《第五章表面活性剂润湿作用》-精选·课件.ppt

第五章 润湿作用 一 润湿及其类型 润湿：表面上一种流体被另一种流体取代的过程。 因此，润湿作用必然涉及三相，而其中至少两相为流体。通常指的是固体表面上的气体被液体取代的过程。 它可分为：浸湿、沾湿、铺展三种情况。 1 沾湿 沾湿是指液体与固体接触，变液/气界面和固/气界面为固／液界面的过程，如图所示。例如飞机在空中飞行，大气中的水珠是否会附着于机翼上而有碍飞行；农药喷雾能否有效地附着于植物的枝叶上？这都是与沾湿过程有关的问题。设固/液接触面积为单位值，则此过程中体系自由能变化值为： 1 沾湿 设此过程恒温恒压，则体系自由能的减少等于体系所做的最大非体积功， 即 式中分别为气／固界面、液体表面和固／液界面的自由能。Ｗa称为粘附功，它是沾湿过程体系对外所做的最大功，也就是将固/液接触面(如图右侧)自交界处拉开，外界所需做的最小功。显然，此值越大，则固／液界面结合越牢。故Ｗa 是固／液界面结合能力即两相分子间相互作用力大小的度量。 S-固相； L-液相； G-气相根据热力学第二定律，在恒温恒压条件下，Ｗa≥0的过程为自发过程，此即沾湿发生的条件。 2 、 浸湿 指固体浸入液体的过程。该过程的实质是固/气界面为固/液界面所代替，而液体表面在过程中无变化(下图)。洗衣服时把衣物浸泡在水中即为此过程。 2 、 浸湿 3 铺展 铺展过程的实质是在以固／液界面代替固／气界面的同时，液体表面也同时扩展(下图)。如农药喷雾于植物上，就要求农药能在植物的枝叶上铺展以覆盖最大面积。 在以接触角表示润湿性时，习惯上可将θ＝90°定为润湿与否的标准，即θ＞90°叫做不润湿；θ＜90°则叫做润湿，接触角越小润湿性能越好；平衡接触角θ＝0 时，则称为铺展。 通常需要测定润湿角，来确定润湿的程度，但润湿角的测量十分困难。 润湿涉及到至少三相，其中一相为固体，所以润湿不仅与液体的性质有关，也与固体的性质有关。 2.液—液界面张力理论 液—液界面张力理论 液—液界面张力理论 液—液界面张力理论 液—液界面张力理论 液—液界面张力理论 液—液界面张力理论 液—液界面张力理论 3.表面活性剂溶液的界面张力 表面活性剂溶液的界面张力 表面活性剂溶液的界面张力 表面活性剂溶液的界面张力 4.超低界面张力 超低界面张力 超低界面张力 超低界面张力 超低界面张力 超低界面张力 超低界面张力 超低界面张力 超低界面张力 5.液液界面上的吸附 液液界面上的吸附 液液界面上的吸附 液液界面上的吸附 液液界面上的吸附 液液界面上的吸附层 液液界面上的吸附层 液液界面上的吸附层 液液界面上的吸附层 液液界面上的吸附层 液液界面上的吸附层 液液界面上的吸附层 液液界面上的吸附层 ω范围 1200～2400转· 分-1 2、关于低界面张力体系的一些经验规律 超低界面张力最主要的应用领域是在增加原油采集率和形成微乳状液，而提高原油采收率的化学方法之一是在注水时加入表面活性剂使油水界面张力降低，所加的表面活性剂应是来源丰富且价格低廉。为此，研究最多的是石油磺酸盐。 该表面活性剂溶液的组成是：水、表面活性剂、盐，加入油相后，便产生由油、水、表面活性剂、盐组成的低界面张力体系，其中油相包括各种烃类，如烷烃、不饱和烃、芳香烃、环烷烃及其混合物，表面活性剂可以是单一组分或混合物，盐类包括各种水溶性无机盐，研究最多的是氯化钠，体系的界面张力对各组分的性质和含量十分敏感，盐浓度、表面活性剂分子量及油相成分的变化都可能使超低表面张力特性消失，针对以石油磺酸钠为活性剂的低界面张力体系，摸索出了一些经验规律。 1）油相组成（表面活性剂和盐的配方固定） 改变油相成分，发现界面张力随烃的碳原子数而变， 在某一碳原子数时界面张力出现最低值，此时的碳 原子数称为最适宜碳数nmin，表示该同系物油相对 表面活性剂配方的最合适碳数，对各种同系物均存 在这种关系。 （2）等当碳原子数 固定表面活性剂和盐的配方，各同系物的最适宜 碳数不同，但存在一定关系，其中，烷烃、烷基苯、 烷基环乙烷的nmin间有如下关系。 nmin(A)=nmin(B)-6=nmin(C)-2 上述关系式提供了一种由某一油相的碳数，得到另一油相的碳数的方法。 从上述关系亦可看出，烷基苯当中，苯环的6个碳原子事实上不起作用，而烷基环己烷中，环烷基中的6个碳原子事实上只有4个有贡献。我们将这些等效的烷烃的碳原子数叫做同系物油相的等当碳原子数（NE），用以表示油相形成低界面张力体系的特性，即对同一表面活性剂和盐的配方显示最低界面张力的烷基碳数与其他系列中显示最低界面张力的那个烃等价。 如庚烷、庚基苯、丙基环己烷的等当碳原子数相同。 3）、石油磺酸盐的平均分子量 当