2023/6/10表面活性劑應(yīng)用導(dǎo)論—第三章表面活性劑的功能與應(yīng)用輕化工程專(zhuān)業(yè)第3章表面活性劑的功能與應(yīng)用3.1表面活性劑的增溶作用3.2表面活性劑的乳化與破乳作用3.3表面活性劑的潤(rùn)濕功能3.4表面活性劑的起泡和消泡作用3.5表面活性劑的洗滌和去污作用3.6表面活性劑的分散和絮凝作用3.7表面活性劑的其他功能3.1.1增溶作用的定義和特點(diǎn)室溫下，苯在水中的溶解度很小，每100g水只能溶解0.07g苯，但在10%的油酸鈉水溶液中，苯的溶解度達(dá)到7g/100g，增加了100倍，這是通過(guò)油酸鈉膠束的增溶作用實(shí)現(xiàn)的。增溶作用是指由于表面活性劑膠束的存在，使得在溶劑中難溶乃至不溶物質(zhì)的溶解度顯著增加的作用。增溶作用的基礎(chǔ)是膠束的形成，表面活性劑濃度越大，形成的膠束越多，難溶物或不溶物溶解的越多，增容量越大。增溶作用可使被增溶物的化學(xué)勢(shì)降低，使體系更加穩(wěn)定，是自發(fā)進(jìn)行的過(guò)程。增溶后沒(méi)有相界面存在，屬于熱力學(xué)穩(wěn)定體系，與乳化作用不同。與普通的溶解過(guò)程不同，增溶后溶液的沸點(diǎn)、凝固點(diǎn)、滲透壓等沒(méi)有明顯變化，說(shuō)明溶質(zhì)并非以分子或離子形式存在，而是以團(tuán)簇分散在表面活性劑的溶液中。由于表面活性劑的用量很少，沒(méi)有改變?nèi)軇┑男再|(zhì)，因此增溶作用與使用混合溶劑提高溶解度不同。3.1.1增溶作用的定義和特點(diǎn)3.1.2增溶作用的方式（1）非極性分子在膠束內(nèi)核的增溶不易極化的非極性有機(jī)物，通常被增溶于膠束內(nèi)核中，就像溶于非極性碳?xì)浠衔锶芤褐幸粯印Ｈ纾猴柡椭緹N、環(huán)烷烴以及苯等。紫外光譜或核磁共振譜分析表明，被增溶的物質(zhì)完全處于一個(gè)非極性環(huán)境中，X射線(xiàn)衍射分析發(fā)現(xiàn)增溶后膠束體積變大。3.1.2增溶作用的方式（2）在表面活性劑分子間的增溶對(duì)于分子結(jié)構(gòu)與表面活性劑相似的極性有機(jī)化合物，則是增溶于膠束的“柵欄”之間。被增溶物的非極性碳?xì)滏I插入膠束內(nèi)部，其極性頭插入表面活性劑極性基之間，通過(guò)氫鍵或偶極子相互作用聯(lián)系起來(lái)。這種方式增溶后膠束并不變大。如：長(zhǎng)鏈的醇、胺、脂肪酸和極性染料等兩親分子。3.1.2增溶作用的方式（3）在膠束表面的吸附增溶對(duì)于既不溶于水、也不溶于油的小分子極性有機(jī)化合物，在膠束表面的增溶是通過(guò)被吸附于膠束表面區(qū)域或是靠近膠束表面分子“柵欄”的區(qū)域完成的。光譜研究表明它們處于完全或接近完全極性的環(huán)境中。如：苯二甲酸二甲酯等，一些高分子物質(zhì)、甘油、蔗糖以及某些染料也采取此種增溶方式。3.1.2增溶作用的方式（4）聚氧乙烯鏈間的增溶以聚氧乙烯基為親水基團(tuán)的非離子表面活性劑，通常將被增溶物包藏在膠束外層的聚氧乙烯鏈中。以這種方式被增溶的物質(zhì)主要是較易極化的碳?xì)浠衔铮绫?、乙苯、苯酚等短鏈芳香烴類(lèi)化合物3.1.2增溶作用的方式在表面活性劑溶液中，上述四種形式的膠束增溶作用對(duì)被增溶物的增溶量是不相同的，按下列順序遞減：（4）聚氧乙烯鏈間的增溶遞（2）在表面活性劑分子間的增溶減（1）非極性分子在膠束內(nèi)核的增溶（3）在膠束表面的吸附增溶3.1.2增溶作用的方式表面活性劑增溶量的測(cè)定增溶量的測(cè)定方法與溶解度的測(cè)定方法相同：向100ml已標(biāo)定濃度的表面活性劑溶液中由滴定管滴加被增溶物，當(dāng)達(dá)到飽和時(shí)被增溶物析出，溶液變混濁，此時(shí)已滴入溶液中的被增溶物的物質(zhì)的量（mol）即為增溶量。增溶力增溶力表示表面活性劑對(duì)難溶或不溶物增溶的能力。是衡量表面活性劑的重要指標(biāo)之一。增溶量除以表面活性劑的物質(zhì)的量(mol)即得增溶力。3.1.3增溶作用的主要影響因素1.表面活性劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)(1)具有相同親油基的表面活性劑，對(duì)于烴類(lèi)及極性有機(jī)物的增溶作用大小順序一般為：非離子型﹥陽(yáng)離子型﹥陰離子型這是由于非離子型表面活性劑臨界膠束濃度較小，膠束易于生成，因此膠束聚集數(shù)較大，增溶作用較強(qiáng)。陽(yáng)離子表面活性劑的膠束比陰離子表面活性劑有較為疏松的結(jié)構(gòu)，因此增溶作用比后者強(qiáng)。3.1.3增溶作用的主要影響因素(2)膠束越大，對(duì)于增溶到膠束內(nèi)部的物質(zhì)增溶量越大。在表面活性劑同系物中，膠束的大小隨碳原子數(shù)增加而增大，因此，碳原子數(shù)越大，臨界膠束濃度越低，聚集數(shù)增加，增溶作用加強(qiáng)。如：乙苯在羧酸鉀溶液(0.5mol/L)中的增溶作用表面活性劑C9H19COOKC11H23COOKC13H27COOK增溶力0.1740.4240.856(3)親油基部分帶有分支結(jié)構(gòu)的表面活性劑增溶作用較直鏈的小。這是因?yàn)橹辨溞捅砻婊钚詣┡R界膠束濃度比支鏈型低，膠束易于形成，膠束聚集數(shù)較大。(4)帶有不飽和結(jié)構(gòu)的表面活性劑，或在活性劑分子上引入第二極性基團(tuán)時(shí)，對(duì)烴類(lèi)的增溶作用減小，而對(duì)長(zhǎng)鏈極性物增溶作用增加。3.1.3增溶作用的主要影響因素2.被增溶物的化學(xué)結(jié)構(gòu)脂肪烴與烷基芳烴被增溶的程度隨其鏈長(zhǎng)的增加而減少，帶支鏈的飽和化合物與相應(yīng)的直鏈異構(gòu)體增溶量大致相同；烷烴的氫原子被羥基、氨基等極性基團(tuán)取代后，其被表面活性劑增溶的程度明顯增加。3.1.3增溶作用的主要影響因素3.溫度的影響溫度對(duì)增溶作用的影響隨表面活性劑類(lèi)型和被增溶物結(jié)構(gòu)的不同而不同。多數(shù)情況下，溫度升高，增溶作用加大。(1)對(duì)于離子型表面活性劑，升高溫度一般會(huì)引起分子熱運(yùn)動(dòng)的加劇，使膠束中能發(fā)生增溶作用的空間加大，對(duì)極性和非極性化合物的增溶程度增加；(2)對(duì)于含聚氧乙烯基的非離子表面活性劑，溫度升高，聚氧乙烯與水分子之間的氫鍵遭到破壞，水化作用減小，膠束容易生成，聚集數(shù)增加。特別是溫度升至接近表面活性劑的濁點(diǎn)時(shí)，膠束聚集數(shù)急劇增加，對(duì)非極性碳?xì)浠衔镆约奥却闊N等的增溶作用有很大的提高。3.1.3增溶作用的主要影響因素4.添加無(wú)機(jī)電解質(zhì)的影響在離子型表面活性劑中添加少量無(wú)機(jī)電解質(zhì)，可增加烴類(lèi)化合物的增溶程度，但卻使極性有機(jī)物的增溶程度減少。如：氯化鈉濃度對(duì)十六烷基氯化吡啶增溶油溶性染料偶氮苯的影響。3.1.3增溶作用的主要影響因素5.有機(jī)添加劑的影響向表面活性劑溶液中添加烴類(lèi)等非極性化合物，會(huì)使其增溶于表面活性劑膠束內(nèi)部，使膠束脹大，有利于極性有機(jī)物插入膠束的“柵欄”中，即提高了極性有機(jī)化合物的增溶程度；

反之，添加極性有機(jī)化合物后，增溶于膠束的“柵欄”中，使非極性碳?xì)浠衔镌鋈艿目臻g變大，增溶量增加。

增溶了一種極性有機(jī)物后，會(huì)使表面活性劑對(duì)另一種極性有機(jī)物的增溶程度降低。3.1.3增溶作用的主要影響因素3.1.4增溶作用的應(yīng)用表面活性劑的增溶作用主要應(yīng)用以下幾個(gè)方面：(1)乳液聚合(2)石油開(kāi)采(3)膠片生產(chǎn)(4)洗滌等第3章表面活性劑的功能與應(yīng)用3.1增溶作用3.2乳化與破乳作用3.3潤(rùn)濕功能3.4起泡和消泡作用3.5洗滌和去污作用3.6分散和絮凝作用3.7表面活性劑的其他功能3.2乳化與破乳作用乳液是指一種或多種液體以液珠形式分散在與它不相混溶的液體中構(gòu)成的分散體系，乳液的液珠直徑一般都大于0.1μm(屬粗分散體)，由于體系呈現(xiàn)乳白色而被稱(chēng)為乳液。通常的乳液有一相是水或水溶液，被稱(chēng)為水相(若為O/W體系，又稱(chēng)外相，連續(xù)相，分散介質(zhì))；另一相是與水不相混溶的有機(jī)相，被稱(chēng)為油相(內(nèi)相，不連續(xù)相，分散相)。3.2乳化與破乳作用微乳液(1959年Schulman等人)當(dāng)油和水與相當(dāng)大量的離子型表面活性劑及助表面活性劑(例如大小適中的醇)一起混合，可自發(fā)地形成透明或半透明的體系，這些體系是非常小的液珠以0／W或W／O的形式形成的分散體，稱(chēng)為微乳液。微乳液的性質(zhì)不同于通常的乳液，其液珠非常小以至于有很低的濁度，一般為透明或半透明的體系。大量的表面活性劑和助表面活性劑的存在使油-水界面張力降至極低，因此微乳液是熱力學(xué)上的穩(wěn)定體系。3.2乳化和破乳作用1.乳狀液(1)概念：

