表面活性剂的润湿性能

表面活性剂的润湿性能一、润湿功能例子：水润湿玻璃，加入表面活性剂润湿容易；水滴在石蜡上，石蜡几乎不被润湿，加入少量表面活性剂石蜡就容易被润湿了；较厚的毛毡或棉絮放入水中，很难渗透，加入一些表面活性剂就容易浸透了。表面活性剂具有渗透作用或润湿作用所谓润湿是指一种流体被另一种流体从固体表面或固液界面所取代的过程。润湿过程往往涉及三相，其中至少两相为流体。1. 润湿过程 润湿作用是一个过程。润湿过程主要分为三类：沾湿、浸湿和铺展。产生的条件不同。其能否进行和进行的程度可根据此过程热力学函数变化判断。在恒温恒压条件下可方便使用润湿过程体系自由能变化表征。（1） 沾湿 主要指液-气界面和固-气界面上的气体被液体取代的过程，在此过程中消失的固-气界面的大小与其后形成的固-液界面的大小是相等的。如喷洒农药，农药附着于植物的枝叶上。沾湿附着发生条件：GA=SL-SG-LG0 WA=SG-SL+LG0 （沾湿）式中：SG、SL和LG分别为气-固、液-固和气-液界面的表面张力 （2） 浸湿 浸湿是指固体浸入液体的过程，原有的固气界面空气被固液取代。如洗衣时衣物泡在水中；织物染色前先用水浸泡过程浸湿发生条件：Gi=SL-SG0 Wi=SG-SL0 （Wi：浸湿功）（3） 铺展 液体取代固体表面上的气体，固-气界面被固-液界面取代的同时液体表面能够扩展的现象。铺展发生条件为：GS=SL+LG-SG0 S=SG-SL-LG0 （S：铺展功）一般，若液体能够在固体表面铺展，则沾湿和浸湿现象必然能够发生。从润湿方程可以看出：固体自由能SG越大，液体表面张力 LG越低，对润湿越有利。2. 接触角和润湿方程（杨氏方程）接触角：固、液、气三相交界处自固-液界面经过液体内部到气液界面处的夹角。接触角与固-液，固-气和液-气表面张力的关系可表示为： SG-SL=LGCOS 杨氏方程 COS=（SG-SL）/LG加入表面活性剂，LG SL COS 90不润湿 90润湿 越小润湿越好 =0或不存在铺展将杨氏方程代入WA Wi SWA=LG（1+ COS）0 180Wi=LG COS 0 90S =LG（ COS-1） 0 0纤维特性SGLGCOS 2r SG=SL+LG COS 前进接触角S由于液体表面曲率，液体在毛细管中提升力大小SL L为2rLG COS。其值等于液柱重力r2P（压强）液体进入毛细管产生压强为： P=2rLG COS/r2=2LG COS/r=2（SG-SL） /rCOS为正值，90，P才能为正值，液体润湿毛细管。加入表面活性剂SGCOS；0，P取决于SG-SL，SG不变，SL P有利于毛细管润湿。3. 表面活性剂润湿作用表面活性剂具有双亲分子结构，纯移在界面发生定向吸附，降低液体的表面张力导致润湿作用（1） 在固体表面发生定向吸附非水润湿a单分子吸附疏水基固体 高表面自由能 气固 水润湿b双分子吸附硅酸盐矿物月桂酸钾在气固表面的吸附表面活性剂在固体表面吸附状态是影响表面 特性的重要因素。（2）提高液体的润湿能力 水不能在低能固体铺展，加入表面活性剂，降低水表面张力 LG，使其润湿固体的表面。4. 影响润湿作用的因素（1） 温度 一般来说温度，润湿性能。高温下短链表面活性剂润湿性能不如长链表面活性剂。（原因：温度长链表面活性剂溶解度）；低温下短链表面活性剂润湿性能好于长链表面活性剂。