表面活性劑功能與應(yīng)用——潤濕作用

1、第三章表面活性劑功能與應(yīng)用一一潤濕作用一、潤濕功能例子：水潤濕玻璃，加入表面活性劑潤濕容易；水滴在石蠟上，石蠟幾乎不被潤濕，加入少量表面活性劑石蠟就容易被潤濕了；較厚的毛氈或棉絮放入水中，很難滲透，加入一些表面活性劑就容易浸透了。表面活性劑具有滲透作用或潤濕作用所謂潤濕是指一種流體被另一種流體從固體表面或固液界面所取代的過程。潤濕過程往往涉及三相，其中至少兩相為流體。1. 潤濕過程 潤濕作用是一個(gè)過程。潤濕過程主要分為三類：沾濕、浸濕和鋪展。產(chǎn)生的 條件不同。其能否進(jìn)行和進(jìn)行的程度可根據(jù)此過程熱力學(xué)函數(shù)變化判斷。在恒溫恒壓條 件下可方便使用潤濕過程體系自由能變化表征。（1）沾濕 主要指液-氣界

2、面和固-氣界面上的氣體被液體取代的過程，在此過程中消失的固-氣界面的大小與其后形成的固-液界面的大小是相等的。如噴灑農(nóng)藥，農(nóng)藥附著于植物的枝葉上。沾濕附著發(fā)生條件： G= Y SL- Y SG 丫 lgV 0 WA= Y SG- Y SL+ Y lg> 0（沾濕）式中：Y SG Y SL和Y LG分別為氣-固、液-固和氣-液界面的表面張力（2）浸濕浸濕是指固體浸入液體的過程，原有的固氣界面空氣被固液取代。如洗衣時(shí)衣物泡在水中；織物染色前先用水浸泡過程浸濕發(fā)生條件： G = Y SL- Y SG< 0Wi = Y SG- Y SL0（ W:浸濕功）（3）鋪展 液體取代固體表面上的氣體

3、，固-氣界面被固-液界面取代的同時(shí)液體表面能夠擴(kuò)展的現(xiàn)象。鋪展發(fā)生條件為： G= y sl+ y lg- y sg< 0S=Y s（- Y sl- Y lg0 （ S： 鋪展功）一般，若液體能夠在固體表面鋪展，則沾濕和浸濕現(xiàn)象必然能夠發(fā)生。從潤濕方程可以看出：固體自由能Y SG越大，液體表面張力Y LG越低，對潤濕越有利。2. 接觸角和潤濕方程（楊氏方程）接觸角：固、液、氣三相交界處自固-液界面經(jīng)過液體內(nèi)部到氣液界面處的夾角。接觸角與固-液，固-氣和液-氣表面張力的關(guān)系可表示為：Y sg- y si= 丫 lgCOS楊氏方程COS X （ Y sg- y sl） / y lg加入表面活性

4、劑，Y lgJ Y slJ COS f V J> 90。不潤濕二v 90 °潤濕二越小潤濕越好-=0°或不存在t鋪展將楊氏方程代入WA W SW=Y LG (1+ COSr )> 0” 180W=Y LG COSr> 0* 90 °S = y lg ( COS1 )> 0 r w 0°纖維特性丫 SG= Y Sl+ Y LG COSTT1 前進(jìn)接觸角由于液體表面曲率，液體在毛細(xì)管中提升力大小為2二r Y lg cost。其值等于液柱重力 二P (壓強(qiáng)) 液體進(jìn)入毛細(xì)管產(chǎn)生壓強(qiáng)為：. 2 P=2 丄 r 丫 lg COS J / 丄

5、 r =2 丫 lg COS n /r=2 (丫 sg- 丫 sl)vv90°, P才能為正值，液體潤濕毛細(xì)管。加入表面活性劑/rY SG COSf；二> 0°,A P取決于Y SG- Y SL, Y SG不變，Y slJ Pf有利于毛細(xì)管潤濕。3. 表面活性劑潤濕作用表面活性劑具有雙親分子結(jié)構(gòu)，純移在界面發(fā)生定向吸附，降低液體的表面張力T導(dǎo)致潤濕作用(1) 在固體表面發(fā)生定向吸附疏水基固體a單分子吸附高表面自由能氣固水潤濕硅酸鹽礦物月桂酸鉀在氣固表面的吸附b雙分子吸附非水潤濕表面活性劑在固體表面吸附狀態(tài)是影響表面特性的重要因素。(2) 提高液體的潤濕能力水不能在低能