兩種互不混溶的液體，一種液體以微粒(液滴或液晶)形式分散于另一種液體中所形成的體系。(2)組成：分散相、分散介質(zhì)和表面活性劑(乳化劑)。液滴大小對(duì)分散體系外觀的影響液滴大小大滴＞1μm0.1-1μm0.05-0.1μm＜0.05μm外觀可分辨的兩相白色乳狀液藍(lán)白色乳狀液灰色半透明液透明液3.2乳化和破乳作用形成乳狀液的過(guò)程1.乳狀液的類(lèi)型和鑒別乳狀液的類(lèi)型通常有以下三種：(1)水包油型（O/W）

內(nèi)相為油，外相為水，如人乳、牛奶等。(2)油包水型（W/O）

內(nèi)相為水，外相為油，如原油、油性化妝品等。(3)套圈形

由水相和油相一層一層交替分散形成的乳狀液，如：油包水再包油(O/W/O)、水包油再包水(W/O/W)。

這種類(lèi)型的乳狀液較少見(jiàn)，一般存在于原油中，套圈型乳狀液的存在給原油的破乳帶來(lái)了很大的困難。3.2.1乳狀液的類(lèi)型及形成乳狀液的類(lèi)型3.2.1乳狀液的類(lèi)型及形成乳狀液類(lèi)型的鑒別主要有稀釋法、染料法、電導(dǎo)法和濾紙潤(rùn)濕法四種。(1)稀釋法

利用乳狀液能夠與其外相液體混溶的特點(diǎn)，以水或油性液體稀釋乳狀液便可以確定其類(lèi)型。例如，牛奶能夠被水稀釋?zhuān)荒芘c植物油混溶，可見(jiàn)牛奶是O/W型乳液。(2)染料法把少量水溶性染料加入乳狀液中，若整體被染上顏色，表明乳狀液是O/W型。若只有分散的液滴帶色，表明乳狀液是W/O型。如果使用油溶性染料，則情況相反。3.2.1乳狀液的類(lèi)型及形成乳狀液類(lèi)型的鑒別

(3)電導(dǎo)法O/W型乳液的導(dǎo)電性好，W/O型乳液的導(dǎo)電性差，測(cè)定分散體系的導(dǎo)電性即可判斷乳狀液類(lèi)型。(4)濾紙潤(rùn)濕法將一滴乳狀液滴于濾紙上，若液體迅速鋪展，在中心留下油滴，則表明該乳狀液為O/W型；若不能鋪展，則該乳狀液為W/O型。對(duì)于易在濾紙上鋪展油性組分不適用。如：苯、甲苯、環(huán)己烷等。3.2.1乳狀液的類(lèi)型及形成3.2.2表面活性劑的乳化作用關(guān)于微乳液：在乳液形成的過(guò)程中，由于表面活性劑的參與使油-水界面張力大幅度下降，成了穩(wěn)定的乳液。在乳液中仍然存在著油-水界面張力，因此乳液是熱力學(xué)上的不穩(wěn)定體系。而微乳液的油水界面張力低至不可測(cè)，是熱力學(xué)上的穩(wěn)定體系。表面活性劑可以降低油-水界面張力，但由于CMC或溶解度的限制，使界面張力無(wú)法達(dá)到接近于零。添加性質(zhì)完全不同的第二種表面活性劑(如大小適中的醇類(lèi)如戊醇、己醇和庚醇等，被稱(chēng)為助表面活性劑)，就可以使界面張力進(jìn)一步降低至很小，甚至?xí)霈F(xiàn)瞬間的負(fù)值。Gibbs的多組分體系的吸附方程-dγ=∑Γidμi=∑ΓiRTdlnCi如圖所示，隨助表面活性劑增加，CMC減小，且γ降低，甚至可瞬間為負(fù)值(由虛線(xiàn)表示)。那么體系的界面會(huì)自動(dòng)擴(kuò)展，結(jié)果是液珠的細(xì)化，自發(fā)地形成了微乳液。由于界面的擴(kuò)展，被吸附的表面活性劑在界面上的濃度會(huì)降低，使其又變?yōu)檎怠Ｎ⑷橐褐械囊褐橛捎跓徇\(yùn)動(dòng)會(huì)使液珠易于聚結(jié)而變大，一旦變大，則又形成暫時(shí)的負(fù)界面張力，從而又必須使其分散，以擴(kuò)大界面面積，使負(fù)界面張力消除，體系達(dá)于平衡。

微乳液是無(wú)限穩(wěn)定體系。3.2.2表面活性劑的乳化作用3.2.3乳液的物理性質(zhì)乳液的類(lèi)型、珠粒的大小、數(shù)量等是影響其物理性質(zhì)的主要因素。(1)液珠粒徑與光學(xué)性乳液液珠的粒徑大小直接影響乳液的顏色和外觀，通過(guò)乳液的外觀和顏色可以判斷出液珠粒徑的分布范圍。一般情況下，液珠粒徑小于50nm時(shí)，乳液透明，即所謂的超微乳。粒徑在50～100nm之間，為灰色半透明狀態(tài)，而粒徑在100～1000nm之間時(shí)，乳液藍(lán)白色，粒徑大于l000nm時(shí)為乳白色。

乳液是一個(gè)多分散體系，由于分散相和分散介質(zhì)的折射率不同，入射光在液珠表面上可發(fā)生反射、折散和散射現(xiàn)象。一般乳液的液珠粒徑為0.1～10μm，而可見(jiàn)光波長(zhǎng)在0.4～0.6μm之間，所以乳液主要發(fā)生反射現(xiàn)象，呈乳白色。如果液珠的粒徑在0.05～0.1μm，即略小于入射光波長(zhǎng)時(shí)，有散射現(xiàn)象發(fā)生，體系呈半透明狀。當(dāng)液珠的粒徑為0.05μm以下，即遠(yuǎn)小于入射光波長(zhǎng)時(shí)，會(huì)發(fā)生光的透射現(xiàn)象，體系變?yōu)橥该鳡睢?shí)際上當(dāng)乳液粒徑小于0.1μm，體系呈半透明或透明時(shí)為微乳液。3.2.3乳液的物理性質(zhì)(2)乳液的黏度乳液的黏度受乳液內(nèi)外相的黏度、內(nèi)相的體積分?jǐn)?shù)、液珠的粒徑及乳化劑的性質(zhì)等的影響。當(dāng)內(nèi)相的相體積分?jǐn)?shù)小于50％時(shí)，乳液的黏度可應(yīng)用Einstein公式描述：

η=η0(1+2.5Φ)

η，η0--分別為乳液及分散介質(zhì)的黏度；

Φ--為分散相的體積分?jǐn)?shù)

3.2.3乳液的物理性質(zhì)應(yīng)用Einstein公式來(lái)描述乳液體系的黏度時(shí)，該公式存在一定偏差，在實(shí)際應(yīng)用中還需考慮以下因素，如分散粒子和球形對(duì)比的偏差、分散介質(zhì)是否連續(xù)、粒子的剛性、粒子是否完全被溶劑所潤(rùn)濕、分散相的含量多少、粒子間有無(wú)相互作用、體系是否處于層流狀態(tài)、有沒(méi)有湍流等。在內(nèi)相體積分?jǐn)?shù)大于50％以上時(shí)，應(yīng)用該公式時(shí)偏差會(huì)更大。此外，液珠的粒徑分布對(duì)乳液的黏度也有影響，特別是乳化劑的性質(zhì)對(duì)乳液黏度的影響會(huì)更大。因?yàn)椴煌娜榛瘎┧纬傻慕缑婺び胁煌慕缑媪鲃?dòng)性。3.2.3乳液的物理性質(zhì)(3)乳液的電性質(zhì)乳液的電性質(zhì)主要研究其導(dǎo)電性，其中，0／W型乳液的導(dǎo)電性好于W／O型。乳液的導(dǎo)電性主要取決于連續(xù)相的導(dǎo)電性，因?yàn)?／W型乳液的連續(xù)相為水而W／O型乳液的連續(xù)相為油，水的導(dǎo)電性?xún)?yōu)于油，所以，O／W型乳液的導(dǎo)電性?xún)?yōu)于W／O型。另外，乳液的電性質(zhì)還有液珠的電泳。液珠的帶電性主要取決于乳化劑的類(lèi)型，對(duì)于O／W型乳液，乳化劑為離子型表面活性劑時(shí)，疏水基伸入油相，離子頭伸入水相而定向排列于界面上。乳化劑為陰離子型表面活性劑時(shí)，則油珠帶負(fù)電荷，在電場(chǎng)中油珠向正極移動(dòng)。乳化劑為陽(yáng)離子型表面活性劑，油珠帶正電荷，在電場(chǎng)中油珠向負(fù)極移動(dòng)。3.2.3乳液的物理性質(zhì)3.2.4影響乳狀液類(lèi)型的主要因素（1）相體積（2）乳化劑的分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)（3）乳化器的材質(zhì)（4）兩相的聚結(jié)速度(1)相體積-(

Ostwald從幾何學(xué)的角度提出)假設(shè)乳液的液珠是大小相同的圓球且圓球?yàn)閯傂?，在最緊密堆積時(shí)，液珠相的體積占總體積的74.02％。若液珠的相體積分?jǐn)?shù)大于74.02％，乳液就會(huì)發(fā)生變型或破壞。3.2.4影響乳狀液類(lèi)型的主要因素對(duì)于O/W型乳液，若油的相體積分?jǐn)?shù)大于74.02％，乳液只能形成W/O型。對(duì)于W/O型乳液，若油的相體積分?jǐn)?shù)少于25.98％時(shí)，就只能形成O/W型。若油的相體積分?jǐn)?shù)在25.98％—74.02％時(shí)，則可能形成0/W型或W/0型中的一種。事實(shí)上，乳液的液珠并非大小相等，也并非剛性，而是大小不相等且在高濃度時(shí)可發(fā)生形變甚至呈多面體，因此液珠的相體積分?jǐn)?shù)可超過(guò)74.O2％。例如：石蠟油-水體系，石蠟油的相體積分?jǐn)?shù)可高達(dá)99％，油珠實(shí)際上只被一層薄薄的水膜隔開(kāi)，仍是O/W乳液。3.2.4影響乳狀液類(lèi)型的主要因素(2)乳化劑的分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)-楔型理論楔型理論是以乳化劑的空間結(jié)構(gòu)為出發(fā)點(diǎn)來(lái)確定乳化液的類(lèi)型的。該理論認(rèn)為:

乳化劑的親水基和疏水基的橫截面積不相等，把乳化劑的分子看做一頭大、一頭小的楔子，乳化劑橫截面積小的一頭．可以像楔子一樣插入液珠表面，在油水界面上作定向排列，親水的極性頭伸入水相而親油的碳?xì)滏渼t伸入油相。3.2.4影響乳狀液類(lèi)型的主要因素對(duì)于一價(jià)的金屬皂，易生成O/W型的乳液。對(duì)于二價(jià)的金屬皂，則易生成W/O型乳液。一價(jià)金屬皂極性頭的橫截面積大于親油的碳?xì)滏湹臋M截面積，因而親水的極性頭伸進(jìn)水相作為外相，親油的碳?xì)滏溕烊胗拖嘧鳛閮?nèi)相，形成0/W型的乳液，如圖(a)所示。3.2.4影響乳狀液類(lèi)型的主要因素二價(jià)金屬皂的親油基由兩個(gè)碳?xì)滏溄M成，親油基的橫截面積大于其極性頭的橫截面積，因此，親油基伸進(jìn)油相作為外相，極性基伸入水相作為內(nèi)相，形成W/O型乳液，如圖(b)所示。3.2.4影響乳狀液類(lèi)型的主要因素楔型理論也存在與實(shí)際不符之處以一價(jià)的銀鹽為乳化劑形成的是W/O型乳液，而不是O/W型乳液。R-COONa、R-COOK的極性頭的橫截面積小于碳?xì)滏湹臋M截面積，作為乳化劑卻能夠形成O/W型乳液。3.2.4影響乳狀液類(lèi)型的主要因素(3)乳化劑的親水性和溶解度的影響易溶于水的乳化劑有助于形成O/W型乳狀液，易溶于油的乳化劑有助于形成W/O型乳狀液。Bancroft提出，油、水兩相中對(duì)乳化劑溶解度大的一相將成為外相，即分散介質(zhì)。(具有較大的普遍性)乳化劑在某相中的溶解度越大，表示二者的相容性越好，表面張力越低，體系的穩(wěn)定性也越好。鈉鹽和鉀鹽在水中的溶解度較大，是良好的O/W型乳液的乳化劑；銀鹽乳化劑雖然極性頭截面積大于碳?xì)滏溄孛娣e，但因水溶性較小，通常只能形成W/O型乳狀液。3.2.4影響乳狀液類(lèi)型的主要因素(4)乳化器材質(zhì)對(duì)乳液類(lèi)型的影響器壁的親水親油性對(duì)形成乳液類(lèi)型的影響

器壁親水性強(qiáng)時(shí)易形成O/W型乳狀液，而器壁親油性強(qiáng)則易形成W/O型乳液。

原因：液體在器壁上需保持一層連續(xù)相，從而使攪拌時(shí)不易被分散而成為液珠。乳化劑的濃度對(duì)形成乳液類(lèi)型的影響

當(dāng)乳化劑濃度大到足以克服乳化器材質(zhì)的潤(rùn)濕性質(zhì)所帶來(lái)的影響時(shí)，所形成乳液的類(lèi)型只取決于乳化劑自身的性質(zhì)而與器壁的親水親油性無(wú)關(guān)。3.2.4影響乳狀液類(lèi)型的主要因素(4)兩相的聚結(jié)速度理論(1957年由Davies提出)聚結(jié)速度理論從組成乳狀液的兩種液滴的聚結(jié)速度對(duì)乳狀液的影響出發(fā)，判斷乳狀液的類(lèi)型。認(rèn)為：在乳化劑、油、水一起搖蕩時(shí)，油相與水相都破裂成液滴，最終成為何種乳液取決于兩類(lèi)液滴的聚結(jié)速度。液滴的聚結(jié)速度與乳化劑的親水親油性有很大的關(guān)系，當(dāng)乳化劑的親水性較強(qiáng)時(shí)，親水部分對(duì)油滴的聚集有較大的阻礙作用，使油滴的聚結(jié)速度減慢，而水滴的聚結(jié)速度大于油滴的聚結(jié)速度，最終使水成為連續(xù)相，形成O/W型乳狀液。反之形成W/O型乳狀液。3.2.4影響乳狀液類(lèi)型的主要因素3.2.5影響乳狀液穩(wěn)定性的因素1）表面張力2）界面膜的性質(zhì)3）界面電荷4）乳狀液分散介質(zhì)的黏度5）固體粉末的加入3.2.5影響乳狀液穩(wěn)定性的因素1）表面張力乳液中油-水的高度分散使體系具有巨大的油-水界面，因而是熱力學(xué)上的不穩(wěn)定體系。為了降低體系的能量，液滴間有自發(fā)并聚的傾向，因此低油--水界面張力有助于體系的穩(wěn)定。3.2.5影響乳狀液穩(wěn)定性的因素2）界面膜的性質(zhì)在乳狀液體系中，低界面張力有利于乳液的穩(wěn)定，但不是惟一因素。有的小分子有機(jī)物與水的界面張力很低，卻不能形成穩(wěn)定的乳液，如戊醇。而有些高分子化合物它們不能有效地降低油水界面張力，卻有很強(qiáng)的乳化力，能使油水形成穩(wěn)定的乳液，例如羧甲基纖維素和羧甲基淀粉的鈉鹽。其原因是高分子化合物能吸附于油--水界面上形成結(jié)實(shí)的界面膜而阻止了液滴間并聚。高分子化合物能吸附于油—水界面，能形成結(jié)實(shí)的界面膜而阻止了液滴間聚結(jié)的結(jié)果；界面膜的強(qiáng)度和密度程度是決定乳狀液穩(wěn)定性的重要因素之一。3.2.5影響乳狀液穩(wěn)定性的因素為了得到高強(qiáng)度的界面膜和穩(wěn)定的乳狀液，應(yīng)當(dāng)注意以下兩方面：(1)使用足量的乳化劑，保證有足夠的乳化劑分子吸附于油—水界面上，形成高強(qiáng)度的界面膜。(2)選擇適宜分子結(jié)構(gòu)的乳化劑，通常直鏈型乳化劑分子在界面上的排列比帶有支鏈的乳化劑更為緊密，界面膜更加致密，有利于乳狀液的穩(wěn)定。3）界面電荷乳液的液珠帶一定量的電荷，主要來(lái)源于所使用的離子型乳化劑在水相中電離產(chǎn)生的乳化劑離子在液珠表面的吸附。這些離子型乳化劑的疏水碳?xì)滏溕烊胗拖啵x子頭伸入水相并吸附于油-水界面上，使形成的O／W型乳液中的油珠帶電。3.2.5影響乳狀液穩(wěn)定性的因素3）界面電荷乳化劑為陰離子表面活性劑則油珠帶負(fù)電荷，乳化劑為陽(yáng)離子型表面活性劑則油珠帶正電荷。在帶電的油珠周?chē)€會(huì)有反離子呈擴(kuò)散的狀態(tài)分布，形成類(lèi)似Stern模型的擴(kuò)散雙電層，如圖所示。由于雙電層上電荷的相互排斥，使油珠之間不易接近，阻止了油珠的聚結(jié)。3.2.5影響乳狀液穩(wěn)定性的因素非離子型乳化劑穩(wěn)定的乳液，液珠與介質(zhì)摩擦而產(chǎn)生電荷。乳滴表面電荷的符號(hào)與兩相的介電常數(shù)有關(guān)，介電常數(shù)大的相帶正電荷，介電常數(shù)小的相帶負(fù)電荷。一般O/W型乳液中的油珠帶負(fù)電荷，而W/O型乳液中的水珠帶正電荷。由于液珠在相互靠近時(shí)就產(chǎn)生電斥力，防止了液滴聚結(jié)，使乳液更加穩(wěn)定。對(duì)于非離子表面活性劑，起穩(wěn)定作用的主要是親水的聚氧乙烯鏈水化后所形成的水化聚氧乙烯的空間位阻作用，這一作用阻止油珠間的聚結(jié)而使乳液穩(wěn)定。3.2.5影響乳狀液穩(wěn)定性的因素4）乳狀液分散介質(zhì)的黏度根據(jù)Stocks的沉降速度公式，液滴的運(yùn)動(dòng)速度v可表示為

r為分散相液滴半徑；ρ1為分散相的密度；ρ2為分散介質(zhì)的密度；η為分散介質(zhì)的黏度。分散介質(zhì)的黏度η

越大，液滴布朗運(yùn)動(dòng)的速度v越慢，減少了液滴之間相互碰撞的概率，有利于乳狀液的穩(wěn)定。常常在乳狀液中加入高分子化合物或其他能溶于分散介質(zhì)的增稠劑，以提高乳狀液的穩(wěn)定性。3.2.5影響乳狀液穩(wěn)定性的因素5）固體粉末的加入在乳狀液中加入適當(dāng)?shù)墓腆w粉末，對(duì)乳狀液也能起到穩(wěn)定作用。如圖，固體粉末只有處于油--水界面時(shí)才能起到穩(wěn)定乳液的作用，這要求它既能被水潤(rùn)濕，又能被油潤(rùn)濕，否則不能排列在液滴表面。聚集于油水界面的固體粉末增加了界面膜的機(jī)械強(qiáng)度，而且，固體粉末排列得越緊密，乳狀液越穩(wěn)定。苯與水的乳化過(guò)程：CaCO3、SiO2、Fe(OH)3等對(duì)O/W型乳液有穩(wěn)定作用；炭黑、松香等對(duì)W/O型乳液有穩(wěn)定作用。3.2.5影響乳狀液穩(wěn)定性的因素固體粉末對(duì)乳狀液的穩(wěn)定作用3.2.6乳化劑及其選擇依據(jù)乳化劑主要分為四大類(lèi)：

表面活性劑、高分子化合物、天然化合物、固體粉末表面活性劑類(lèi)乳化劑主要是：

陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑陰離子表面活性劑包括：

羧酸鹽、磺酸鹽、硫酸鹽、磷酸酯鹽，等非離子表面活性劑包括：

聚醚型、Span(脂肪酸失水山梨醇酯)、Tween(聚氧乙烯化脂肪酸失水山梨醇酯)，等乳化劑的常用選擇方法：

親水親油平衡值(HLB)法相轉(zhuǎn)變溫度(PIT)法(phaseinversiontemperature)1）HLB法:

每個(gè)乳化體系都可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定其最為適宜的乳化劑的HLB值，根據(jù)此HLB值可以確定乳化劑的種類(lèi)和比例。此方法易掌握且使用方便，但不能表明表面活性劑的乳化效率和能力，同時(shí)沒(méi)有考慮分散介質(zhì)及溫度等因素對(duì)乳狀液穩(wěn)定性的影響。3.2.6乳化劑及其選擇依據(jù)2）PIT法：

相轉(zhuǎn)變溫度(PIT)：

指在某一定的體系中，表面活性劑的親水、親油性質(zhì)達(dá)到平衡時(shí)的溫度。PIT的確定方法:

在等量的油和水中加入3%～5%的表面活性劑，配成O/W型乳狀液，在不斷攪拌和振蕩下緩慢加熱升溫，當(dāng)乳狀液由O/W型轉(zhuǎn)變成W/O型時(shí)的溫度即為此體系的相轉(zhuǎn)變溫度，即PIT。PIT與乳化劑的分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)密切相關(guān)，與HLB值也有一定的關(guān)系。用PIT確定乳化劑的方法充分考慮了溫度對(duì)乳狀液的影響。3.2.6乳化劑及其選擇依據(jù)乳狀液存在巨大的相界面，是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，最終要破壞。乳狀液的破壞分為三種方式：

分層、變型、破乳。乳狀液的分層：是指由于分散相和分散介質(zhì)的密度不同，在重力或其它外力的作用下，分散相液滴上升或下降的現(xiàn)象。變型：是指乳狀液從一種類(lèi)型變?yōu)榱硪环N類(lèi)型。破乳：是指乳狀液完全被破壞，發(fā)生油水分層的現(xiàn)象,破乳有機(jī)械法、物理法和化學(xué)法等方法。3.2.7乳狀液的破乳能夠使乳狀液破乳的表面活性劑被稱(chēng)為破乳劑，使用破乳劑是重要的破乳方法之一，其基本原理可以從以下幾個(gè)方面說(shuō)明。(1)頂替作用，破乳劑本身具有較低的表面張力和很高的表面活性，容易吸附于油--水界面上，將原來(lái)的乳化劑頂替下來(lái)，而破乳劑不能形成高強(qiáng)度的界面膜,在加熱或機(jī)械攪拌下，界面膜被破壞而破乳。(2)潤(rùn)濕作用，在以固體粉末為乳化劑的乳狀液中，加入潤(rùn)濕性能良好的潤(rùn)濕劑，改變固體粉末的親水親油性，使固體粉末從兩相界面上進(jìn)入水相或油相，降低乳狀液的穩(wěn)定性。3.2.7乳狀液的破乳(3)絮凝--聚結(jié)作用，分子量較大的非離子表面活性劑在加熱和攪拌下能引起細(xì)小的液滴絮凝、聚結(jié)，最終導(dǎo)致兩相分離。(4)破壞界面膜，在加熱或攪拌條件下，破乳劑可能吸附于兩相界面上，使界面膜發(fā)生褶皺和變形，也可能因碰撞將界面膜擊破，使乳狀液穩(wěn)定性大大降低，發(fā)生絮凝。破乳劑的種類(lèi)主要包括：陰離子型、非離子型和陽(yáng)離子型。3.2.7乳狀液的破乳乳狀液在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人們的日常生活具有十分廣泛的應(yīng)用，如農(nóng)藥配劑、原油開(kāi)采、紡織制革、食品、醫(yī)藥及日常用品等方面。3.2.8乳化和破乳的應(yīng)用(1)在農(nóng)藥的制劑加工中的應(yīng)用目前，廣泛使用的農(nóng)藥制劑為乳狀液(如：可溶解性乳狀液、O/W型乳狀液、濃乳狀液)，因此，在農(nóng)藥制劑加工中常遇到分散問(wèn)題。乳化劑的主要作用：穩(wěn)定乳液，賦予乳狀液的鋪展、潤(rùn)濕和滲透性能。3.2.8乳化和破乳的應(yīng)用(2)在金屬加工中的應(yīng)用在金屬切削加工中，刀具在切削金屬時(shí)會(huì)發(fā)生變形，同時(shí)刀具與工件之間不斷摩擦而產(chǎn)生的切削力和切削溫度，嚴(yán)重影響刀具的壽命、切削效率及工作的質(zhì)量。切削液的主要作用：冷卻作用—降低穩(wěn)切削溫度；

減少切削力—潤(rùn)濕作用；

清洗作用—去除切屑。切削液的種類(lèi)：主要為O/W乳狀液，有礦物油、表面活性劑、防銹劑、防蝕劑、其他添加劑。表面活性劑的作用：

乳化作用，常用陰離子和非離子表面活性劑3.2.8乳化和破乳的應(yīng)用(3)在化妝品中的應(yīng)用化妝品有多種劑型，但以乳狀液為主。使用的乳化劑有：合成乳化劑、天然乳化劑和固體粉末乳化劑。其中非離子表面活性劑使用最廣泛。(4)乳化瀝青乳化瀝青--將細(xì)微的瀝青顆粒分散在水中。乳化劑起到防止瀝青顆粒絮凝和聚結(jié)。乳化劑常用陰離子和陽(yáng)離子表面活性劑。3.2.8乳化和破乳的應(yīng)用(5)在石油開(kāi)采中的應(yīng)用在石油采收的過(guò)程中，為了提高采收率，各種化學(xué)驅(qū)油劑的使用，使采出液的成分變得越來(lái)越復(fù)雜，從油層中采出的不僅僅是地層中的原油，而且是成分較為復(fù)雜、很穩(wěn)定的乳狀液。在許多油田，采出液已不是單一的W/O型乳狀液，而是W/O和O/W兩種乳狀液共存的多重乳液，而且O/W乳狀液的比例越來(lái)越高。原油中含有的水中又溶有鹽分和其他雜質(zhì)，會(huì)加大輸送管線(xiàn)及設(shè)備的負(fù)荷，對(duì)輸油管線(xiàn)、油罐及其他設(shè)備也會(huì)造成腐蝕。如原油中水分不能脫除，污水中含油較多，也會(huì)造成環(huán)境污染。另外，石油的精煉前都需要將乳狀液破乳，將原油從水中分離出來(lái)。3.2.8乳化和破乳的應(yīng)用第3章表面活性劑的功能與應(yīng)用3.1表面活性劑的增溶作用3.2表面活性劑的乳化與破乳作用3.3表面活性劑的潤(rùn)濕功能3.4表面活性劑的起泡和消泡作用3.5表面活性劑的洗滌和去污作用3.6表面活性劑的分散和絮凝作用3.7表面活性劑的其他功能1.基本概念潤(rùn)濕：固體表面上的氣體被液體取代的過(guò)程。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(guò)程。3.3表面活性劑的潤(rùn)濕功能潤(rùn)濕分類(lèi)：按潤(rùn)濕程度的深淺或潤(rùn)濕性能的優(yōu)劣可分為—

沾濕(圖a)、浸濕(圖b)、鋪展(圖c)如圖所示為液體對(duì)固體的潤(rùn)濕過(guò)程。3.3.1潤(rùn)濕過(guò)程(1)沾濕沾濕過(guò)程是當(dāng)液體與固體接觸后，將氣-液和氣-固界面變?yōu)楣?液界面的過(guò)程。沾濕過(guò)程是氣-固和氣-液界面消失，形成液-固界面的過(guò)程。單位面積上沾濕過(guò)程的吉布斯函數(shù)變?yōu)椋喝粽礉襁^(guò)程為自發(fā)的，則有即或3.3.1潤(rùn)濕過(guò)程大氣中的露珠附著在植物的葉片上，雨滴粘附在塑料雨衣上等，均是沾濕過(guò)程。3.3.1潤(rùn)濕過(guò)程(2)浸濕浸濕是將固體浸入液體，氣-固界面完全被液-固界面取代的過(guò)程。恒溫恒壓下，單位面積上浸濕過(guò)程的吉布斯函數(shù)變?yōu)椋喝艚襁^(guò)程為自發(fā)的，則有即或3.3.1潤(rùn)濕過(guò)程(3)鋪展鋪展是少量液體在固體表面上自動(dòng)展開(kāi)，形成一層薄膜的過(guò)程。它實(shí)際是液-固界面取代氣-固界面，同時(shí)又增大氣-液界面的過(guò)程。若少量液體在鋪展前以小液滴存在的表面積與其鋪展后的面積相比可忽略不計(jì)時(shí)，在一定的T、p下，單位面積上鋪展過(guò)程的吉布斯函數(shù)變?yōu)椋喝翡佌惯^(guò)程為自發(fā)的，則有則或3.3.1潤(rùn)濕過(guò)程若沾濕過(guò)程為自發(fā)，需滿(mǎn)足若浸濕過(guò)程為自發(fā)，需滿(mǎn)足若鋪展過(guò)程為自發(fā)，需滿(mǎn)足從三種潤(rùn)濕過(guò)程產(chǎn)生的條件可以看出：(1)對(duì)于同一體系，如果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。(2)從潤(rùn)濕方程可以看出，固體表面自由能γSG越大，液體表面張力γLG越小，對(duì)潤(rùn)濕越有利。3.3.1潤(rùn)濕過(guò)程2.接觸角θ與T.Young方程(潤(rùn)濕方程)(1)接觸角當(dāng)潤(rùn)濕過(guò)程達(dá)平衡時(shí)，在氣，液，固三相交界處，自固-液界面經(jīng)過(guò)液體內(nèi)部到氣-液界面的夾角稱(chēng)為接觸角,即圖中角θ。3.3.1潤(rùn)濕過(guò)程(2)T.Young方程(潤(rùn)濕方程)將液體滴于固體表面，液體有可能鋪展，也可能形成液滴停留在固體表面。接觸角θ與固-液界面張力γSL、固-氣表面張力γSG和液-氣表面張力γLG的關(guān)系可表示為：此即T.Young方程(潤(rùn)濕方程)3.3.1潤(rùn)濕過(guò)程從潤(rùn)濕方程可以看出，固體表面自由能γSG