非离子表面活性剂，温度接近浊点，润湿性能最佳0.1% OP-15： 25 润湿性能50s 70 润湿性能17s（2） 表面活性剂浓度ccmc 润湿时间对数与c呈线性关系。c润湿性能原因:ccmc表面活性剂未达到饱和吸附,增加润湿性能浓度需要大些ccmc 不再呈线形 。浓度对固/液界面吸附影响不大，故一般浓度略高于cmc即可（3） 分子结构a. 疏水基：直链烷烃亲水基在链末端，直链碳原子数为C12-C18润湿性能最佳；相同亲水基团，随C HLB HLB：7-15润湿性能最佳，例如烷基硫酸酯R-OSO3Na R为C12-C14润湿性能最佳；直链烷基苯磺酸钠以C10润湿性能最佳；支链烷基苯磺酸钠润湿性能较直链好，其中以2-丁基辛基最有效；磷酸酯盐以烷基为双亲基的润湿性能最好。b. 亲水基：亲水基在分子中间者的润湿性能比末端的好，如琥珀酸二异辛酯磺酸钠结构、渗透剂OT；非离子表面活性剂：R：C7-C10润湿能力最佳，EO不同润湿性能也有变化C8-C9 EO=10-12润湿能力最佳EO12润湿能力急剧变差EO较低润湿性能也差聚丙二醇环氧乙烷加成物，EO使用分数为40-50%为好当聚丙二醇相对质量约为1600最好5. 润湿剂分子结构要求：碳氢链应具有分支结构亲水基应位于长链碳的中部目前，润湿剂主要有阴离子和非离子型表面活性剂（1） 阴离子型润湿剂 烷基苯磺酸盐R- -SO3Na a-烯烃磺酸盐 a-烯烃经磺化制得 磺酸盐型 琥珀酸酯磺酸盐 琥珀酸单酯磺酸盐O琥珀酸双酯磺酸盐CH3高级脂肪酰胺磺酸盐 C17H33-C-N-CH2CH2SO3Na 烷基萘磺酸盐 硫酸盐型 R-OSO3NaO 羧酸盐型 R-COOH 如：硬脂酸钠 月桂酸钠OH12 磷酸酯 以磷酸单酯为主C9H19- -O（CH2CH2O）P-OH（2） 非离子型润湿剂n 烷基酚聚氧乙烯醚 R- -O（CH2CH2O）Hn 脂肪醇聚氧乙烯醚R-O（CH2CH2O）H 失水山梨醇聚氧乙烯醚单硬脂酸酯cba 聚氧乙烯-聚氧丙烯嵌段共聚物H（OCH2CH2）（OCH2CH）（OCH2CH2）OH6. 纤维加工渗透剂要求 强碱性 丝光用的渗透剂 弱碱性 一般煮练用的渗透剂pH 接近于中性 树脂加工、退浆及抗菌整理加工用渗透剂 弱酸性 次氯酸漂白用渗透剂 强酸性 碳化（carbonization）用渗透剂强碱性渗透剂不能带酯基（COOR）。如渗透剂OT（原因是化学反应）强酸性渗透剂不能用硫酸酯基型表面活性剂。如C12H25OSO3Na在强酸性条件下会分解为十二醇与硫酸溶液的pH和渗透剂种类的关系 渗透剂种类溶液pH渗透剂的类型阴离子渗透剂非离子渗透剂强碱性分子量小的可溶解的可以使用；带酯基的易分解不可用不可使用，不溶解弱碱性可以使用多数可用近于中性可以使用可以使用弱酸性可以使用，硫酸酯 类有时分解可以使用强酸性除磺酸盐几乎都不能用多数可用中性碱性用阴离子渗透剂较好中性酸性用非离子渗透剂较好C2H5（1）适用于弱酸和弱碱液的渗透剂阴离子型: 渗透剂OT C4H9CHCH2OOCCH2C2H5C4H9CHCH2OOCCHSO3Na十二烷基苯磺酸钠C12H25- -SO3Na 十二烷基硫酸钠C12H25OSO3Na 拉开粉OSO3Na 油酸丁酯硫酸钠CH3(CH2)7CH2CH(CH2)7COOC4H9非离子型：OP-7,OP-10 壬基酚聚氧乙烯醚TX-7辛基酚聚氧乙烯醚酶退浆：一般用非离子，OP类较多，因阴、阳离子对酶有影响树