表面活性剂基础知识.ppt

表面活性剂的基础知识、1表面活性剂的种类a、表面活性剂是可溶于液相并吸附于相界面、显着降低界面的物质。 表面活性剂的基本作用是降低分散体系中两相界面的界面自由能。 提高分布式系统的稳定性。 亲水性基在溶液中离子化生成离子的离子称为离子型表面活性剂，离子称为离子型表面活性剂，离子称为离子型表面活性剂，离子称为离子型表面活性剂，离子称为离子型表面活性剂，离子称为离子型表面活性剂不能离子化生成离子的叫做非离子表面活性剂。 阴离子表面活性剂，在这类表面活性剂中，主要有羧酸酯、硫酸酯和烷基芳香族磺酸盐，本质上为磺酸盐等。 阴离子表面活性剂的亲水基的一端可以解离阴离子，但在亲水基带负电荷的混凝土中使用的减水剂主要是阴离子表面活性剂。 阳离子表面活性剂，这类表面活性剂中，大部分是含氮化合物、有机胺衍生物。 阳离子表面活性剂的亲水基解离阳离子，使亲水基带正电荷。 另一个特征是容易吸附在固体表面，有效地改变固体的性质。 简单的有机胺盐在酸性介质中可以作为乳化剂、分散剂、润湿剂使用。 的双曲馀弦值。 这种表面活性剂常用作浮选剂、乳化剂和颜料分散剂。 两性表面活性剂、两性表面活性剂的亲水基的一端能解离阴离子和阳离子两者。 该活性剂是具有两种亲水基的表面活性剂。 两性表面活性剂的酸性基主要有羧酸盐型和磺酸盐型两种。 碱性基主要是氨基和季铵盐基。 两性表面活性剂容易溶于水，在浓酸、碱液中即使是无机盐溶液也溶解，但是一般难以溶于有机溶剂。 非离子表面活性剂在水溶液中不电离，其亲水基主要由一定数量的含氧基(一般是醚基和羟基)构成，因此在溶液中不电离，因此不易受到强电解质和无机盐类的影响，在溶液中稳定性高。 与其他类型的表面活性剂的相容性好，可以很好地混合使用，在水和有机溶剂中也有很好的溶解性。 非离子性亲水基主要由聚乙二醇基和多元醇基构成。 这种活性剂是近年来发展迅速的品种，无毒，可用于食品和医药。 其中，聚乙二醇型可以用于水泥分散剂. 由于表面活性剂分子由亲水性和疏水性两部分组成，这两部分处于一定的平衡状态，具有适当的溶解性。 因此，溶液一般具有胶体性质。 对液体的表面和界面进行正的吸附，显示各种各样的表面活性。 2表面活性剂的基本性质a，(1)表面吸附和表面能，表面张力石膏(Gibbs )，式中表面吸附量，mol/cm2C溶液浓度，mol/L 表面能，10-3N/mT绝对温度，k； R气体常数d/dC的表面张力的变化率表示该物质的表面活性的大小。 表面吸附量与表面张力随表面活性剂浓度和浓度变化的速度有关。 d/dc为负值，即表面活性剂使表面张力降低时，0。 表面活性剂改变表面张力的作用与其浓度的大小有一定的关系，浓度和表面张力的关系b一般在开始时随着表面活性剂浓度的增加表面张力急剧下降，之后几乎保持一定。 浓度与表面张力的关系、表面活性剂溶液的各状态c、表面活性剂溶液的各状态(a )极稀溶液； (b )稀溶液c )达到临界胶束浓度的溶解(d )临界胶束浓度以上的溶液、表面活性剂在水界面的序列d、表面活性剂的另一特征是，在界面的吸附具有序列。 水在界面的排列如图所示。 表面活性剂的分散作用e，一般的表面活性剂都有良好的分散作用。 这主要是因为表面活性剂在固液界面发生正的吸附，界面的表面活性剂浓度增加，表面能降低。因此，提高了系统的热力学稳定性，使整个系统向分散稳定的方向发展。 表面活性剂一般有亲水性和防水性两个基团。 如果在水溶液中固体表面为亲水性(有极性)，则表面活性剂的亲水基朝向固体表面。 固体表面为防水性(非极性)时，表面活性剂的防水性基朝向固体表面。 该吸附的结果，在固体的表面形成具有一定机械强度的表面吸附层，阻碍粒子间的凝聚作用。 