正文 第二節 表麵活性劑(1 / 2)

一、表麵活性劑概述表麵活性劑是指在加入少量時就能顯著降低溶液表麵張力並改變體係界麵狀態的物質。正因為如此,表麵活性劑又被稱為“工業味精”。

表麵活性劑的重要特點在於,當它在溶液中達到一定濃度後,通過分子締合形成膠團,從而具有潤濕或抗粘、乳化或破乳、起泡或消泡以及增溶、分散、洗滌、防腐、抗靜電等一係列物理化學作用。在人類生產、生活運動的各個領域,表麵活性劑是一種不可或缺的化學助劑。它在印刷包裝材料中,發揮著十分重要的功能性作用。

二、表麵活性劑的結構與分類

從結構上看,表麵活性劑的分子都是由親水的極性基和親油(或增水)的非極性基所組成的。通常可按其在水中是否電離、表麵活性離子所帶電荷來分類;也可按親水基的種類來分類。

在水中能電離而生成離子的叫離子表麵活性劑;不能電離的叫非離子表麵活性劑。在離子表麵活性劑中,親水基團帶有負電荷的叫陰離子表麵活性劑;親水基團帶有正電荷的叫陽離子表麵活性劑;視溶液酸堿度不同而離解成陰離子或陽離子的則稱為兩性表麵活性劑。按分子結構中親水基團的帶電性分為陰離子、陽離子、非離子和兩性表麵活性劑四大類。

表麵活性劑在功能材料,特別是在功能複合材料方麵,具有重要應用。從上述分類可見,表麵活性劑處於不斷發展變化中。

三、表麵活性劑的CMC和HLB

1.膠束理論和臨界膠束濃度CMC

在表麵活性劑溶液裏,表麵活性離子會自動地結合成膠體大小的質點,這種膠體質點和離子之間成真正的平衡。這種膠體質點具有特殊的結構,其極性基朝著水,而疏水基則互相接觸,這樣就可以使界麵能降至最低,此質點稱為膠束。

雖然膠束的理論是從研究離子型表麵活性劑的過程中提出來的,但現已確定對於非離子型表麵活性劑也同樣可形成膠束。前者的膠束主要靠表麵活性離子締合而成,而且是帶電的,因此這類物質有時稱作膠體電解質;後者的膠束是靠表麵活性的分子締合而成,不屬於膠體電解質。統稱為締合膠體或膠束溶液。

簡單地說,形成膠束的原因是被水排斥的疏水基,通過分子間力相互吸引的結果。隨著表麵活性劑濃度的增加,表麵活性劑分子就會吸附到氣液界麵上來,而且是按疏水基朝向空氣,親水基伸進水相的方式定向的。活性分子聚集在表麵的結果,使表麵張力下降。當濃度增加到一定值時,表麵就為一層定向的表麵活性分子所覆蓋;這時即使繼續增大濃度,表麵上也不能再容納更多的分子,因此表麵張力不再下降;但此時在溶液內部的表麵活性分子卻可通過疏水基相互締合形成膠束,以降低體係的能量。也就是說,表麵張力不再降低時的濃度,可能正是開始形成膠束的濃度。

表麵活性劑的一個最重要性質,是能顯著降低水的表麵張力。基本過程是,開始時溶液的表麵張力隨表麵活性劑濃度的增加迅速下降;待濃度大到一定值後,表麵張力就幾乎不再改變。有時在轉折點附近表麵張力甚至出現最低點。現在已可確定最低點的出現往往與表麵活性劑中的雜質有關。如果將表麵活性劑提純,將雜質去除,最低點即消失。但r-c關係有一頗為明顯的轉折是肯定的。表麵活性劑開始形成膠束的濃度為臨界膠束濃度,簡稱CMC。當溶液濃度低於CMC時,由於表麵活性劑分子的界麵吸附和在界麵上定向排列,溶液的表麵張力隨濃度的增高而迅速降低,其使用性能亦相應地提高。直至達到CMC時,表麵活性劑已在溶液的界麵上排列成單分子膜,此時表麵張力降至最低點。此後活性物濃度的增高對於表麵張力和使用性能的影響不大。表麵活性劑的實際補加量,通常都執行超過CMC濃度的原則。因此CMC是反映表麵活性劑的一個重要指標。