表面活性剂原理及应用 - 图文

1、表面活性剂原理及应用 - 图文 表面活性剂的作用、性能和聚集体结构 学院 、专业化学化工学院 化学工程与工艺 课 程 名 称 表面活性剂原理及应用 学 生 姓 名 纪德彬 学 号 xxxx年 11月 24日 摘要 1重点介绍了影响表面活性剂降低油水界面张力的因素,包括水相、油相、表面活性剂及使用条件。动态界面张力曲线类型与表面活性剂吸附特性的关系界面张力是表面活性剂在油水界面吸附的表现,吸附状态的改变直接导致界面张力的变化。分别介绍了液固界面的吸附和溶液界面的吸附，在溶液界面的吸附中阐述了吸附层的结构和温度对吸附量的影响。 2测定了表面活性剂的动表面张力在叶面上的吸附速度和接触角,据此分析了它

2、们在叶面上的润湿作用。结果表明,表面活性剂分子碳氢链越短,在界面上的吸附速度越快,接触角越大,在植物叶面上的润湿性能越好。其中,sfe在界面上的吸附速度最慢,在植物叶面的润湿作用最差;op-10吸附速度最快,润湿性能最好。利用测定动表面张力及其变化的方法,基本上可以反映表面活性剂水溶液对植物叶面的润湿性能的变化。同时也介绍了起泡作用、增溶作用、乳化作用和洗涤作用以及其原理和在领域上的应用。 3表面活性剂溶液性质和各种聚集体结构,其中包括胶束、囊泡等。介绍了胶束的分类、胶束的形成条件当表面活性剂在水溶液中的浓度超过cmc时,表面活性剂分子将在溶液内部发生聚集,形成疏水基团朝内,亲水基团朝向水相,

3、即o/w型聚集体。这时界面能降到最低,这种聚集体称为胶束。介绍了囊泡的结构、形状与大小，囊泡的形成以及囊泡的应用。介绍了三种液晶及其组成和性质。介绍了临界胶束浓度、胶束聚集数以及胶束聚集数的影响因素。 （关键词：表面活性剂；界面张力；润湿作用；接触角；胶束；囊泡；起泡；增溶；乳化；洗涤；液晶；临界胶束浓度） 表面活性剂的作用、性能和聚集体结构 表面活性剂是指在很低的浓度下就能大大降低溶剂(一般为水)表面张力，改变体系的表面状态，从而具有一系列性质和作用。表面活性剂分子的结构是由两种不同极性的基团组成，一为亲水基团，另一为亲油基团，又称为憎水基团或疏水基团。按其结构的不同表面活性剂可分为离子型表

4、面活性剂和非离子型表面活性剂，其中离子型表面活性剂又分为阴离子型表面活性剂、阳离子型表面活性剂和两性型表面活性剂。 下面简单的从以下几个方面对表面活性剂的作用、性能以及聚集体结构予以简单的介绍。 一、表面活性剂在液液界面和固液界面的吸附作用 1、表面活性剂在液液界面的吸附 水溶液中的表面活性剂分子由于其疏水作用，能自发的从溶液内部迁移至表 面，采取亲水基伸向水中，疏水基伸向空气的排列状态。这种由水内部迁移至表面，在表面富集的过程叫做吸附。 吸附是一种界面现象，它可在各种界面上发生，其中以固气、固液、气液和液液界面上的吸附应用最多。 液液界面吸附油水界面吸附： 在油水两相体系中，当表面活性剂分子

5、处于界面上，将亲油基插入油中、亲水基留在水分时的分子势能最低。表面活性剂在界面上的浓度将高于在油相或在水相中的浓度。因此，像在液体表面一样，表面活性剂也在使界面张力降低的同时在液液界面上吸附。应用gibbs吸附公式自界面张力曲线得到界面吸附量是研究液液界面吸附的通用方法。 a液液的表面张力 当两种不相混溶的液体接触时即形成界面。界面上的分子受到来自本相中个另一相中分子的引力作用，因而产生力的不平衡并从而决定液液界面易于存在的方式。液液界面张力的大小一般总是介于形成界面的二纯液体表面张力之间。下表为有机液体与水界面张力的实验值。 第1页 表面活性剂的作用、性能和聚集体结构 b影响油水界面张力的因

