表面活性劑（surfactant），是指是能使目標(biāo)溶液表面張力顯著下降的物質(zhì)。具有固定的親水親油基團(tuán)，在溶液的表面能定向排列。表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)具有兩性：一端為親水基團(tuán)，另一端為疏水基團(tuán)；親水基團(tuán)常為極性基團(tuán)，如羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其鹽，羥基、酰胺基、醚鍵等也可作為極性親水基團(tuán)；而疏水基團(tuán)常為非極性烴鏈，如8個(gè)碳原子以上烴鏈。表面活性劑分為離子型表面活性劑（包括陽離子表面活性劑與陰離子表面活性劑）、非離子型表面活性劑、兩性表面活性劑、復(fù)配表面活性劑、其他表面活性劑等。接下來江蘇大堯化工技術(shù)部為您詳解表面活性劑的基本理論知識(shí)：

1、表面張力

把液體表面任意單位長度的收縮力稱為表面張力，單位為N?m-1。

2、表面活性和表面活性劑

將能降低溶劑表面張力的性質(zhì)稱為表面活性，而具有表面活性的物質(zhì)稱為表面活性物質(zhì)。

把能在水溶液中分子發(fā)生締合且形成膠束等締合體，并具有較高的表面活性，同時(shí)還具有潤濕﹑乳化﹑起泡﹑洗滌等作用的表面活性物質(zhì)稱為表面活性劑。

3、表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

表面活性劑是一種具有特殊結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的有機(jī)化合物，它們能明顯地改變兩相間的界面張力或液體（一般為水）的表面張力，具有潤濕﹑起泡﹑乳化﹑洗滌等性能。

就結(jié)構(gòu)而言，表面活性劑都有一個(gè)共同的特點(diǎn)，即其分子中含有兩種不同性質(zhì)的基團(tuán)，一端是長鏈非極性基團(tuán)，能溶于油而不溶于水，亦即所謂的疏水基團(tuán)或憎水基，這種憎水基一般都是長鏈的碳?xì)浠衔?，有時(shí)也為有機(jī)氟﹑有機(jī)硅﹑有機(jī)磷﹑有機(jī)錫鏈等。另一端則是水溶性的基團(tuán)，即親水基團(tuán)或親水基。親水基團(tuán)必須有足夠的親水性，以保證整個(gè)表面活性劑能溶于水，并有必要的溶解度。由于表面活性劑含有親水基和疏水基，因而它們至少能溶于液相中的某一相。表面活性劑的這種既親水又親油的性質(zhì)稱為兩親性。

4、表面活性劑的類型

表面活性劑是一種既有疏水基團(tuán)又有親水基團(tuán)的兩親性分子。表面活性劑的疏水基團(tuán)一般是由長鏈的碳?xì)錁?gòu)成，如直鏈烷基C8～C20，支鏈烷基C8～C20，烷基苯基（烷基碳原子數(shù)為8～16）等。疏水基團(tuán)的差別主要是在碳?xì)滏湹慕Y(jié)構(gòu)變化上，差別較小，而親水基團(tuán)的種類則較多，所以表面活性劑的性質(zhì)除與疏水基團(tuán)的大小﹑形狀有關(guān)外，主要還與親水基團(tuán)有關(guān)。親水基團(tuán)的結(jié)構(gòu)變化較疏水基團(tuán)大，因而表面活性劑的分類一般以親水基團(tuán)的結(jié)構(gòu)為依據(jù)。這種分類是以親水基團(tuán)是否是離子型為主，將其分為陰離子型﹑陽離子型﹑非離子型﹑兩性離子型和其他特殊類型的表面活性劑。

5、表面活性劑水溶液的特性

① 表面活性劑在界面上的吸附

表面活性劑分子中具有親油基和親水基，為兩親分子。水是強(qiáng)極性液體，當(dāng)表面活性劑溶于水中時(shí)，根據(jù)極性相似相引﹑極性相異相斥原理，其親水基與水相引而溶于水，其親油基與水相斥而離開水，結(jié)果表面活性劑分子（或離子）吸附在兩相界面上，使兩相間的界面張力降低。表面活性劑分子（或離子）在界面上吸附越多，界面張力降低越大。

