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表面活性剂基础知识.ppt

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表面活性剂基础知识,1 表面活性剂的种类A,表面活性物质是一种可溶于液相中并且吸附在相界面上,使界面能显著降低的物质。 表面活性剂的基本作用,是降低分散体系中两相界面的界面自由能。提高分散体系的稳定性。,表面活性剂分子结构,1 表面活性剂的种类B,表面活性剂溶于水时.亲水基团在溶液中,凡能电离生成离子称为离子型表面活性剂;凡不能电离生成离子的称为非离子表面活性剂。,①阴离子表面活性剂,在此类表面活性剂中,主要是羧酸酯、硫酸酯及烷基芳香族磺酸盐、本质素磺酸盐等。 阴离子表面活性剂的亲水基一端能解离出阴离子,而使亲水基团上带负电荷混凝土中所使用的减水剂主要是阴离子表面活性剂。,②阳离子表面活性剂,在此类表面活性剂中,绝大部分是含氮化合物、有机胺衍生物。阳离子表面活性剂的亲水基团能解离出阳离子,而使亲水基团带正电荷。它的另一特点是易吸附于固体的表面,从而有效地改变固体性质。简单的有机胺盐可在酸性介质中用作乳化剂、分散剂、湿润剂。。这种表面活性剂常作为浮选剂、乳化剂及颜料分散剂。,③两性表面活性剂,两性表面活性剂的亲水基一端,既能解离出阴离子又能解离出阳离子。这种活性剂是具有2种亲水基团的表面活性剂。两性表面活性剂的酸性基主要有羧酸盐型和磺酸盐型两种。碱性基主要是氨基和季铵基。两性表面活性剂易溶于水,在较浓的酸、碱液中,甚至在无机盐溶液中也能溶解,但一般不易溶于有机溶剂中。,④非离子表面活性剂,在水溶液中不电离,其亲水基主要是由具有一定数量的含氧基团(一般为醚基和羟基)构成,因而在溶液中不电离,所以不容易受强电解质,无机盐类存在的影响,在溶液中稳定性高。它与其他类型的表面活性剂相容性好,能很好地混合使用,在水及有机溶剂中都有好的溶解性。非离子型的亲水基主要是由聚乙二醇基与多元醇基构成。此类活性剂是近年来发展较快的品种,因其无毒而可用于食品及医药。其中聚乙二醇型可用于水泥分散剂。由于表面活性剂分子是由亲水性和憎水性两部分所组成,而且这两部分处于一定的平衡状态,具有适度的溶解性。所以,溶液一般都带有胶体性质。在液体表面和界面进行正吸附,而且能显示出各种各样的表面活性。,2 表面活性剂的基本性质A,(1)表面吸附与表面能、表面张力 吉布斯(Gibbs)曾提出如下关系式:式中 Γ——表面吸附量,mol/cm2C——溶液浓度,mol/L;σ——表面能,10-3N/mT——绝对温度,K;R——气体常数;dσ/dC——表面张力的改变率,表示该物质表面活性大小。表面吸附量与表面活性剂的浓度以及表面张力随浓度变化的速率有关。当dσ/dc为负值,即表面活性剂能使表面张力降低,此时Γ>0。表面活性剂改变表面张力的作用,和它浓度的大小有一定的关系,,浓度与表面张力之间的关系B,一般都是开始时,表面张力随表面活性剂浓度的增加而急剧下降,以后则大体上保持不变。,浓度与表面张力之间的关系,表面活性剂溶液各状态C,表面活性剂溶液各状态 (a)极稀溶液;(b)稀溶液;c)达到临界胶束浓度的溶蔽;(d)大于临界胶束浓度的溶液,表面活性剂在水界面上的排列D,表面活性剂的另一个特点,是它在界面上的吸附具有排列。在水界面上的排列,如图所示。,表面活性剂的分散作用E,一般的表面活性剂,均有较好的分散作用。这主要是由于表面活性剂在固—液界面上产生了正吸附,界面上的表面活性剂浓度增加,表面能降低。因而增加了体系的热力学稳定性,使整个体系向分散稳定的方向进行。表面活性剂一般都具有亲水和憎水的两个基团。在水溶液中固体表面若是亲水性的(有极性),则表面活性剂的亲水基朝向固体表面。固体表面为憎水性(非极性),则表面活性剂的憎水基朝向固体表面。这种吸附的结果,在固体的表面就形成了具有一定机械强度的表面吸附层,阻碍了粒子间的凝聚作用。液体表面层也减小了粒子间的摩擦阻力,使粒子的分散变得更加容易。,扩散双电层及ζ电位F,如果表面活性剂是电解质溶液,吸附作用的结果,在固体表面会产生双电层,如图所示,图 扩散双电层及ζ电位示意,扩散双电层及ζ电位B,固—液相靠近固体表面一侧是固定双电层,靠近溶液一侧是扩散双电层。两个双电层的形成,是由于固体粒子表面具有活性,而使其周围的表面活性剂溶液中的离子处于静电的影响及分子热运动两种力的作用下。静电力企图使粒子周围集中相反电荷的离子,使电性分布两极化。而分子热运动力又力图使离子在溶液中扩散,均匀分布。当达到平衡时,就形成了与粒子所带电荷电性相反的离子浓度,随着离子逐渐远离粒子表面能减少。按这种规律分布的离子层,形成了吸附在固体表面不动的固定双电层与扩散双电层。在液体和固体进行相对运动时,固定层和扩散层之间,也有相对运动。进行相对运动的两层之间的电位差,称为ζ电位。ζ电位值的大小,表示出两层相对运动的势能大小,也就是粒子间相对运动时的电性斥力的大小。表面活性剂被粒
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