第四章-表面活性劑的潤濕功能;課件

第三章表面活性劑的潤濕功能1

潤濕現(xiàn)象2

潤濕定義和特點(diǎn)定義：潤濕（wetting）是指在固體表面上一種流體被另一種流體從固體表面或固-液界面所取代。特點(diǎn)：（1）界面；

（2）涉及三相，至少兩相為流體；

（3）固體表面空氣被液體取代（4）固/液界面上液體間相互取代；3

接觸角接觸角:在氣、液、固三相交界點(diǎn)，自固-液界面經(jīng)過液體內(nèi)部到氣-液界面的夾角，通常用θ表示。lsgANMs-ls-gl-gθ＜90，潤濕Θ為零，鋪展，完全潤濕180＞θ＞90，不能潤濕γSG+γLG≥γslγSG≥γSLγSG≥γsl+γLG4

潤濕機(jī)理完全不潤濕不能潤濕能潤濕完全潤濕5

潤濕過程潤濕過程分為三類

沾濕（adhesion）浸濕（immersions）鋪展（spreading）（3）鋪展：以固液界面取代固氣界面同時(shí)，液體表面擴(kuò)展的過程。鋪展系數(shù)S=γsg-(γlg+γsl)=-?G≥0時(shí)液體可以在固體表面上自動(dòng)展開，連續(xù)地從固體表面上取代氣體。特點(diǎn)：1)固氣界面消失而形成了“固-液”界面和“液-氣”界面;2)體系的自由船變化為:ΔGs=SL+LG-SG3)該過程常用鋪展系數(shù)SL/S(或簡稱S)來表示S＝-ΔGs=SG-SL-LG若S≥0，則ΔG≤0,表明液體可在固體自動(dòng)鋪展．又可寫成：S=Wi-γlg

，則：若要鋪展系數(shù)大于0，則Wi＞γlg。γlg是液體表面張力，表征液體收縮表面的能力。與之相應(yīng)，Wi則體現(xiàn)了固體與液體間粘附的能力。因此，又稱之為黏附張力。用符號(hào)A表示。

A=Wi=γsg–γsl三種潤濕過程自發(fā)進(jìn)行的條件都可用黏附張力來表示。

Wa

=A+γlg>0Wi

=A>0

S=A-γlg>0

因此，凡是能夠自行鋪展的體系，其它潤濕過程皆能自發(fā)進(jìn)行。反之則不然。（1）無論哪一種潤濕都是界面現(xiàn)象，其過程實(shí)質(zhì)都是界面性質(zhì)及界面能量的變化結(jié)論（2）對比三者發(fā)生的條件沾濕：Wa=γlg+γsg-γsl≥0浸濕：γsg-γsl

≥0鋪展：S=γsg-(γlg+γsl)≥0（3）固氣和固液界面能對體系的三種潤濕作用的貢獻(xiàn)是一致的。Yang’s方程：γsg-γsl＝

γlgcosθ，1805年提出，也稱為潤濕方程。Wa=γlg(cosθ+1)≥0θ≤180沾濕A=Wi=γlgcosθ≥0θ≤90

浸濕S=γlg(cosθ-1)=0θ=0

鋪展6

固體的潤濕性質(zhì)

1)低能表面與高能表面從潤濕方程可以看出，當(dāng)θ＜90°，可潤濕，這時(shí)，即要求，可見，低表面張力的液體容易潤濕高表面能的固體，考慮到的數(shù)值均在100mN/m以下，常以此為界將固體分為兩類：（1）表面張力大于100mN/m者稱為高能固體，這些固體易被液體所潤濕，如無機(jī)固體、金屬及其氧化物等。（2）表面張力低于100mN/m者稱為低能固體，這類固體不易被液體所潤濕，如有機(jī)固體、高聚物固體。