② 吸附膜的一些性質(zhì)

吸附膜的表面壓力： 表面活性劑在氣液界面吸附形成吸附膜，如在界面上放置一無摩擦可移動(dòng)浮片，以浮片沿溶液面推動(dòng)吸附質(zhì)膜，膜對(duì)浮片產(chǎn)生一壓力，此壓力稱為表面壓力。

表面黏度：與表面壓力一樣，表面黏度是由不溶性分子膜表現(xiàn)出的一種性質(zhì)。以細(xì)金屬絲懸吊一白金環(huán)，令其平面接觸水槽的水表面，旋轉(zhuǎn)白金環(huán)，白金環(huán)受水的黏度阻礙，振幅逐漸衰減，據(jù)此可測(cè)定表面黏度，方法是：先在純水表面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)出振幅衰減，然后測(cè)定形成表面膜后的衰減，從兩者的差值求出表面膜的黏度。

表面黏度與表面膜的牢固度密切有關(guān)，由于吸附膜有表面壓力和黏度，它必定具有彈性。吸附膜的表面壓力越大，黏度越高，其彈性模量就越大。表面吸附膜的彈性模量在穩(wěn)泡過程中有重要意義。

③ 膠束的形成

表面活性劑的稀溶液服從理想溶液所遵循的規(guī)律。表面活性劑在溶液表面的吸附量隨溶液濃度增高而增多，當(dāng)濃度達(dá)到或超過某值后，吸附量不再增加，這些過多的表面活性劑分子在溶液內(nèi)是雜亂無章的，抑或以某種有規(guī)律的方式存在。實(shí)踐和理論均表明，它們?cè)谌芤簝?nèi)形成締合體，這種締合體稱為膠束。

臨界膠束濃度： 表面活性劑在溶液中形成膠束的最低濃度稱為臨界膠束濃度。

④常見表面活性劑的cmc值。

6、親水親油平衡值

HLB是hydrophile lipophile balance的縮寫，表示了表面活性劑的親水基團(tuán)和親油基團(tuán)具有的親水親油平衡值，即表面活性劑HLB值。HLB值大，表示分子的親水性強(qiáng)，親油性弱；反之親油性強(qiáng)，親水性弱。

HLB值的規(guī)定：HLB值是個(gè)相對(duì)值，故在制定HLB值時(shí)，作為標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定無親水性能的石蠟的HLB值為0，而水溶性較強(qiáng)的十二烷基硫酸鈉的HLB值為40。因此表面活性劑的HLB值一般在1～40范圍以內(nèi)。通常來說，HLB值小于10的乳化劑為親油性的，而大于10的乳化劑則是親水性的。因此，由親油性到親水性的轉(zhuǎn)折點(diǎn)約為10。

7、乳化作用和增溶作用

兩種互不溶的液體，一種以微粒（液滴或液晶）分散于另一種中形成的體系稱為乳狀液。形成乳狀液時(shí)由于兩液體的界面積增大，所以這種體系在熱力學(xué)上是不穩(wěn)定的，為使乳狀液穩(wěn)定需要加入第三組分—乳化劑以降低體系的界面能。乳化劑屬于表面活性劑，其主要功能是起乳作用。乳狀液中以液滴存在的那一相稱為分散相（或內(nèi)相﹑不連續(xù)相），連成一片的另一相叫做分散介質(zhì)（或外相﹑連續(xù)相）。

①乳化劑和乳狀液

常見的乳狀液，一相是水或水溶液，另一相是與水不相混溶的有機(jī)物，如油脂﹑蠟等。水和油形成的乳狀液，根據(jù)其分散情形可分為兩種：油分散在水中形成水包油型乳狀液，以O(shè)/W（油/水）表示：水分散油中形成油包水型乳狀液，以W/O（水/油）表示。此外還可能形成復(fù)雜的水包油包水W/O/W型和油包水包油O/W/O型的多元乳狀液。

