表面活性剂功能与应用润湿作用.docVIP

第三章 表面活性剂功能与应用——润湿作用 一、润湿功能 例子：水润湿玻璃，加入表面活性剂润湿容易；水滴在石蜡上，石蜡几乎不被润湿，加入少量表面活性剂石蜡就容易被润湿了；较厚的毛毡或棉絮放入水中，很难渗透，加入一些表面活性剂就容易浸透了。 表面活性剂具有渗透作用或润湿作用 所谓润湿是指一种流体被另一种流体从固体表面或固液界面所取代的过程。 润湿过程往往涉及三相，其中至少两相为流体。 润湿过程 润湿作用是一个过程。润湿过程主要分为三类：沾湿、浸湿和铺展。产生的条件不同。其能否进行和进行的程度可根据此过程热力学函数变化判断。在恒温恒压条件下可方便使用润湿过程体系自由能变化表征。 沾湿 主要指液-气界面和固-气界面上的气体被液体取代的过程，在此过程中消失的固-气界面的大小与其后形成的固-液界面的大小是相等的。如喷洒农药，农药附着于植物的枝叶上。 沾湿附着发生条件：△GA=γSL-γSG-γLG＜0 WA=γSG-γSL+γLG≥0 （沾湿） 式中：γSG、γSL和γLG分别为气-固、液-固和气-液界面的表面张力 浸湿 浸湿是指固体浸入液体的过程，原有的固气界面空气被固液取代。如洗衣时衣物泡在水中；织物染色前先用水浸泡过程 浸湿发生条件：△Gi=γSL-γSG≤0 Wi=γSG-γSL≥0 （Wi：浸湿功） 铺展 液体取代固体表面上的气体，固-气界面被固-液界面取代的同时液体表面能够扩展的现象。 铺展发生条件为：△GS=γSL+γLG-γSG≤0 S=γSG-γSL-γLG≥0 （S：铺展功） 一般，若液体能够在固体表面铺展，则沾湿和浸湿现象必然能够发生。 从润湿方程可以看出：固体自由能γSG越大，液体表面张力 γLG越低，对润湿越有利。 接触角和润湿方程（杨氏方程） 接触角：固、液、气三相交界处自固-液界面经过液体内部到气液界面处的夹角。 接触角与固-液，固-气和液-气表面张力的关系可表示为： γSG-γSL=γLGCOS 杨氏方程 COS=（γSG-γSL）/γLG 加入表面活性剂，γLG↓ γSL↓ COS↑ ↓ ＞90°不润湿 ＜90°润湿 越小润湿越好 =0°或不存在→铺展 将杨氏方程代入WA Wi S WA=γLG（1+ COS）≥0 ≤180° Wi=γLG COS ≥0 ≤90° S =γLG（ COS-1） ≥0 ≤0° 纤维特性 2r γSG=γSL+γLG COS 前进接触角 由于液体表面曲率，液体在毛细管中提升力大小 L 为2rγLG COS。其值等于液柱重力r2△P（压强） 液体进入毛细管产生压强为： P=2rγLG COS/r2=2γLG COS/r=2（γSG-γSL） /r COS为正值，＜90°，△P才能为正值，液体润湿毛细管。加入表面活性剂γSG↓→COS↑；＞0°，△P取决于γSG-γSL，γSG不变，γSL↓ △P↑有利于毛细管润湿。 表面活性剂润湿作用 表面活性剂具有双亲分子结构，纯移在界面发生定向吸附，降低液体的表面张力→导致润湿作用 在固体表面发生定向吸附 非水润湿 疏水基固体 高表面自由能 气固 水润湿 硅酸盐矿物 月桂酸钾在气固表面的吸附 表面活性剂在固体表面吸附状态是影响表面 特性的重要因素。 （2）提高液体的润湿能力 水不能在低能固体铺展，加入表面活性剂，降低水表面张力 γLG，使其润湿固体的表面。 影响润湿作用的因素 温度 一般来说温度↑，润湿性能↑。高温下短链表面活性剂润湿性能不如长链表面活性剂。（原因：温度↑长链表面活性剂溶解度↑）；低温下短链表面活性剂润湿性能好于长链表面活性剂。 非离子表面活性剂，温度接近浊点，润湿性能最佳 0.1% OP-15： 25℃ 润湿性能50s 70℃ 润湿性能17s 表面活性剂浓度 c＜cmc 润湿时间对数与㏑c呈线性关系。㏑c↑润湿性能↑ 原因:c＜cmc表面活性剂未达到饱和吸附,增加润湿性能浓度需要大些 c＞cmc 不再呈线形 。浓度对固/液界面吸附影响不大，故一般浓度略高于cmc即可 分子结构 疏水基：直链烷烃亲水基在链末端，直链碳原子数为C12-C18润湿性能最佳；相同亲水基团，随C↑ HLB↓ HLB：7-15润湿性能最佳，例如烷基硫酸酯R-OSO3Na R为C12-C14润湿性能最佳；直链烷基苯磺酸钠以C10润湿性能最佳；支链烷基苯磺酸钠润湿性能较直链好，其中以2-丁基辛基最有