液体表面层也减小粒子间的摩擦阻力，使粒子容易分散。 如果扩散双电层及电位f，表面活性剂为电解质溶液的话，吸附作用的结果是在固体表面产生双电层，如图所示，如果扩散双电层及电位，则双电层及电位b扩散，固液相接近固体表面的一侧成为固定双电层，接近溶液的一侧成为扩散双电层。 由于两个双电层的形成在固体粒子的表面具有活性，因此其周围的表面活性剂溶液中的离子是静电的影响和分子热运动两方面的力。 静电力使相反电荷的离子集中在粒子周围，试图使电分布两极化。 分子热运动力还试图使离子扩散到溶液中，使其均匀分布。 达到平衡后，粒子变成与带电电荷相反的离子浓度，离子随着远离粒子表面而减少。 该规则分布的离子层形成了吸附在固体表面不动的固定双电层和扩散双电层。 液体和固体相对运动时，固定层和扩散层之间也有相对运动。 进行相对运动的两层间的电位差称为电位。 电位值的大小表示两层的相对运动的电位的大小，也就是说，表示粒子间的相对运动时的电排斥力的大小。 如果表面活性剂被粒子吸附，因为电位显着增加，粒子间的反弹力也增加，粒子表面的溶剂化层也变厚。 这相当于扩大粒子间的距离，减少粒子间的接触，促进粒子间的分散。 表面活性剂的湿润作用g、湿润作用是用固体或液体表面的流体置换其他流体的现象。 例如，在镜面或金属平面上用水或油置换表面层的空气的现象。 实际上，这是二相(水和镜面)接触时系界面自由能降低而产生的现象。 其界面自由能下降的大小表示湿润程度的大小。 湿润程度可以用接触角表示，也称为湿润角。 固液接触后系界面的自由能降低值为W=固液-固液式中的W自由能降低值； 固固体表面自由能； 液液体表面自由能； 固液固液接触后的界面自由能。 表面活性剂湿润作用G-1、固液表面湿润状况、表面活性剂的湿润作用G-2、湿润角的大小由固、液、固液的关系决定(图7 )。 当固间达到某个平衡状态时，其表面能将固=固液-液cos代入w式，W=液(1-cos)由上式定量地表示湿润角和界面自由能的关系，以的大小表示湿润程度=180o完全湿润90o湿润丙二醇普糖类多元醇也有缓凝作用，如单糖、低聚糖等有很强的缓凝作用。 这是因为糖类为弱酸性物质，与水合生成物Ca(OH)2分子形成络合物，降低了早期水合反应时的pH值，抑制了水合速度。 表面活性剂亲水基的差异影响其性质M-2，(2)羧酸和羧酸盐(-COOH，-COOM )低级羧酸及其盐对混凝土有很强的作用，如甲酸钙、乙酸、草酸、丙酸、苯甲酸及其盐类。 随着烷基的增大(分子量的增大)，逐渐显示出缓慢凝结作用。 有机酸解离常数pK对水合影响的研究表明，pK值小于5的有机酸及其盐类对混凝土有促进水合的效果。 pK值超过5的有机酸及其盐类随着烷基(r )的增加逐渐增粘。 同时，随着分子量的增加，表面活性剂的防水性也增加，例如C17H35COOM (硬脂酸及其盐类)可以作为混凝土防水剂使用。 表面活性剂的亲水基的差异影响其性质M-3，(3)羟基羧酸盐和氨基羧酸盐的低级羧酸盐延缓水泥的水合反应，具有快速而有力的作用。 但是，羧基的位和位的氧被羟基和氨基取代时，会产生明显的缓凝作用。 例如乳酸、酒石酸、柠檬酸、苹果酸、葡萄糖酸、水杨酸、-氨基丙酸及其盐类。 羟基酸、氨基酸及其盐类对硅酸盐水泥的缓慢凝结作用主要在其分子中含有配合物形成基(-COOH、-OH、-NH2 )，与水泥浆的碱性介质中游离的Ca2生成不稳定的配合物，随着水合的进行，自我分解影响水合的进行羟基酸和多元醇的缓凝作用与对水泥粒子表面的吸附作用有关，主要影响C3A的水合反应的速度。 表面活性剂的亲水基差异影响其性质M-4，(4)磺酸盐型表面活性剂在水泥分散剂中占重要地位，是典型的阴离子表面活性剂。 