6、素 影响油水动态界面张力曲线类型的因素主要是影响表面活性剂迁移、吸附的因素。主要因素有水相、油相、表面活性剂及使用条件。其中影响水相的因素有矿化度、粘度和ph值。影响表面活性剂的因素有分子结构、亲水亲油性和浓度。现将不同因素度油水界面的表面张力的影响结果列于下表中： 水相 表面活性剂 矿化粘度 ph值 分子亲水亲浓度 因素 度 结构 油值 随着矿化度升高界面张力降低,矿化度增加到一碱性越强与原油中酸性物质形成 的活性物质越多, 越能降低界面张力。 表面活性剂的分子越小油水界面张力越低 亲水性太强则 不利于在界面处吸附; 亲油性太强则在油相中的溶 解量大 表面活性 剂浓度越高,界面张力越 低 水

7、相黏度越高界面张力降低 油相 当表面活性 剂水溶液具备碱性时, 可油中酸性物质反应形成活性物质而降低界面张力。原油中的胶质、沥青质有利于降低油水界面张力 使用条件 温度的升高界面张力升高 表面张力 定程度后, 界面张力达到最低值; 矿化度再继续升高界面张力升高 c动态界面张力曲线类型与表面活性剂吸附特性的关系 界面张力是表面活性剂在油水界面吸附的表现,吸附状态的改变直接导致界面张力的变化。图1为表面活性剂在水相界面和油相界面的吸附、解吸过程示意图。从动态界面张力曲线的形状可以了解表面活性剂的吸附、解吸过程。 2、表面活性剂在固液界面的吸附 许多生产工艺中,需要固体微粒均匀且稳定地分散于液相介质

8、中,例如,油漆、药物,染料,颜料、化妆品的制备等。近年来,在油田开发过程中使用固体微粒均匀地分散在水介质中显得尤为重要,甚至可以认为是能否使工艺成功的关键所在。而在另一些工艺中则恰恰相反,需要使均匀稳定的分散体系迅速破坏,使固体粒子尽快地沉降、聚集。如湿法冶金、污水处理、原水澄清等。无论是固体粒 第2页 表面活性剂的作用、性能和聚集体结构 子的分散还是絮凝或聚集,都是现代工业中必不可少的有效手段。而这种手段往往是通过添加表面活性剂来实现的。因而,深入了解表面活性剂对固体在液相介质中分散与凝聚作用的影响,对于有效地控制分散体系的稳定性具有重要意义。 固体在液体中分散时，表面活性剂在对其分散过程中

9、的作用固体在液体中的分散分为三个阶段(1)液体润湿固体粒子,(2)使粒子簇转化为碎片,(3)防止已分散的粒子重新聚集。要使液体润湿固体,必须控制液体在固体表面上的铺展系数大于零。添加表面活性剂降低固液和液气两界面张力，使接触角为0度,即可达此目的。一旦液体润湿粒子,则粒子簇逐渐分散。表面活性剂的存在有利于粒子簇分散,因为表面活性剂分子吸附于固体粒子的微小裂缝上,可以减少固体断裂的机械能,且降低其自愈合能力。若吸附的是离子型表面活性剂,同种电荷之间的静电斥力,还能导致粒子间排斥能增大,更有利于分散作用。而且,吸附了表面活性剂的粒子,其表面自由能降低,则体系的热力学不稳定性降低。在水介质中,表面活

10、性剂分子的亲水基团朝向水相,产生空间势垒,可进一步减小粒子聚集的倾向,因而可防止已分散的粒子的重新聚集。 3、表面活性剂在溶液界面的吸附tx100在羊毛/溶液界面的吸附 tx100在固/液界面吸附的研究已有很多报道,诸如tx100在不同孔隙大小硅胶上吸附等温线的形状,加入烷基硫酸钠后对tx100吸附量的影响,以及铬天青在表面活性剂癸基甲基亚砜、tx05、tx100吸附层中的表面加溶等研究,为表面活性剂加溶在污水处理、环境保护等领域的应用提供了实验和理论依据。tx100属非离子表面活性剂,增溶作用较离子型表面活性剂强。tx100是一种性能优良的缓染剂,研究开发复配有tx100的印染助剂是非常有意义的。不过,由于tx100生物降解性差,应用此类助剂要注意纺织品对环保性的要求。因为纤维染色是一种多种分子体系的吸附和拆散自组合过程,是纤维、染料和表面活性剂为主的多元体系的相互作用。所以,tx100在羊毛/溶液界面吸附的理论研究将为羊毛及其织物的印染体系的工艺研究奠定理论基础。西安工程大学的研究者采用超纯tx100,不含脂肪、酯类、有机酸等杂质的纯毛纤维,研究tx100在纤维上于不同温度下的吸附与脱附等温线,并预示了吸附过程中的吸附质分子的吸附状态,以便为tx100在羊毛染色加工中的开发应用