表面活性剂在溶液表界.ppt

（六） 表面活性剂溶液表面吸附之效用 表面活性剂在溶液表面的吸附主要有两方面的功能： 一是降低液体的表面张力使增加气液界面的过程容易进行； 二是形成表面活性剂分子或离子紧密定向排列的表面吸附层，或称作吸附膜、吸附单层。 表面活性剂溶液的许多功能，例如它的起泡和消泡作用、润湿和铺展作用、雾化作用等，都依赖于它降低表面张力的能力和形成的表面吸附膜的强度。 第二十九页，共七十九页，2022年，8月28日 1 表面吸附与水表面张力的降低 表面活性剂在溶液表面吸附最直接的结果是降低了水的表面张力。 一般来讲，表面吸附量越大，表面张力降低越多。 但这并非一一对应的关系。 表面活性剂降低水表面张力的能力可以用临界胶团浓度时的表面张力来表示。 表面活性剂降低水表面张力的能力除了与表面吸附量有关外，主要决定于它在水溶液表面饱和吸附时最外层的原子或原子团。 第三十页，共七十九页，2022年，8月28日 2 吸附与界面稳定性 （1）表面活性剂在溶液表面的吸附显著降低了表面张力，削弱了液体收缩表面和液滴聚并的趋势，降低Laplace压差及因此而产生的泡膜向Plateau边界排液、变薄的推动力，从而利于液膜和有关分散体系的稳定性。 （2）离子型表面活性剂吸附层带电，使液膜两表面间产生电性排斥，而不易于接近。聚氧乙烯型非离子表面活性剂吸附层带有较厚的亲水基层，对液膜两表面接近产生空间阻碍作用。这两种作用都抑制液膜因排液、变薄而走向破裂的过程。 第三十一页，共七十九页，2022年，8月28日 （3）表面活性剂吸附层中分子的疏水基之间(有时在亲水基之间)存在侧向相互作用，这使吸附层具有一定强度，使液膜能承受适当外力而不致破裂。 （4）存在吸附层时，外力使液面局部变形产生吸附量和表面压不均匀分布。吸附分子将自动从密度大处带着溶液流向密度小处，这叫做Marangoni效应，是修复液膜变形、损伤的有效机制，对分散体系的稳定性至关重要。 第三十二页，共七十九页，2022年，8月28日 （七） 动表面张力与吸附速度 上面介绍的都是表面活性剂在溶液表面吸附平衡时的特性和规律，并没有考虑吸附达到平衡所需时间，或者说吸附速度问题。 但是，在实际应用中，吸附速度有时具有决定性的作用。例如在泡沫生成和涂膜过程中新表面不断生成，表面活性剂逐步吸附到表面上，相应地降低表面张力使液膜容易生成；所形成的吸附膜能防止液膜收缩和破裂，使泡沫稳定、涂布均匀。 如果吸附速度缓慢，赶不上液膜扩展和破裂的速度，则不能发挥表面活性剂的效能。因此，需要研究非平衡情况下的溶液表面性质和吸附速度的规律。 第三十三页，共七十九页，2022年，8月28日 1 动表面张力 我们一般所指的表面张力是指溶液的平衡表面张力。 在液面陈化过程中观测溶液表面张力时发现它先随时间而降低，一定时间后达稳定值。这种随时间变化的表面张力称为动表面张力，存在动表面张力的现象又叫做表面张力时间效应。 第三十四页，共七十九页，2022年，8月28日 动表面张力受以下因素的影响： （1）表面活性剂浓度越大，达到平衡表面张力所需的时间越短，虽然它的平衡表面张力较低。 （2）溶液表面张力时间效应与溶质分子大小有明显关系。分子小则时间效应小。碳链长度小于8的醇类基本上在1s以内就可以达到平衡表面张力。而分子较大的表面活性剂水溶液的表面张力时间效应则更为突出。如十二烷基硫酸钠水溶液达到平衡表面张力所需时间远大于癸醇水溶液。 （3）溶液中有无机盐存在可以大大削弱离子型表面活性剂水溶液表面张力的时间效应。例如，在浓度的十二烷基硫酸钠溶液中有浓度的NaCI存在时，溶液表面张力几乎立即达到平衡值。无机盐对非离子型表面活性剂水溶液的表面张力时间效应影响不大。 第三十五页，共七十九页，2022年，8月28日 2 吸附速度 表面张力随时间的变化反映了表面吸附量随时间的变化，即吸附速度。 影响吸附速度的因素很多。 吸附作用至少包括溶质分子从溶液内部扩散到表面和随后进入吸附层并定向的过程。每一步都需要一定的时间，并且分别受各种物理化学因素的影响。 例如，扩散速度受体相粘度、溶质分子尺寸和形态、溶质与溶剂间的相互作用以及温度等因素的影响。表面活性离子的吸附还受已吸附离子的电性排斥作用。溶质进入吸附层可能包括取代原有表面分子、脱水、定向等步骤。其速度与表面活性剂结构、吸附层组成与状态、温度等因素有关。特别是被取代的原有表面分子的性质影响很大。如果只是溶剂则速度较快；如果存在少量高活性杂质，吸附速度将显著降低。动表面张力测定曾被建议为一种检验表面活性剂纯度的好方法。 第三十六页，共七十九页，2022年，8月28日 二 表面活性剂在油/水界面上的吸附 在油-水二相体系中，当表面活性剂分子处于界面上，将亲油基插入油中、亲水基留在水中时分子势能最低。