表面活性劑的主要功能

表面活性劑的主要功能（一）潤(rùn)濕作用當(dāng)固體與液體接觸時(shí)，原來(lái)的固/氣、液/氣界面消失而形成了新的固/液界面，這一過(guò)程稱為潤(rùn)濕。如紡織纖維是一種多孔性物質(zhì)，有著巨大的表面，當(dāng)溶液沿著纖維鋪展時(shí)，會(huì)進(jìn)入纖維間的空隙，并將空氣驅(qū)趕出去，把原來(lái)的空氣 /纖維界面變成液體 /纖維界面，就是一個(gè)典型的潤(rùn)濕過(guò)程；而溶液同時(shí)會(huì)進(jìn)入纖維內(nèi)部，這一過(guò)程則稱為滲透。幫助潤(rùn)濕和滲透作用發(fā)生的表面活性劑稱為潤(rùn)濕劑和滲透劑。把不同液體滴在同一固體表面，可以看到兩種不同的現(xiàn)象。一種是液滴很快在固體表面鋪展開形成液∕固新界面，這種情況叫潤(rùn)濕，如圖（ a）和圖（b）所示。把氣∕液界面通過(guò)液體與固∕液界面之間的夾角稱為接觸角，可以看出在潤(rùn)濕的情況下接觸角小于 90°。另一種情況是液體不在固體表面上鋪展，而是在固體表面縮成一液珠，如把水滴加到固體石蠟表面所形成的現(xiàn)象，這種情況叫不潤(rùn)濕，如圖（ c）和圖（d）所示，此時(shí)的接觸角大于90°。通?？赏ㄟ^(guò)液體在固體表面受力達(dá)到平衡時(shí)所形成的接觸角的大小來(lái)判斷潤(rùn)濕或不潤(rùn)濕。當(dāng)在水滴中加入表面活性劑時(shí)，由于表面活性劑具有降低氣∕液界面張力和液/固界面張力的作用，會(huì)改變上述受力關(guān)系，導(dǎo)致水滴可以在石蠟表面鋪展，由不潤(rùn)濕變?yōu)闈?rùn)濕。（二）乳化作用乳化作用是指兩種互不相溶液的液體（如油和水），其中一種液體以極小的粒子（粒徑為10-8~10-5m）均勻地分散到另一種液體中形成乳狀液的作用。把油滴分散到水中稱為水包油型乳狀液（O/W），水滴分散到油中則稱為油包水型乳狀液體（W/O）。把能幫助乳化作用的表面活性劑稱為乳化劑。作乳化劑使用的表面活性劑有穩(wěn)定和保護(hù)兩種作用。（1）穩(wěn)定作用乳化劑有降低兩種液體間界面張力而使混合體系達(dá)到穩(wěn)定的作用。因?yàn)楫?dāng)油（或水）在水（或油）中分散成許多微小粒子時(shí)，擴(kuò)大了它們之間的接觸面積，導(dǎo)致體系能位增加而處于不穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)加入乳化劑時(shí)，乳化劑分子的親油基吸附在油滴微粒表面而親水基伸入水中，并在油滴表面定向排列形成一層親水性分子膜，使油∕水界面張力降低，降低了體系的能位并且減少了油滴間吸引力，防止油滴聚集后重新分為兩層。（2）保護(hù)作用表面活性劑在油滴表面形成的定向排列分子膜是一層堅(jiān)固的保護(hù)膜，能防止油滴碰撞而聚集。如果是由離子型表面活性劑形成的定向排列分子膜，還會(huì)使油滴帶上同種電荷，使相互間的斥力增加，防止油滴在頻繁碰撞中發(fā)生聚集。（三）洗滌去污作用由于表面活性劑的乳化作用，使得從固體表面脫離下來(lái)的油脂污垢顆粒能被穩(wěn)定地乳化分散在水溶液中，并且不再沉積到被洗凈的表面形成再污染。下面以液體油污從表面上去除的過(guò)程說(shuō)明表面活性劑的作用。液體油污原來(lái)是在固體表面鋪展的，當(dāng)加入表面活性劑后，由于它具有很低的表面張力，所以表面活性劑水溶液很快在固體表面鋪展而潤(rùn)濕固體，并逐漸把油污頂替下來(lái)，原來(lái)平鋪在固體表面的油污逐漸卷縮成油滴（接觸角逐漸加大，由潤(rùn)濕變?yōu)椴粷?rùn)濕）。該過(guò)程稱為“卷縮”，如圖所示。在機(jī)械作用或水流沖擊下，“卷縮”的液體油滴脫離物體表面進(jìn)入水溶液中被表面活性劑乳化并穩(wěn)定分散在洗滌液中。由于固體表面已被表面活性劑分子占據(jù)，所以油污不會(huì)再沉積到固體表面形成再污染，如圖所示。（四）懸浮分散作用不溶性固體以極小微粒分散到溶液中形成懸浮液的過(guò)程叫分散。有促進(jìn)固體分散并形成穩(wěn)定懸浮液作用的該表面活性劑稱為分散劑。實(shí)際上，半固體態(tài)油脂在溶液中乳化分散時(shí)很難區(qū)分某一過(guò)程是乳化還是分散，而且乳化劑和分散劑通常是同一種物質(zhì)，所以在實(shí)際使用過(guò)程中把兩者放在一起統(tǒng)為乳化分散劑。