表面活性剂在纳米技术中的应用

1、五、表面活性剂的五、表面活性剂的功能功能（作用）（作用） 1. 表面活性剂的润湿功能（1）.基本概念润湿：固体表面上的气体（或液体）被液体(或另一种液体)取代的现象。 包括：沾湿、浸湿、铺展三种类型。沾湿沾湿沾湿过程就是当液体与固体接触后，将液气和固气界面变为固液界面的过程。大气中的露珠附着在植物的叶子上，雨滴粘附在塑料雨衣上等，均是粘湿过程。浸湿浸湿 浸湿是指固体浸入液体中的过程，其实质是固气界面被固液界面所代替。铺展铺展铺展过程是固气界面被固-液界面代替的过程（2）接触角与扬氏方程 （1）接触角：达平衡时，在气，液，固三相交界处，自固-液界面经过液体内部到气-液界面的夹角称为接触角。(图中

2、角 ) =0或不存在铺展浸湿沾湿 完全不润湿根据接触角的大小判断润湿情况接触角越小，液体的润湿性越好!润湿方程（杨氏方程）润湿方程（杨氏方程）cos=gs-g g s-l g l-g 可通过改变界面张力的大小来改变物质的润湿性能！（3）.表面活性剂的润湿功能 (1) 提高液体的润湿能力（在水中加入表面活性剂降低表面张力，使水在固体发生铺展）-润湿剂(2)改变固体表面的润湿性质（极性基团吸附在固体表面，非极性基团朝向气体形成定向排列吸附层，反润湿作用）-防水剂 2.表面活性剂的乳化和破乳作用表面活性剂的乳化和破乳作用（1）.乳状液概念：两种互不混溶的液体，一种以微粒（液滴或液晶）形式分散于另一种

3、中形成的体系。组成：分散相、分散介质和表面活性剂（乳化剂）分类分类：根据其分散情形可以分为三种类型：油水水(Ow)型乳液型型乳液型 油分散在水中，油为分散相(内相)，水为连续相(外相)的水包油型乳化液，可用水稀释如牛乳、豆浆等。水油水油(wO)型乳液型型乳液型 水分散在油中，水为分散相(内相)，油为连续相(外相)的油 包水型乳化液，可用油稀释，如人造奶油原油等。多元乳液 分水包油包水分水包油包水(wOw)型和油包水型和油包水包油包油(OwO)型。型。（2）.乳化剂的作用原理乳化剂的作用原理乳化过程中表面活性剂的作用是吸附在油-水界面上，通过降低界面张力，帮助液滴分散并形成牢固的界面膜，防止分散

4、液滴聚结。（3）.乳化剂的选择乳化剂的选择HLB值大的表面活性剂可做O/W乳状液的乳化剂；HLB值小的表面活性剂可做W/O乳状液的乳化剂。 （4）.影响乳状液稳定性的因素影响乳状液稳定性的因素界面张力：界面张力：界面张力的降低及界面膜的形成与强度是乳状液稳定性的主要影响因素。油油-水界面膜：水界面膜：界面膜中分子排列越紧密，界面膜的强度越强，乳状液的稳定性越好。脂肪醇、脂肪酸及脂肪胺等极性有机物可增加界面膜的紧密度强度。粘度：粘度： 分散介质的粘度越大，则分散相液珠运动的速度越慢，有利于乳状液的稳定。界面电荷：界面电荷：若表面活性剂是离子型的，则在界面上的吸附成为油珠所带电荷的主要来源（主要是

5、对O/W乳液而言）它们使液滴接近时相互排斥，阻止了液滴的聚结，乳状液稳定。添加物添加物 ： 添加粉末乳化剂（碳酸钙、粘土、碳黑、石英、金属氧化物）能提高稳定性 。其它其它 ：温度、机械作用、电解质（对离子型乳化剂的乳状液影响大）、体系pH值等。（4）.影响乳状液稳定性的因素影响乳状液稳定性的因素 概念：乳状液发生油水分层的现象。 破乳剂的作用原理：能将原有的乳化剂从界面上顶替出来； 加入的表面活性剂不能形成牢固的界面保护膜； （5）.破乳破乳原油破乳的过程原油破乳的过程1.1.破乳剂的溶解与扩散破乳剂的溶解与扩散2 2破乳剂替代天然乳化剂破乳剂替代天然乳化剂3 3破坏界面膜破坏界面膜4 4油水

6、分离油水分离 破乳剂加入原油乳状液后，让它分散在整个油相中，并能进入被乳化的水珠上。由于破乳剂具有很高的活性，可把天然乳化剂从界面上顶替下来。由于破乳剂吸附于油水界面后，不能形成结实的界面膜。界面膜被破坏后，水珠在互相靠近时，很容易发生聚结成大水珠。水珠下沉从油相中分离出来，乳化原油就被破乳了。增溶 概念：表面活性剂在水溶液中形成胶束后具有能使不溶或微溶于水的有机物的溶解度显著增大的能力，且溶液呈透明状，这种作用称为增溶。增溶方式：增溶于胶束内核； 增溶物分子与形成胶束的表面活性剂分子穿插排列;形成栅栏层； 被吸附在胶束表面； 包含在胶束的极性基团中。 3.增溶作用增溶作用表面活性剂的乳化和增

7、溶的功能都可实表面活性剂的乳化和增溶的功能都可实现油与水的混合现油与水的混合, ,两种作用的区别何在两种作用的区别何在? ?区别为：乳化是将水或油以微小珠滴形式分散到另一种物质中，得到热力学不稳定体系，时间延长会出现两相分离。乳化过程中表面活性剂的作用是吸附在油-水界面上，通过降低界面张力，帮助液滴分散并形成牢固的界面膜，防止分散液滴聚结。增溶作用是表面活性剂胶束把水或油溶解到自身组织中，所形成的体系是热力学稳定的单一液相。 普通乳状液油/水界面张力几个mNm； 加入助表面活性剂形成微乳液，产生混合吸附，油/水界面张力迅速降低达10-310-5 mNm ，甚至瞬时负界面张力 Y 0。但是负界面

8、张力是不存在的，所以体系将自发扩张界面，表面活性剂和助表面活性剂吸附在油/水界面上，直至界面张力恢复为零或微小的正值，这种瞬时产生的负界面张力使体系形成了微乳液。若是发生微乳液滴的聚结，那么总的界面面积将会缩小，复又产生瞬时界面张力，从而对抗微乳液滴的聚结。 (2)Shah(2)Shah法法 将油、表面活性剂、助剂按一定比例混合均匀后，向其中滴入水或水溶液，当水相含量达到一定值时便会瞬间形成透明的wO型微乳液。高HLB值离子型表面活性剂，需要加入中等链长的醇或HLB低的非离子型表面活性剂进行复配使用单一的双链离子型表面活性剂（DDAB），或者非离子表面活性剂（AOT） ，无需助剂.Step 1

9、Solubilization of reactantsStep 2Contact of different of reactantsOrganic solventWatersurfactantMetal ionReducing agentMetal clusterReduced particleStep 2Contact of different of reactantsReducing agentdiffusionA-Metal saltB-Reducing agentStep 1Solubilization of reactants AStep 3Reaction, nucleation and growth of primary particleFigure1.1 Various stages in the growth of ultrafine particles in microemulsion形成沉淀气泡穿过微乳液气泡穿过微乳液发生化学反应阳离子可溶盐加入还原剂加入还原剂还原反应可溶金属盐形成金属沉淀形成AB沉淀发生化学反应反应物A混混 合合反应物B（I）（III）（II） H2O