6、固體鋪展，加入表面活性劑，降低水表面張力Y LG,使其潤濕固體的表面。4. 影響潤濕作用的因素(1) 溫度一般來說溫度f,潤濕性能f。高溫下短鏈表面活性劑潤濕性能不如長鏈表面活性劑。(原因：溫度f長鏈表面活性劑溶解度f)；低溫下短鏈表面活性劑潤濕性能好于長鏈表面活性劑。非離子表面活性劑，溫度接近濁點(diǎn)，潤濕性能最佳0.1% OP-15 : 25 C潤濕性能 50s70C潤濕性能17s(2) 表面活性劑濃度c v cmc潤濕時(shí)間對數(shù)與In c呈線性關(guān)系。In c f潤濕性能f 原因:c v cmc表面活性劑未達(dá)到飽和吸附 ，增加潤濕性能濃度需要 大些 c > cmc不再呈線形。濃度對固/液界

7、面吸附影響不大， 故一般濃度略高于 cmc即可(3) 分子結(jié)構(gòu)a.疏水基：直鏈烷烴親水基在鏈末端，直鏈碳原子數(shù)為 C12-C18潤濕性能最佳；相同親水基團(tuán)，隨Cf HLB J HLB: 7-15潤濕性能最佳，例如烷基硫酸酯R-OSONaR為C2-C14潤濕性能最佳；直鏈烷基苯磺酸鈉以Co潤濕性能最佳；支鏈烷基苯磺酸鈉潤濕性能較直鏈好，其中以 2- 丁基辛基最有效；磷酸酯鹽以烷基為雙親基的潤濕性能最好。b.親水基：親水基在分子中間者的潤濕性能比末端的好，如琥珀酸二異辛酯磺酸鈉結(jié)構(gòu)、滲透劑OT非離子表面活性劑：R: G-Cio潤濕能力最佳，EO不同潤濕性能也有變化C8-C9 EO=10-12潤濕能

8、力最佳EO> 12潤濕能力急劇變差E0較低潤濕性能也差聚丙二醇環(huán)氧乙烷加成物，E0使用分?jǐn)?shù)為40-50%為好當(dāng)聚丙二醇相對質(zhì)量約為 1600最好5. 潤濕劑分子結(jié)構(gòu)要求：碳?xì)滏湋?yīng)具有分支結(jié)構(gòu)親水基應(yīng)位于長鏈碳的中部目前，潤濕劑主要有陰離子和非離子型表面活性劑(1)陰離子型潤濕劑/烷基苯磺酸鹽R-©SO 3 Naa-烯烴磺酸鹽a-烯烴經(jīng)磺化制得 磺酸鹽型琥珀酸酯磺酸鹽琥珀酸單酯磺酸鹽琥珀酸雙酯磺酸鹽O高級脂肪酰胺磺酸鹽C17H3-C-N-CHCHSONaCH31烷基萘磺酸鹽 硫酸鹽型R-OSO3Na 羧酸鹽型R-COOH如：硬脂酸鈉 月桂酸鈉Oc11OH 磷酸酯 以磷酸單酯為主

9、CH9- ( CHCHO)P-OH(2)非離子型潤濕劑 烷基酚聚氧乙烯醚R- - IO ( CHCHO) H 脂肪醇聚氧乙烯醚R-O( CHCHO)nH 失水山梨醇聚氧乙烯醚單硬脂酸酯聚氧乙烯-聚氧丙烯嵌段共聚物*OCbCH)(OC2CHb(OC2CH)c 0H6.纖維加工滲透劑要求強(qiáng)堿性絲光用的滲透劑弱堿性般煮練用的滲透劑pH 接近于中性樹脂加工、退漿及抗菌整理加工用滲透劑弱酸性 次氯酸漂白用滲透劑強(qiáng)酸性 碳化(carbonization )用滲透劑強(qiáng)堿性滲透劑不能帶酯基( COOR。如滲透劑 0T (原因是化學(xué)反應(yīng))強(qiáng)酸性滲透劑不能用硫酸酯基型表面活性劑。如 CzHOSONa在強(qiáng)酸性條件下

10、會(huì)分解為十 醇與硫酸溶液的pH和滲透劑種類的關(guān)系滲透劑種類溶液 pH滲透劑的類型陰離子滲透劑非離子滲透劑強(qiáng)堿性分子量小的可溶解的可以使用； 帶酯基的易分解不可用不可使用，不溶解弱堿性可以使用多數(shù)可用近于中性可以使用可以使用弱酸性可以使用，硫酸酯類有時(shí)分解可以使用強(qiáng)酸性除磺酸鹽幾乎都不能用多數(shù)可用中性堿性用陰離子滲透劑較好中性酸性用非離子滲透劑較好(1)適用于弱酸和弱堿液的滲透劑C2H5陰離子型：滲透齊【J OT C 4HCHC2OOCCHGHCHCtOOCCHSSC2H5、十二烷基苯磺酸鈉 C12H25- -SO 3Na十二烷基硫酸鈉aHLOSGNa 拉開粉油酸丁酯硫酸鈉 CH(CH) 7CHCH(Cb) 7COOC9非離子型：OP-7QP-1O壬基酚聚氧乙烯醚OSO3NaTX-7辛基酚聚氧乙烯醚酶退漿：一般用非離子，0P類較多，因陰、陽離子