水合初期的水泥粒子的表面带有正电荷，有利于吸附阴离子表面活性剂，引起水泥的水合反应延迟的作用，这也被认为提高了分散性。 特别是芳香族烃磺酸盐对固体粉末的分散作用特别有效。 脂肪族磺酸盐，如十二烷基苯磺酸盐可用作混凝土的导气剂，有明显的缓凝作用。芳香族磺酸盐的疏水基链短的情况下，水泥的水合反应不会延迟，仅在该链某种程度长的情况下才能延迟水合反应，水泥的水合反应延迟的机理在配合量的范围内，分子水平地吸附在粒子表面。 但是，配合量超过某一浓度时，分子与粒子表面垂直地密合，由于该浓度水泥粒子几乎完全被“疏水化”，所以水合反应明显被抑制。 进一步提高浓度，单分子吸附变成双分子吸附或多分子吸附。 表面活性剂亲水基的差异影响其性质M-5，(5)氨系化合物的伯胺、仲胺、叔胺及氨基酸开始具有一定的缓凝作用，其顺序为RNH2R2NHR3N，但羟胺有时会加速凝结过程。 季铵盐的铵阳离子(NH4 )，与通常的金属阳离子同样具有促进凝聚的作用。 胺类化合物中，作为混凝土外添加剂最实用的是羟胺，特别是三乙醇胺，可作为水泥助剂和混凝土的早强剂使用。 三乙醇胺可持续加速混凝土的坚硬接合过程，促进坚硬的作用。 三乙醇胺可以加速C3A的水化，延缓c3a石膏水系中矾石生成的C3S和C2S的水合。 因此，三乙醇胺对后期强度没有影响，具有明显的早强作用。 7、表面活性剂对水泥分散体系的影响，(1)表面活性剂在水泥分散体系中的吸附和在水泥水系中的分散中存在表面自由能，常常表现为溶液中的各种离子的吸附。 添加表面活性剂后迅速吸附在水泥粒子表面，该吸附可以用吸附等温线表示，图、吸附等温线、Langmuir等温吸附方程式、一般表面活性剂的吸附符合Langmuir等温吸附方程式：式中极限吸附量，mg/g； C减水剂的浓度、mg/LK实验常数。 关于水泥水系中减水剂的极限吸附量，从图中直线的纵轴上的切片可以求出水泥水系中减水剂的极限吸附量。 由于水泥粒子表面的吸附作用，减水剂在水泥粒子表面达到极限吸附量时，形成比较完全的凝胶化单分子膜。 之后，减水剂的浓度继续增加，吸附量就不怎么增加。 因此，可以说高效减水剂在水泥粒子中有很强的分散作用，但是本质上高效减水剂被水泥粒子吸附，在水泥粒子表面形成凝胶化单分子膜，会暂时阻碍或者破坏水泥粒子的凝聚作用。1/及l/C曲线、(2)水泥分散系的动电特性a、水泥水分散系中，由于水泥的水合，在水合初期存在双电层和电动电位，电位值成为水泥水系的动电特性的综合指标。 水泥粒子在分散介质中，通过水解、吸附、解离等化学作用使表面带电。 通过电场进行相对运动。 这个电位只在水泥粒子在介质中运动时出现，所以也称为电位。 因此，能测定一定电场强度下的粒子的移动速度，通过数据处理求出电位值。 (2)水泥分散系的电性质b，固体粒子在电场的作用下进行稳定的泳动时，其受到的电场吸附力f的电应与液体的粘性力f相等，根据该基本原理，可以导出泳动时的电位式、粘度、温度的函数的介电常数、温度的函数 (2)水泥分散系的动电特性c对水泥分散系的电位值的研究很重要。 因为它影响分散系统的稳定性、流动性、水泥的凝结和硬化过程。 用外添剂改变水泥分散系的电动电位，可以改变上述性质。(3)水泥分散体系的稳定性a，在水泥分散体系中，受到作为分散相的水泥粒子的范德瓦尔斯分子的引力，粒子有自动凝聚的倾向，另一方面，受到周围水分子膜上形成的扩散双电层的电排斥力，粒子有分散的倾向。 由防水性胶体的稳定性理论(DLVO理论)将引力称为VA，排斥力称为VR。 (3)根据水泥分散系统的稳定性b、双电层模型，范德华分子引力与分子间距离的关系如下：式中H哈马克常数； r粒子半径； S粒子间距离。 (3)水泥分散体系的稳定性c、胶体粒子