越大，液體表面張力γLG

越小，對(duì)潤(rùn)濕越有利。(2)T.Young方程(潤(rùn)濕方程)將接觸角θ和潤(rùn)濕方程用于Wa、Wi、S的表達(dá)式中，則有3.3.1潤(rùn)濕過(guò)程從潤(rùn)濕方程可以看出，接觸角θ越小，潤(rùn)濕性能越好，反之，潤(rùn)濕性能接觸角θ較差。因此，可以用接觸角的大小作為潤(rùn)濕過(guò)程的判據(jù)。(3)潤(rùn)濕程度判斷可根據(jù)接觸角θ的大小判斷潤(rùn)濕程度θ=0°或不存在鋪展過(guò)程θ＜９０°浸濕過(guò)程θ＜１８０°沾濕過(guò)程θ＝１８０°完全不潤(rùn)濕接觸角越小，液體的潤(rùn)濕性越好。3.3.1潤(rùn)濕過(guò)程一般而言，θ

<９０°為可以潤(rùn)濕；θ

>９０°為不可潤(rùn)濕。表面活性劑的潤(rùn)濕作用主要表現(xiàn)在兩方面（1）在固體表面發(fā)生定向吸附（2）提高液體的潤(rùn)濕能力3.3.2表面活性劑的潤(rùn)濕作用3.3.2表面活性劑的潤(rùn)濕作用（1）在固體表面發(fā)生定向吸附在高能表面，表面活性劑以極性基團(tuán)朝向固體，非極性基團(tuán)朝向氣體吸附于固體表面，形成定向排列的吸附層，使自由能較高的固體表面被碳?xì)滏湼采w而轉(zhuǎn)化為低能表面，達(dá)到改變潤(rùn)濕性能的目的。3.3.2表面活性劑的潤(rùn)濕作用如：月桂酸鉀在云母表面的吸附--防水劑云母為硅酸鹽礦物，表面自由能較高，水可以在其上鋪展；

把云母浸入月桂酸鉀溶液中，當(dāng)溶液濃度接近CMC時(shí)，云母表面變?yōu)槭杷砻?，水不能在其上鋪展，月桂酸鉀陰離子在云母表面的分布如圖a所示；

當(dāng)溶液濃度大于CMC時(shí)，云母表面又變?yōu)橛H水表面，水可以在其上鋪展，月桂酸鉀陰離子在云母表面的分布如圖b所示。3.3.2表面活性劑的潤(rùn)濕作用（2）提高液體的潤(rùn)濕能力--潤(rùn)濕劑水在低能固體表面不能鋪展，為改善體系的潤(rùn)濕性質(zhì)，常在水中加入表面活性劑，降低水的表面張力γLG，使水能潤(rùn)濕固體表面，使其在固體表面發(fā)生鋪展。潤(rùn)濕劑:能使液體潤(rùn)濕或加速固體表面潤(rùn)濕的表面活性劑。作為潤(rùn)濕劑的表面活性劑在結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上應(yīng)滿(mǎn)足：(1)分子結(jié)構(gòu)一種好的潤(rùn)濕劑碳?xì)滏溨袘?yīng)具有分支結(jié)構(gòu)，且親水基位于長(zhǎng)碳鏈的中部。如：琥珀酸二異辛酯磺酸鈉，即為性能優(yōu)異的潤(rùn)濕劑。(2)性質(zhì)

潤(rùn)濕劑不僅應(yīng)具有較高的表面活性，還應(yīng)當(dāng)擁有良好的擴(kuò)散和滲透性，能迅速的滲入固體顆粒的縫隙間或孔性固體的內(nèi)表面并發(fā)生吸附。3.3.3潤(rùn)濕劑目前，潤(rùn)濕劑主要是陰離子和非離子型表面活性劑。（1）陰離子型潤(rùn)濕劑①磺酸鹽型烷基苯磺酸鹽(LAS)，如：十二烷基苯磺酸鈉α—烯烴磺酸鹽(AOS)，如：α-十二烯基磺酸鈉琥珀酸酯磺酸鹽，如：

琥珀酸二異辛酯磺酸鈉(AerosolOT)高級(jí)脂肪酰胺磺酸鹽，如：N-油?；?N-甲基?；撬徕c(IgeponT)烷基磺酸鹽(SAS)，如：十六烷基磺酸鈉3.3.3潤(rùn)濕劑②硫酸酯鹽月桂醇硫酸鈉(C12H25OS3Na)，蓖麻油酸丁酯硫酸鈉③羧酸鹽硬脂酸鈉，月桂酸鈉④磷酸酯(以磷酸單酯為主)壬基酚聚氧乙烯醚磷酸酯3.3.3潤(rùn)濕劑（2）非離子型潤(rùn)濕劑①烷基酚聚氧乙烯醚②脂肪醇聚氧乙烯醚③失水山梨醇聚氧乙烯醚單硬脂酸酯④聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物3.3.3潤(rùn)濕劑（1）礦物的泡沫浮選（2）金屬的防銹與緩蝕（3）織物的防水防油處理（4）在農(nóng)藥中的應(yīng)用3.3.4表面活性劑在潤(rùn)濕方面的應(yīng)用3.3.4表面活性劑在潤(rùn)濕方面的應(yīng)用（1）礦物的泡沫浮選浮選法的基本原理：是借助氣泡的浮力來(lái)浮游礦石，實(shí)現(xiàn)礦石與脈石分離的選礦技術(shù)。也稱(chēng)為固-固分離浮選。浮選劑組成：捕集劑、發(fā)泡劑、調(diào)整劑調(diào)整劑：包括活化劑、抑制劑、pH調(diào)整劑、絮凝劑、分散劑等。捕集劑和發(fā)泡劑主要是各種類(lèi)型的表面活性劑。3.3.4表面活性劑在潤(rùn)濕方面的應(yīng)用礦物浮選過(guò)程涉及氣、液、固三相。捕集劑的作用以親水基吸附于礦粉表面，疏水基進(jìn)入水相，礦粉的高能表面被疏水的碳?xì)滏溞纬傻牡湍鼙砻嫠?，有力逃離水包圍的趨勢(shì)，如圖a所示。發(fā)泡劑的作用：向礦粉懸浮液中加入發(fā)泡劑并通入空氣，產(chǎn)生氣泡，發(fā)泡劑的兩親分子會(huì)在氣-液界面作定向排列，將疏水基伸入氣泡內(nèi)，而親水基的極性頭留在水中，在氣-液界面形成單分子膜并使氣泡穩(wěn)定。3.3.4表面活性劑在潤(rùn)濕方面的應(yīng)用泡沫浮選：吸附了捕集劑的礦粉由于表面疏水，會(huì)向氣--液界面遷移與氣泡發(fā)生“鎖合”效應(yīng)。即礦粉表面的捕集劑會(huì)以疏水的碳?xì)滏湶迦霘馀輧?nèi)。也就是說(shuō)，在鎖合過(guò)程中，由發(fā)泡劑吸附在氣--液界面上形成的單分子膜和捕集劑吸附在固--液界面上的單分子膜可以互相穿透，形成氣-液-固三相穩(wěn)定的接觸，將礦粉吸附在氣泡上，如圖b所示。于是，依靠氣泡的浮力把礦粉帶到水面上，達(dá)到選礦目的。3.3.4表面活性劑在潤(rùn)濕方面的應(yīng)用礦物浮選示意圖3.3.4表面活性劑在潤(rùn)濕方面的應(yīng)用方鉛礦浮選原理示浮選設(shè)備3.3.4表面活性劑在潤(rùn)濕方面的應(yīng)用（2）金屬的防銹與緩蝕金屬防銹常使用油溶性緩蝕劑，在金屬防銹油中加有油溶性緩蝕劑。油溶性緩蝕劑的緩蝕原理：3.3.4表面活性劑在潤(rùn)濕方面的應(yīng)用3.3.4表面活性劑在潤(rùn)濕方面的應(yīng)用將帶有水膜的金屬試片浸入含有某些緩蝕劑的礦物油中，水膜會(huì)被油膜取代，油膜黏附于金屬表面，對(duì)金屬起到保護(hù)作用。油溶性緩蝕劑的水膜置換原理：3.3.4表面活性劑在潤(rùn)濕方面的應(yīng)用（3）織物的防水防油處理織物的防水處理：將織物用防水劑進(jìn)行處理，可使處理后的纖維表面變得疏水，不易被水潤(rùn)濕，具有防水性。如，使用防水劑Zelan，可與纖維素纖維的羥基反應(yīng)生成醚鍵，使纖維具有持久性防水效果。如，有機(jī)硅聚合物防水劑，即保持纖維表面具有疏水性，又保持一定的透氣性。3.3.4表面活性劑在潤(rùn)濕方面的應(yīng)用（3）織物的防水防油處理織物的防油處理：織物的防油處理主要使用碳氟表面活性劑，在織物表面形成充填-CF3基團(tuán)的表面層，可使織物的臨界表面張力顯著低于油的表面張力，不易被油潤(rùn)濕。3.3.4表面活性劑在潤(rùn)濕方面的應(yīng)用（4）在農(nóng)藥中的應(yīng)用許多植物、害蟲(chóng)和雜草表面常覆蓋一層低表面能的疏水蠟質(zhì)層這使其表面不易被水和藥液潤(rùn)濕。第3章表面活性劑的功能與應(yīng)用3.1表面活性劑的增溶作用3.2表面活性劑的乳化與破乳作用3.3表面活性劑的潤(rùn)濕功能3.4表面活性劑的起泡和消泡作用3.5表面活性劑的洗滌和去污作用3.6表面活性劑的分散和絮凝作用3.7表面活性劑的其他功能1.基本概念(1)分散體系分散作用—把一種物質(zhì)分散于另一種物質(zhì)中以形成分散體系的作用。3.4.1泡沫的性質(zhì)分散介質(zhì)分散相體系名稱(chēng)氣液霧(氣溶膠)氣固煙(氣溶膠)液氣泡沫液液乳狀液液固分散體(懸浮體)固氣固體泡沫固液固體乳狀液固固固體懸浮體分散體系是由分散相和分散介質(zhì)構(gòu)成的。分散相及分散介質(zhì)可以是氣體、液體或固體。分散體系分類(lèi)—非均相的分散體系，以分散相粒子大小不同，可形成性質(zhì)不同、名稱(chēng)各異的體系。WoOstward依據(jù)質(zhì)點(diǎn)大小的分類(lèi)：

①粗分散體系：質(zhì)點(diǎn)大于0.5μm，質(zhì)點(diǎn)不能通過(guò)濾紙②膠體分散體系：質(zhì)點(diǎn)大小在1～500nm間，質(zhì)點(diǎn)可以通過(guò)濾紙，但不能通過(guò)半透膜。若分散相為疏液性固體，又稱(chēng)為疏液膠體或溶膠。③分子分散溶液：質(zhì)點(diǎn)小于1nm，質(zhì)點(diǎn)可以通過(guò)濾紙和半透膜。3.4.1泡沫的性質(zhì)(2)泡沫及其類(lèi)型泡沫--指氣體分散在液體中的分散體系。