②乳化液的制備方法和影響乳狀液穩(wěn)定性的因素

制備乳狀液的方法有兩種：一種是采用機(jī)械法使液體以微小的粒子分散于另一種液體中，工業(yè)上多采用這種方法制備乳狀液；另一種是將液體以分子狀態(tài)溶于另一液體中，然后使其適當(dāng)?shù)鼐奂纬扇闋钜骸?/span>

表面活性劑在水溶液中形成膠束后具有能使不溶或微溶于水的有機(jī)物的溶解度顯著增大的能力，且此時(shí)溶液呈透明狀，膠束的這種作用稱為增溶。能產(chǎn)生增溶作用的表面活性劑叫做增溶劑，被增溶的有機(jī)物稱為被增溶物。

8、泡沫

泡沫在洗滌過程中起著重要的作用。泡沫是指氣體分散在液體或固體中的分散體系，氣體為分散相，液體或固體為分散介質(zhì)，前者稱為液體泡沫，而后者稱為固體泡沫，如泡沫塑料，泡沫玻璃，泡沫水泥等。

表面吸附分子相互作用強(qiáng)時(shí)，吸附分子排列結(jié)構(gòu)緊密，這不僅使表面膜本身具有較高的強(qiáng)度，而且因表面黏度較高使鄰近表面膜的溶液不易流動(dòng)，液膜排液相對(duì)困難，液膜的厚度易于維持。此外，排列緊密的表面分子還能減低氣體分子的透過性從而也可增加泡沫的穩(wěn)定性。

泡沫的破壞

破壞泡沫的基本原則就是改變產(chǎn)生泡沫的條件或消除泡沫的穩(wěn)定因素，因而有物理和化學(xué)兩種消泡方法。

物理消泡就是在維持泡沫溶液的化學(xué)成分不變的情況下改變泡沫產(chǎn)生的條件，如外力的擾動(dòng)﹑溫度或壓力的改變以及超聲處理等都是消除泡沫的有效物理方法。

化學(xué)消泡法是加入某些物質(zhì)與起泡劑發(fā)生作用，降低泡沫中液膜的強(qiáng)度進(jìn)而降低泡沫的穩(wěn)定性以達(dá)到消泡的目的，這樣的物質(zhì)稱為消泡劑。消泡劑大多數(shù)為表面活性劑。因此根據(jù)消泡的作用機(jī)理，消泡劑應(yīng)當(dāng)具有較強(qiáng)的降低表面張力的能力，容易吸附在表面上，且表面吸附分子間的相互作用較弱，吸附分子排列結(jié)構(gòu)較為疏松。

消泡劑的種類多種多樣，但基本上都為非離子表面活性劑。非離子表面活性劑在其濁點(diǎn)附近或濁點(diǎn)以上時(shí)具有防泡性能，常用作消泡劑。醇類，特別是有分支結(jié)構(gòu)的醇﹑脂肪酸及脂肪酸酯﹑多酰胺﹑磷酸酯﹑硅油等也是常用的優(yōu)良消泡劑。

9、洗滌過程

從廣義上講，洗滌是從被洗滌對(duì)象中除去不需要的成分并達(dá)到某種目的的過程。通常意義的洗滌是指從載體表面去除污垢的過程。在洗滌時(shí)，通過一些化學(xué)物質(zhì)（如洗滌劑等）的作用以減弱或消除污垢與載體之間的相互作用，使污垢與載體的結(jié)合轉(zhuǎn)變?yōu)槲酃概c洗滌劑的結(jié)合，最終使污垢與載體脫離，因被洗滌對(duì)象和要清除的污垢是多種多樣的，因此洗滌是一個(gè)十分復(fù)雜的過程。

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