分散劑的作用原理與乳化劑基本相同，不同之處在于被分散的固體顆粒一般比被乳化的液滴穩(wěn)定性稍差，固體污垢粒子懸浮分散示意圖如下。固體污垢從物體表面的去除過(guò)程與液體油垢的去除過(guò)程稍有不同。固體污垢黏附在物體表面主要靠分子間作用力的吸引作用。在洗滌過(guò)程中，表面活性劑水溶液首先將固體污垢及物體表面潤(rùn)濕，接著表面活性劑分子吸附到固體污垢和物體表面上，由于表面活性劑形成的吸附層加大了污垢粒子和物體表面間的距離，從而削弱了兩者間的吸引力。如果為陰離子型表面活性劑，表面活性劑在污垢粒子和物體上的吸附導(dǎo)致它們帶有相同的負(fù)電荷而產(chǎn)生排斥，使兩者的黏附強(qiáng)度減弱。在外力（機(jī)械力）作用下，污垢更容易從物體表面脫落而穩(wěn)定地分散在水溶液中。所以使用陰離子型表面活性劑作洗滌劑，對(duì)固體污垢的去除效果更好。固體污垢顆粒越大越易被去除，而粒徑小于0.1μm的污垢顆粒，由于被牢固地吸附在物體表面而很難去除。在固體污垢去除過(guò)程中，除了表面活性劑的潤(rùn)濕、吸附、分散作用外，機(jī)械力作用也很重要。（五）發(fā)泡作用氣體分散在液體中的狀態(tài)稱為氣泡。如果某種液體容易成膜且不易破裂，這種液體在攪拌時(shí)就會(huì)產(chǎn)生許多泡沫。泡沫產(chǎn)生后體系中的氣∕液表面積大為增加，使得體系變得不穩(wěn)定，因此泡沫易于破裂。當(dāng)溶液中加入表面活性劑后，表面活性劑分子吸附在氣/液界面，不但降低了氣/液兩相間的表面張力，而且形成一層具有一定力學(xué)強(qiáng)度的單分子薄膜從而使泡沫不易破裂。表面活性劑水溶液都有不同程度的發(fā)泡作用，一般陰離子型表面活性劑的發(fā)泡性更強(qiáng)，而非離子型表面活性劑的發(fā)泡性較弱，特別是在濁點(diǎn)以上使用時(shí)。由于泡沫表面對(duì)污垢有極強(qiáng)的吸附作用，使洗滌的耐久力提高，也可防止污垢在物體表面再沉積。所以人們總是認(rèn)為發(fā)泡性好的洗滌劑去污能力強(qiáng)，因此很多液體洗滌劑，會(huì)降低噴射泵的壓力，同時(shí)還不利于漂洗，因此在這種場(chǎng)合應(yīng)使用低泡型的非離子型表面活性劑。（六）增溶作用增溶作用是指表面活性劑有增加難溶性或不溶性物質(zhì)在水中溶解度的作用，例如苯在水中的溶解度為0.09％（體積分?jǐn)?shù)），若加入表面活性劑（如油酸鈉），苯的溶解度即可增加到10％。增溶作用是與表面活性劑在水中形成的膠束分不開的。膠束即表面活性劑分子中的碳?xì)滏溡蚴杷饔枚谒芤褐邢嗷タ繑n所形成的膠團(tuán)。膠束內(nèi)部實(shí)際上是液態(tài)的碳?xì)浠衔?，因此苯、礦物油等不溶于水的非極性有機(jī)溶質(zhì)較易溶解在膠束內(nèi)。增溶現(xiàn)象是膠束對(duì)親油物質(zhì)的溶解過(guò)程，是表面活性劑的一種特殊作用，因此只有溶液中表面活性劑濃度在臨界膠束濃度以上時(shí)，即溶液中有較多的大粒膠束時(shí)才有增溶作用，而且膠束體積越大，增溶量越大。增溶與乳化不同，乳化是一種液相分散到水（或另一液相）中得到的不連續(xù)、不穩(wěn)定的多相體系，而增溶得到的是增溶液與被增溶物處于同一相中的單相均勻穩(wěn)定體系。有時(shí)同一種表面活性劑既有乳化作用又有增溶作用，但只有當(dāng)它的濃度在臨界膠束濃度以上時(shí)，才有增溶作用。由于非離子型表面活性劑的臨界膠束濃度較低，容易形成膠束，因此非離子型表面活性劑有較好的增溶作用。表面活性劑膠束及增溶作用如圖所示。洗滌去污過(guò)程中常伴有增溶過(guò)程發(fā)生，當(dāng)油性污垢脫離物體表面時(shí)，會(huì)被增溶到表面活性劑膠束中，從而穩(wěn)定地分散在水溶液中，因此可以很好地防止物體表面被油污再污染。（七）其他作用表面活性劑除了有上述作用之外，還有柔軟平滑、抗靜電、殺菌等作用。（1）對(duì)織物的柔軟平滑作用當(dāng)表面活性劑分子在織物表面定向排列時(shí)，可使織物的相對(duì)靜摩擦系數(shù)降低。如直鏈烷基的多元醇聚氧乙烯醚、直鏈烷基脂肪酸的聚氧乙烯醚等非離子型表面活性劑和多種陽(yáng)離子型表面活性劑均有降低織物靜摩擦系數(shù)的作用，所以可用作織物柔軟劑。而帶有支鏈的烷基或芳香基的表面活性劑不能在織物表面形成整齊的定向排列，所以不適合用作柔軟劑。