氣體是分散相，液體是分散介質(zhì)。泡沫的類(lèi)型--稀泡沫、濃泡沫。稀泡沫—指氣體分子以小的球形均勻分布在較粘稠的液體中，氣泡周?chē)囊耗ぽ^厚。3.4.1泡沫的性質(zhì)由于氣泡之間相距較遠(yuǎn)，彼此之間的相互影響可忽略不計(jì)。由于表面張力的作用，每個(gè)單獨(dú)存在的氣泡都呈圓球形。濃泡沫（多面體泡沫、泡沫）—?dú)怏w占的體積分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)大于液體，液體的黏度較小，氣泡可以容易地上升到液體表面，許多泡沫相互聚集在一起氣泡之間被很薄的液膜隔開(kāi)，形成一個(gè)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。3.4.1泡沫的性質(zhì)各個(gè)被液膜包圍的氣泡為了保持壓力的平衡，變成了多面體形狀。由于表面張力和重力的共同影響，氣泡往往不能保持圓球狀，而是大小不等、形狀各異。因此又稱(chēng)多面體泡沫。通常所說(shuō)的泡沫指的是濃泡沫。按泡沫的壽命分類(lèi):短暫泡沫—幾秒鐘；

持久性泡沫—幾天按產(chǎn)生泡沫的力和破泡力之間的平衡分類(lèi):不穩(wěn)定性泡沫—不斷接近平衡狀態(tài)；穩(wěn)定性泡沫--平衡過(guò)程受阻按聚集狀態(tài)分類(lèi):稀泡(氣泡分散體)—液多氣少；泡沫—?dú)舛嘁荷?3)泡沫的分類(lèi)3.4.1泡沫的性質(zhì)(4)泡沫產(chǎn)生的條件氣液接觸—必要非充分條件泡沫是氣體在液體中的分散體，只有當(dāng)氣體與液體連續(xù)、充分接觸時(shí)，才有可能產(chǎn)生泡沫。發(fā)泡速度高于破泡速度--純凈水中產(chǎn)生的泡的壽命大約在0.5s之內(nèi)，只能瞬間存在，只能出現(xiàn)單泡，不可能得到穩(wěn)定的泡沫。表面活性劑可使發(fā)泡變得容易，而且可使發(fā)泡速度超過(guò)破跑速度。水中加入少量的表面活性劑，再向水中充氣，可得到穩(wěn)定的泡沫。3.4.1泡沫的性質(zhì)氣泡在純水和表面活性劑溶液中上升的情況3.4.1泡沫的性質(zhì)(1)液面的曲率—描述液面彎曲的特性曲面上任何點(diǎn)的曲率為曲面在此點(diǎn)的一對(duì)正交法平面與該曲面截口的曲率的平均值。如圖b曲面的曲率。曲線(xiàn)在任何點(diǎn)的曲率則用它的法線(xiàn)與坐標(biāo)軸的交角隨線(xiàn)長(zhǎng)的改變率dα/dS來(lái)度量。如圖a曲線(xiàn)的曲率。3.4.1泡沫的性質(zhì)2.彎曲液面兩側(cè)的壓力差曲線(xiàn)的曲率等于與該點(diǎn)相切的圓的半徑R的倒數(shù)。R叫做曲線(xiàn)在該處的曲率半徑。曲面上某處的正交法平面截口的曲率半徑R1和R2叫做曲面在此點(diǎn)的主半徑。球面的兩主半徑相等，其曲率就等于球半徑的倒數(shù)。習(xí)慣規(guī)定曲率圓心在相內(nèi)時(shí)曲率為正值，反之取負(fù)值。液面曲率的符號(hào)和數(shù)值計(jì)算：通常，凸液面的曲率為正值，凹液面的曲率為負(fù)值，平面的曲率為零。3.4.1泡沫的性質(zhì)(2)Laplace公式設(shè)在一恒溫恒容箱中，有一表面張力為γ的液滴。箱內(nèi)可逆地發(fā)生一過(guò)程：液滴改變體積dV1，氣相體積變化dVg，相應(yīng)地氣液界面面積改變dA。根據(jù)熱力學(xué)原理，此過(guò)程體系的自由能不變，即pg、p1分別代表氣相和液相壓力?？梢?jiàn)，此過(guò)程中膨脹功與表面功大小相等、符號(hào)相反。3.4.1泡沫的性質(zhì)恒溫恒容箱中液滴與蒸氣的平衡由得到若液滴成半徑為R的球形，則則有ΔP稱(chēng)為毛細(xì)壓力，也就是彎曲液面下的附加壓力。液體內(nèi)部與外部的壓力差ΔP即附加壓力與液膜的曲率半徑R成反比，與液體的表面張力γ成正比。即Laplace公式。3.4.1泡沫的性質(zhì)如果液面不呈球形，對(duì)于主半徑為R1和R2的任意點(diǎn)，取一微小面積元ABCD，使面積擴(kuò)大一無(wú)限小，相應(yīng)的體積增量為合并得到考慮圖中三角形AOB與A′OB′，BO′C與B′O′C′可分別看做相似三角形，故3.4.1泡沫的性質(zhì)于是得到代入式得到即為液面不呈球形時(shí)的Laplace公式。3.4.1泡沫的性質(zhì)(3)Young-Laplace公式在液體中，相鄰的、兩個(gè)大小不同的氣泡的壓力差可用Young-Laplace公式表示，即r、R分別代表小氣泡和大氣泡的半徑。如果，則有3.4.1泡沫的性質(zhì)3.泡沫的破壞機(jī)制泡沫是氣體分散在液體中的粗分散體，存在著巨大的氣液界面，是熱力學(xué)上的不穩(wěn)定體系，因而泡沫會(huì)自動(dòng)破壞。破壞后形成的液滴，其表面積或表面能很小，所以泡沫傾向于破壞。造成泡沫破壞的主要原因是：(1)液膜的排液減薄；(2)泡內(nèi)氣體的擴(kuò)散。3.4.1泡沫的性質(zhì)3.4.1泡沫的性質(zhì)(1)液膜的排液減薄泡沫的存在是因?yàn)闅馀蓍g有一層液膜相隔，如果把液膜看成毛細(xì)管，液體從膜中的排出速度與厚度的四次方成正比，這意味著，隨排液的進(jìn)行，排液速度急劇減慢。氣泡間液膜的排液主要由以下兩個(gè)原因引起：

①重力排液②表面張力排液3.4.1泡沫的性質(zhì)①重力排液存在于氣泡間的液膜，由于液相密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于氣相密度，因此在重力作用下就會(huì)產(chǎn)生向下的排液現(xiàn)象，使液膜變薄。由于液膜變薄，其強(qiáng)度也隨之下降，在外界擾動(dòng)下就容易破裂，造成氣泡并聚。重力排液僅在液膜較厚時(shí)起主要作用。3.4.1泡沫的性質(zhì)②表面張力排液泡沫是由多面體氣泡堆積而成，在泡沫中氣泡交接處形成了Plateau邊界或稱(chēng)Gibbs三角，如圖所示。氣泡平面隔壁部分的曲率為0(),Plateau邊界部分的曲率最大，結(jié)果泡沫中液膜向Plateau邊界排液，而引起膜壁的薄化。當(dāng)膜的厚度為5～10nm時(shí)極易破裂。3.4.1泡沫的性質(zhì)B點(diǎn)處的兩氣泡交界形成的氣-液界面相對(duì)比較平坦，可近似看成平面，而A點(diǎn)處為三氣泡交界處，液面為凹液面?？芍家好鍭點(diǎn)處液體內(nèi)部的壓力小于平液面B點(diǎn)處液體內(nèi)部的壓力，因此，液體從壓力大的B處向壓力小的A處排液，使B處的液膜進(jìn)一步減薄，最終導(dǎo)致液膜破裂。3.4.1泡沫的性質(zhì)(2)泡內(nèi)氣體的擴(kuò)散在液膜不破裂的情況下，泡沫還會(huì)因氣體的擴(kuò)散而破壞。因?yàn)樾纬膳菽臍馀莸拇笮〔灰粯樱鶕?jù)Young-laplace公式，附加壓力Δp與曲率半徑成反比，小氣泡內(nèi)的壓力大于大氣泡內(nèi)的壓力，因此小氣泡會(huì)通過(guò)液膜向大泡內(nèi)排氣，使小氣泡變小以至于消失，大泡變大且會(huì)使液膜變得更薄，最后破裂。另外，液面上的氣泡也會(huì)因泡內(nèi)壓力比大氣壓大而通過(guò)液膜直接向大氣排氣，最后氣泡破裂。3.4.1泡沫的性質(zhì)如果氣體擴(kuò)散服從Henry和Frick擴(kuò)散定律，則可得到小氣泡大小隨時(shí)間變化的關(guān)系：r0、r-0和t時(shí)的小氣泡的半徑；p0-大氣壓力；D、S-氣體在液體中的擴(kuò)散系數(shù)和溶解度；h–大小氣泡之間液膜的平均厚度；γ

–表面張力。上式表明：氣泡間液膜越薄，氣體的擴(kuò)散系數(shù)和溶解度越大，氣體的擴(kuò)散就越快。3.4.2表面活性劑的起泡和穩(wěn)泡作用在含有表面活性劑的水溶液中充氣或施以攪拌就可形成被溶液包圍的氣泡。表面活性劑會(huì)以疏水的碳?xì)滏溕烊肫鹋莸臍庀嘀?，而親水的極性頭伸入水中。此時(shí)形成的是由表面活性劑吸附在氣水界面上行成單分子膜產(chǎn)生的氣泡。當(dāng)氣泡上升至露出水面與空氣接觸時(shí)，表面活性劑就吸附在液面兩側(cè)形成雙分子膜，此時(shí)的氣泡有較長(zhǎng)的壽命，隨著氣泡不斷地產(chǎn)生，其堆積在液體表面就形成泡沫。這種帶有表面活性劑的雙分子層水膜的氣泡因?yàn)槟さ暮穸染哂泄獾牟ㄩL(zhǎng)等級(jí)（數(shù)百納米），由此在太陽(yáng)光下可以看到七色光譜帶。3.4.2表面活性劑的起泡和穩(wěn)泡作用1.表面活性劑的泡沫性能泡沫性能包括：起泡力、泡沫穩(wěn)定性。起泡力--泡沫形成的難易程度和生成泡沫量的多少。泡沫穩(wěn)定性--生成泡沫的持久性、消泡的難易，也就是指泡沫存在壽命的長(zhǎng)短。3.4.2表面活性劑的起泡和穩(wěn)泡作用1.表面活性劑的泡沫性能(1)表面活性劑的起泡性