一般的無機(jī)物固體（陶瓷、金屬等）的表面能約在500～5000mN/m，其數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一般液體的表面張力，因此，液體與這類固體接觸后，使固體表面能顯著降低。2)低能表面的潤濕性質(zhì)

近年來，隨著高聚物的廣泛應(yīng)用，低能表面的潤濕問題越來越引起人們的重視，如某些高聚物做成的生產(chǎn)用品和生活用品，就要求其能很好地為水所潤濕（加入某些無機(jī)氧化物可能是有效的辦法），塑料電鍍、降解等也需要解決潤濕問題。

①固體的潤濕性與極性有關(guān)，極性化合物的可潤濕性明顯優(yōu)于相應(yīng)的完全非極性的化合物(如纖維素的γc=40~45，而聚乙烯為31)。②高分子固體的可潤濕性與其元素組成有關(guān)，在碳?xì)滏溨袣浔黄渌尤〈?，其潤濕性能將明顯改變，用氟原子取代使γc變?。ㄈ缇鬯姆蚁?8），且氟原子取代越多，γc

越小（聚－氟乙烯為28）。而用氯原子取代氫原子則使γc變大可潤濕性提高，如聚氯乙烯的γc為39，大于聚乙烯的31。③附有兩親分子單層的高能表面顯示出低能表面的性質(zhì)，這說明決定固體表面潤濕性能的是其表面層的基團(tuán)或原子，而與基體性質(zhì)關(guān)系不大。因此，當(dāng)表面層的基團(tuán)相同時(shí)不管基體是否相同，其γ

c大致相同。3)高能表面的自憎現(xiàn)象（1）雖然許多液體可在高能表面上鋪展，如煤油等碳?xì)浠衔锟稍诟蓛舻牟Ａ?、鋼上鋪展，但也有一些低表面張力的液體不能在高能表面上鋪展。（2）原因在于：有機(jī)液體的分子在高能表面上吸附并形成定向排列的吸附膜，被吸附的兩親分子以極性基朝向固體表面，而非極性基朝外排列從而使高能表面的組成和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。此現(xiàn)象叫做自憎現(xiàn)象。

7潤濕劑1）潤濕劑概念（1）從潤濕方程看，若液體的表面張力越低，則潤濕能力越強(qiáng)，當(dāng)某液體（如水）的表面張力大于某固體表面的γc值時(shí)，此液體是無法潤濕該固體的，但若加入表面活性劑，使液體的表面張力大大降低，一旦表面張力低于γc，則此時(shí)液體便能潤濕固體，這種表面活性劑一般稱為潤濕劑。（2）γcmc和cmc值最低的表面活性劑應(yīng)是最有效的表面活性劑。（3）選擇合適的潤濕劑應(yīng)注意的事項(xiàng)是：①潤濕劑在固體表面上吸附時(shí)，不應(yīng)形成憎水基朝外的吸附層；②由于固體表面通常是帶負(fù)電的，陽離子型活性劑常形成憎水基朝外的吸附層，因此，不宜采用；潤濕劑應(yīng)當(dāng)滿足的要求分子結(jié)構(gòu)：碳?xì)滏溨袘?yīng)具有分支結(jié)構(gòu)親水基位于長碳鏈的中部性質(zhì)有較高的表面活性良好的擴(kuò)散和滲透性19珀酸二異辛基酯磺酸鈉潤濕劑種類：陰離子和非離子型表面活性劑陰離子型潤濕劑烷基苯磺酸鹽α-烯烴磺酸鹽琥珀酸酯磺酸鹽高級(jí)脂肪酰胺磺酸鹽烷基萘磺酸鹽硫酸酯鹽羧酸鹽:RCOOM磷酸酯20潤濕劑種類：陰離子和非離子型表面活性劑非離子型潤濕劑烷基酚聚氧乙烯醚脂肪醇聚氧乙烯醚：RO(C2H4O)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211）潤濕作用的固體表面發(fā)生定向吸附的機(jī)理固體表面形成定向排列的吸附層，降低固體表面自由能。(a)單分子吸附層(b)雙分子吸附層圖3-11月桂酸鉀在云母表面的吸附=CMC﹥CMC8表面活性劑的潤濕作用2)極性固體表面改性劑（1）表面活性劑也可通過物理吸附或化學(xué)吸附以改變固體表面的組成和結(jié)構(gòu)，使高能表面變?yōu)榈湍鼙砻妫档蜐櫇裥?。?）物理吸附的表面活性劑：重金屬皂類、長鏈脂肪酸、有機(jī)胺鹽、有機(jī)硅化合物、合氟表面活性劑等，這些表面活性劑一般是在表面形成憎水基朝外的吸附層，而使固體表面能降低。（3）若表面活性劑的親水基在固體表面產(chǎn)生化學(xué)吸附，而使憎水基朝外，則這亦有利于降低固體的表面能而使其潤濕性降低，案例有黃藥（黃原酸）在礦物浮選中的應(yīng)用。

