁移使A处的 表面活性剂浓度恢复，表面活性剂在迁移过程中同时也携带邻 近的液体一起移动使其A膜又变成原来的厚度。 二、溶液 面上的吸附速度 s q a2