泡沫的產(chǎn)生是將氣體分散于液體中形成氣液的粗分散體。在泡沫形成過(guò)程中，氣液界面會(huì)急劇地增加，因此體系的能量增加，這就需要在泡沫形成過(guò)程中，外界對(duì)體系做功，如通氣時(shí)加壓或攪拌等。

當(dāng)外界對(duì)體系施予的功為一定值時(shí)，體系因產(chǎn)生泡沫使體系的能量增加，其增加值為液體表面張力

γ與體系增加的氣液界面的面積A的乘積(γA)，此乘積應(yīng)等于外界對(duì)體系所做的功。若液體的表面張力γ越低，則氣液界面的面積A就越大，泡沫的體積也就越大，說(shuō)明此液體很容易起泡。3.4.2表面活性劑的起泡和穩(wěn)泡作用1.表面活性劑的泡沫性能(1)表面活性劑的起泡性表面活性劑具有明顯地降低水的表面張力的能力，因此其水溶液就容易產(chǎn)生泡沫，而水因其表面張力高而不易產(chǎn)生泡沫。

表面活性劑的起泡力可用表面活性劑降低水的表面張力的能力來(lái)表征，表面活性劑降低水的表面張力越強(qiáng)者其起泡力就越強(qiáng)，反之越差。3.4.2表面活性劑的起泡和穩(wěn)泡作用1.表面活性劑的泡沫性能(2)表面活性劑的穩(wěn)泡性表面活性劑的起泡性和穩(wěn)泡性是兩個(gè)不同的概念。表面活性劑的起泡性—

是指表面活性劑溶液在外界條件作用下產(chǎn)生泡沫的難易程度，表面活性劑降低水的表面張力的能力越強(qiáng)，越有利于產(chǎn)生泡沫。表面活性劑的穩(wěn)泡性—

是指在表面活性劑水溶液產(chǎn)生泡沫之后，泡沫的持久性或泡沫“壽命”的長(zhǎng)短，這與液膜的性質(zhì)有密切的關(guān)系。3.4.2表面活性劑的起泡和穩(wěn)泡作用1.表面活性劑的泡沫性能(3)常用起泡劑的種類(lèi)作為起泡劑的表面活性劑要具有高的表面活性，表面活性劑的起泡性可以用其降低水的表面張力的能力來(lái)表征，降低水的表面張力的能力越強(qiáng)，越有利于產(chǎn)生泡沫。此外，起泡劑應(yīng)當(dāng)容易在氣-液界面形成定向排列的吸附膜。研究和應(yīng)用結(jié)果表明，通常，陰離子表面活性劑具有良好的起泡性。3.4.2表面活性劑的起泡和穩(wěn)泡作用1.表面活性劑的泡沫性能(3)常用起泡劑的種類(lèi)

①羧酸鹽脂肪酸鹽脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸鈉(AEC)鄰苯二甲酸單脂肪醇酯鈉鹽3.4.2表面活性劑的起泡和穩(wěn)泡作用1.表面活性劑的泡沫性能(3)常用起泡劑的種類(lèi)和

②硫酸鹽烷基硫酸鹽脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉(AES)烷基酚聚氧乙烯醚硫酸鈉烷基硫酸乙醇胺鹽3.4.2表面活性劑的起泡和穩(wěn)泡作用1.表面活性劑的泡沫性能(3)常用起泡劑的種類(lèi)③磺酸鹽烷基磺酸鹽烷基苯磺酸鹽3.4.2表面活性劑的起泡和穩(wěn)泡作用1.表面活性劑的泡沫性能(3)常用起泡劑的種類(lèi)④琥珀酸單酯磺酸鈉N-脂肪?；掖及风晁釂熙セ撬岫c脂肪酰胺基琥珀酸單酯磺酸二鈉脂肪醇聚氧乙烯醚琥珀酸單酯銨鹽磺酸鈉脂肪醇聚氧乙烯醚單琥珀酰胺磺酸二鈉3.4.2表面活性劑的起泡和穩(wěn)泡作用1.表面活性劑的泡沫性能(4)常用穩(wěn)泡劑的種類(lèi)①天然化合物明膠、皂素②高分子化合物聚乙烯醇、甲基纖維素、改性淀粉、羥乙基淀粉③合成表面活性劑非離子型表面活性劑，結(jié)構(gòu)中含有能夠生成氫鍵的基團(tuán)，如：-NH2、-CONH-、-OH、-COOH、-CO-、-COOR-、-O-等。3.4.2表面活性劑的起泡和穩(wěn)泡作用2.影響泡沫穩(wěn)定性的因素

泡沫是氣體分散在液體內(nèi)的粗分散體系，其內(nèi)部存在著巨大的氣—液界面，界面能很高，是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系。影響泡沫穩(wěn)定性的主要因素有：(1)液體的表面張力;(2)界面膜的性質(zhì);(3)表面張力的修復(fù)作用;(4)表面電荷;(5)泡內(nèi)氣體的擴(kuò)散;(6)添加的表面活性劑的結(jié)構(gòu);(7)其他。3.4.2表面活性劑的起泡和穩(wěn)泡作用(1)液體的表面張力

在生成泡沫時(shí)，液體表面積增加，體系能量也增加，從能量的角度來(lái)考慮，降低液體的表面張力，有利于泡沫的形成，但不能保證泡沫有較好的穩(wěn)定。

只有當(dāng)表面膜有一定強(qiáng)度，能形成多面體泡沫時(shí)，低表面張力有助于泡沫的穩(wěn)定。3.4.2表面活性劑的起泡和穩(wěn)泡作用(1)液體的表面張力液膜的Plateau交界處與平面膜之間的壓力差與表面張力成正比，表面張力愈低，壓差愈小，排液速度愈慢，愈有利于泡沫的穩(wěn)定。如Young-Laplace公式3.4.2表面活性劑的起泡和穩(wěn)泡作用(1)液體的表面張力然而許多現(xiàn)象說(shuō)明，液體表面張力不是泡沫穩(wěn)定的決定因素。例如：

丁醇類(lèi)水溶液的表面張力低于十二烷基硫酸鈉水溶液的表面張力，但后者的起泡性卻好于丁醇溶液。

一些蛋白質(zhì)水溶液的表面張力比表面活性劑水溶液的表面張力高，但卻具有較好的泡沫穩(wěn)定性。3.4.2表面活性劑的起泡和穩(wěn)泡作用(2)表面張力的自修復(fù)作用表面張力的修復(fù)作用，即Gibbs-Marangoni效應(yīng)：

表面張力不僅會(huì)影響泡沫的形成，而且在泡沫液膜受到外力沖擊時(shí)，有使液膜厚度恢復(fù)和使液膜強(qiáng)度恢復(fù)的作用。3.4.2表面活性劑的起泡和穩(wěn)泡作用(2)表面張力的自修復(fù)作用當(dāng)泡沫受到外力沖擊或擾動(dòng)時(shí)，液膜會(huì)發(fā)生局部變薄使液膜面積增大，在變形的瞬間，該區(qū)域表面上吸附的表面活性劑密度減小，導(dǎo)致此處的表面張力暫時(shí)升高，即γA>γB。3.4.2表面活性劑的起泡和穩(wěn)泡作用(2)表面張力的自修復(fù)作用

由于

γA>γB，結(jié)果產(chǎn)生一定的表面壓，導(dǎo)致表面活性劑由B處向A處遷移，使A處的表面活性劑濃度恢復(fù)。由于表面活性劑在遷移過(guò)程中會(huì)攜帶鄰近的液體一起移動(dòng)，這種遷移的結(jié)果使其A處的表面張力和液膜厚度同時(shí)恢復(fù)。表面活性劑的這種阻礙液膜排液的自修復(fù)作用稱(chēng)為Marangoni效應(yīng)。3.4.2表面活性劑的起泡和穩(wěn)泡作用(2)表面張力的自修復(fù)作用Gibbs從另一角度分析了這一問(wèn)題。當(dāng)吸附了表面活性劑的泡沫受到震動(dòng)、塵埃碰撞、氣流沖擊及液膜受重力作用排液時(shí)，都會(huì)引起液膜局部變薄，使液膜面積增大，引起此處表面活性劑的濃度降低、表面張力上升，形成局部的表面張力梯度，因此液膜會(huì)產(chǎn)生收縮趨勢(shì)，猶如液膜具有了彈性。通過(guò)收縮時(shí)該處表面活性劑濃度恢復(fù)并且阻礙液膜的排液流失。把液膜這種可以收縮的性質(zhì)稱(chēng)為Gibbs彈性。3.4.2表面活性劑的起泡和穩(wěn)泡作用(2)表面張力的自修復(fù)作用Gibbs彈性E可表示為正是這種因表面張力梯度引起的收縮效應(yīng)使吸附了表面活性劑的液膜，在受到?jīng)_擊后，自動(dòng)修補(bǔ)液膜變薄處，表現(xiàn)出表面活性劑的自修復(fù)作用。

表面活性劑使液膜具有Gibbs彈性，對(duì)于泡沫穩(wěn)定性來(lái)說(shuō)，這比降低表面張力更為重要。3.4.2表面活性劑的起泡和穩(wěn)泡作用(2)表面張力的自修復(fù)作用表面活性劑分子向變形處的遷移有兩種過(guò)程：①自低表面張力區(qū)遷移至高表面張力區(qū)；②溶液中的表面活性劑分子吸附至表面，恢復(fù)表面分子的密度，使受到?jīng)_擊的液膜的表面張力恢復(fù)到原來(lái)值。3.4.2表面活性劑的起泡和穩(wěn)泡作用(2)表面張力的自修復(fù)作用如果液膜擴(kuò)張變薄部分的表面活性劑分子主要由吸附來(lái)補(bǔ)足，而不是通過(guò)表面遷移來(lái)補(bǔ)足的話(huà)，表面張力雖然恢復(fù)到原來(lái)值，但液膜的厚度不能恢復(fù)，泡沫的穩(wěn)定性也較差。一般醇類(lèi)水溶液的泡沫穩(wěn)定性差與此有關(guān)，醇自溶液中吸附于表面的速度較快，液膜變薄處的表面分子主要由吸附來(lái)補(bǔ)足，而不是由表面遷移補(bǔ)足，薄的液膜不能增厚，因此泡沫易破壞，穩(wěn)定性差。3.4.2表面活性劑的起泡和穩(wěn)泡作用(3)泡內(nèi)氣體的擴(kuò)散-氣體的透過(guò)性泡沫中的氣泡總是大小不均勻的。小泡中的氣體壓力比大泡中的氣體壓力高，于是小泡中的氣體通過(guò)液膜擴(kuò)散到臨近的大泡中，造成小泡變小以至消失，大泡變大最終破裂。3.4.2表面活性劑的起泡和穩(wěn)泡作用(3)泡內(nèi)氣體的擴(kuò)散-氣體的透過(guò)性氣體通過(guò)液膜的擴(kuò)散，在浮于液面的單個(gè)氣泡中表現(xiàn)得最為清楚。氣泡隨時(shí)間逐漸變小以至最后消失。一般可利用液面上氣泡半徑隨時(shí)間變化的速度，來(lái)衡量氣體的透過(guò)性。以透過(guò)性常數(shù)來(lái)表示，透過(guò)性常數(shù)愈高，氣體通過(guò)液膜的擴(kuò)散速度愈快，穩(wěn)定性愈差。3.4.2表面活性劑的起泡和穩(wěn)泡作用(3)泡內(nèi)氣體的擴(kuò)散-氣體的透過(guò)性