3）非極性固體表面若通過表面活性劑的吸附形成親水基向外的吸附層則可使憎水表面變?yōu)橛H水表面，即使其潤濕性提高，如將聚乙烯，聚四氟乙烯，石蠟等典型的低能固體浸在氫氧化鐵或氫氧化錫溶膠中，經(jīng)過一段時(shí)間，水合金屬氧化物在低能表面產(chǎn)生較強(qiáng)的吸附，干燥后可使表面潤濕性發(fā)生永久性的變化，即從憎水變?yōu)橛H水。1礦物的泡沫浮選礦物的浮選法：指利用礦物表面疏水－親水性的差別從礦漿中浮出礦物的富集過程，也叫做浮游選礦法?；驹恚航柚鷼馀莞×Ω∮蔚V石，實(shí)現(xiàn)礦石和脈石分離25表面活性劑在潤濕方面的應(yīng)用圖3-12礦物浮選示意圖26捕集劑作用：以其極性基團(tuán)通過物理吸附、化學(xué)吸附和表面化學(xué)反應(yīng)，在礦物表面發(fā)生選擇性吸附，以其非極性基團(tuán)或碳?xì)滏溝蛲馍煺?，將親水的礦物表面變?yōu)槭杷谋砻妫阌诘V物與體系中的氣泡結(jié)合種類：按照離子性質(zhì)可分為陰離子型、陽離子型、兩性型和非離子型等四類按照應(yīng)用范圍可分為硫化礦捕集劑、氧化礦捕集劑、非極性礦捕集劑、沉積金屬捕集劑27作用造成大量的界面，產(chǎn)生大量泡沫，使有用礦物有效地富集在空氣與水的界面上防止氣泡并聚、延長氣泡在礦漿表面存在時(shí)間的作用對起泡劑的要求良好的起泡性和選擇性適當(dāng)?shù)恼扯群退苄粤己玫牧鲃?dòng)性和化學(xué)穩(wěn)定性無毒、無臭味、無腐蝕性來源廣、價(jià)格低常用的起泡劑有：松油、甲酚油、異丁基甲氧芐醇、三乙氧基丁烷、烷基苯磺酸鈉、烷基硫酸鈉以及脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚和聚乙二醇二烷基醚等2起泡劑3金屬的防銹與緩蝕

28原理：在金屬表面包覆一層保護(hù)層，以達(dá)到隔離和防止化學(xué)、電化學(xué)腐蝕的作用優(yōu)點(diǎn)：緩蝕劑用量少、設(shè)備簡單、使用方便、投資少、見效快緩蝕劑分類按照對電極過程發(fā)生的主要影響可分為陽極緩蝕劑、陰極緩蝕劑和混合型緩蝕劑按照化學(xué)成分可分為無機(jī)緩蝕劑和有機(jī)緩蝕劑按照形態(tài)可分為油溶性緩蝕劑