氣體透過(guò)性與表面吸附膜的緊密程度有關(guān)，表面吸附分子排列愈緊密，表面黏度愈高，氣體透過(guò)性愈差，泡沫的穩(wěn)定性愈好。如：在十二烷基硫酸鈉溶液中加入月桂醇后，表面膜中含有大量的十二醇分子，分子間作用力加強(qiáng)，分子排列更緊密，氣體透過(guò)性降低。3.4.2表面活性劑的起泡和穩(wěn)泡作用(4)界面膜的性質(zhì)要得到穩(wěn)定的泡沫，其關(guān)鍵是液膜能否保持恒定，決定泡沫穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素是液膜的表面黏度和彈性。①表面黏度決定泡沫穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素在于液膜的強(qiáng)度，而液膜強(qiáng)度主要取決于表面吸附膜的堅(jiān)固性。表面吸附膜的堅(jiān)固性通常以表面黏度來(lái)量度。表面黏度是指液體表面單分子層內(nèi)的黏度。表面黏度通常由表面活性分子在表面上所構(gòu)成的單分子層產(chǎn)生。

表面活性不高的蛋白質(zhì)和明膠能形成穩(wěn)定的泡沫是因?yàn)樗鼈兊乃芤河泻芨叩谋砻骛ざ取?.4.2表面活性劑的起泡和穩(wěn)泡作用(4)界面膜的性質(zhì)①表面黏度

………泡沫的穩(wěn)定性可以用泡沫壽命表示。

凡是表面黏度比較高的體系，所形成的泡沫壽命也較長(zhǎng)。液體內(nèi)部黏度的增加和液體表面黏度的增加都有利于泡沫穩(wěn)定性的提高，但是液體內(nèi)部黏度僅是影響穩(wěn)定性的輔助因素，如果沒(méi)有液膜的生成，即使液體的黏度再大也不一定有穩(wěn)定泡沫的作用。3.4.2表面活性劑的起泡和穩(wěn)泡作用(4)界面膜的性質(zhì)①表面黏度

………穩(wěn)定作用隨添加劑極性基的種類(lèi)不同而不同，一般按下列順序變化：

N-極性取代酰胺>未取代酰胺>硫酰醚>甘油醚>伯醇

與陰離子表面活性劑吸附膜具有相互靜電作用的陽(yáng)離子表面活性劑對(duì)泡沫的穩(wěn)定作用也具有同樣的效果。因此，帶有C10疏水基的烷基硫酸鹽和烷基季銨鹽能形成壽命很長(zhǎng)的泡沫。3.4.2表面活性劑的起泡和穩(wěn)泡作用(4)界面膜的性質(zhì)①表面黏度

………一些蛋白質(zhì)分子較大，分子間作用較強(qiáng)，故其水溶液所形成的泡沫穩(wěn)定性也較高。

一般疏水基中分支較多的表面活性劑，其分子間作用較直鏈的差，因而溶液的表面黏度較小，泡沫穩(wěn)定性也差。例如，不飽和烯烴硫酸酯鹽，親水基在碳鏈中間，其水溶液的泡沫穩(wěn)定性差；而直鏈的十二酸鉀、十二烷基硫酸鈉的水溶液的泡沫穩(wěn)定性就較好。3.4.2表面活性劑的起泡和穩(wěn)泡作用(4)界面膜的性質(zhì)①表面黏度

………表面黏度大，泡沫液膜不易破壞，能增加液膜強(qiáng)度。

同時(shí)，還能使液膜兩表面膜臨近的液體不易排出。若溶液本體黏度較大，則液膜中的液體也不易排出，液膜厚度變薄的速度較慢，因而延緩了液膜破裂的時(shí)間，增強(qiáng)泡沫的穩(wěn)定性。

應(yīng)予注意，若沒(méi)有表面膜的形成，溶液本體黏度再大，也無(wú)助于泡沫穩(wěn)定性的提高。3.4.2表面活性劑的起泡和穩(wěn)泡作用(4)界面膜的性質(zhì)要得到穩(wěn)定的泡沫，其關(guān)鍵是液膜能否保持恒定，決定泡沫穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素是液膜的表面黏度和彈性。②界面膜的彈性表面黏度是生成穩(wěn)定泡沫的重要條件，但也不是唯一的，并非越高越好，還需考慮膜的彈性。例如，十六醇能形成表面黏度和強(qiáng)度很高的液膜卻不能起穩(wěn)泡作用，因?yàn)樗纬傻囊耗傂蕴珡?qiáng)，容易在外界擾動(dòng)下脆裂，因此十六醇沒(méi)有穩(wěn)泡作用。理想的液膜應(yīng)該是高黏度、高彈性的凝聚膜。3.4.2表面活性劑的起泡和穩(wěn)泡作用(4)界面膜的性質(zhì)②界面膜的彈性

………表面膨脹彈性模數(shù)概念是從“Marangoni-Gibbseffect”中引出來(lái)的。Gibbs給出了定量解釋概念。他定義表面彈性模數(shù)ε為增加單位表面積A時(shí)表面張力γ增加的一個(gè)比例系數(shù)：3.4.2表面活性劑的起泡和穩(wěn)泡作用(4)界面膜的性質(zhì)

②界面膜的彈性

………除此之外，液膜內(nèi)液體的黏度也對(duì)泡沫的穩(wěn)定有一定的影響。若液膜液體黏度高，在液膜的重力排液減薄過(guò)程中可使排液速度減緩，因此起到穩(wěn)定泡沫的作用。為使膜具有較好的彈性，通常要求泡沫穩(wěn)定劑的吸附量高，從溶液內(nèi)部擴(kuò)散到表面的速度慢。這樣既能保證表面上有足夠的表面活性劑分子，又能在發(fā)生局部變形時(shí)迅速修復(fù)。因此，表面活性強(qiáng)、分子較大、擴(kuò)散系數(shù)較小的物質(zhì)較好。3.4.2表面活性劑的起泡和穩(wěn)泡作用(5)表面電荷當(dāng)液膜為離子型的表面活性劑所穩(wěn)定時(shí)，液膜的兩個(gè)面就會(huì)吸附表面活性劑離子而形成兩個(gè)帶同號(hào)電荷的表面，反離子則擴(kuò)散地分布在膜內(nèi)溶液中，與表面形成兩個(gè)擴(kuò)散雙電層。如C12H25SO4Na作起泡劑，C12H25SO4-吸附于液膜的兩個(gè)表面，形成帶負(fù)電荷的表面層，反離子Na+則分散于液膜的溶液中，形成了液膜雙電層。3.4.2表面活性劑的起泡和穩(wěn)泡作用(5)表面電荷當(dāng)液膜較厚時(shí)，這兩個(gè)雙電層由于距離較遠(yuǎn)不發(fā)生作用，當(dāng)液膜變薄到一定程度，兩個(gè)雙電層發(fā)生重疊，液膜的兩個(gè)表面將互相排斥，防止液膜進(jìn)一步變薄，從而使液膜保持一定的厚度，這種排斥作用主要由擴(kuò)散雙電層的電勢(shì)和厚度決定。3.4.2表面活性劑的起泡和穩(wěn)泡作用(5)表面電荷當(dāng)溶液中有較高濃度的無(wú)機(jī)電解質(zhì)時(shí)，壓縮擴(kuò)散雙電層，使兩個(gè)表面間的靜電斥力減弱，液膜易變薄，因此，無(wú)機(jī)電解質(zhì)的加入對(duì)泡沫的穩(wěn)定性有不利影響。3.4.2表面活性劑的起泡和穩(wěn)泡作用(6)添加的表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)泡沫的穩(wěn)定性，除了表面活性劑的加入而降低表面張力以外，還涉及泡沫表面膜的機(jī)械強(qiáng)度和彈性，如肥皂和烷基苯磺酸鈉均有良好的起泡性，但前者生成的泡沫持久性好，而后者則較差。①表面活性劑的疏水鏈②表面活性劑的親水基③表面活性劑濃度的影響3.4.2表面活性劑的起泡和穩(wěn)泡作用(6)添加的表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)①表面活性劑的疏水鏈通常，隨著表面活性劑的疏水基團(tuán)碳鏈的增加，分子鏈之間的內(nèi)聚力也增加，因而泡沫的界面膜具有較大的機(jī)械強(qiáng)度和彈性，起泡力也隨之增加，但常會(huì)經(jīng)過(guò)一個(gè)最高值。隨著碳鏈再增長(zhǎng)，起泡力反而要降低，因?yàn)樘兼溙L(zhǎng)，所形成的膜太硬，使界面膜彈性降低。

脂肪醇硫酸鈉鹽的發(fā)泡力與其分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系更為明顯。3.4.2表面活性劑的起泡和穩(wěn)泡作用(6)添加的表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)①表面活性劑的疏水鏈

………一般，起泡劑的碳原子數(shù)以C12～C14較好，脂肪酸鈉鹽類(lèi)起泡劑的碳原子數(shù)為C8和C10的辛酸鈉和癸酸鈉因碳鏈較短，形成的表面膜的強(qiáng)度較低，產(chǎn)生的泡沫穩(wěn)定性差，而碳鏈為C16和C18的軟脂酸鈉和硬脂酸鈉因碳?xì)滏溸^(guò)長(zhǎng)，使溶解度變差，且