表面活性劑化學第三章SA功能和應用課件

1、上章主要內(nèi)容2.1表面張力與表面活性2.2表面活性劑膠束2.3表面活性劑結構與性能的關系表面活性劑化學第三章表面活性劑的功能與應用2022/10/11 表面活性劑顯著地降低了體系的表面張力，當濃度超過CMC 時，溶液內(nèi)部形成膠束，從而產(chǎn)生增溶、乳化、潤濕、分散、起泡和洗滌等多方面的作用。其應用領域從洗滌劑和化妝品等日化工業(yè)擴展到各個部門，如食品、藥物、紡織、金屬加工、石油、建筑等行業(yè)。2022/10/113.1增溶作用3.1.1 增溶作用的定義和特點增溶作用：指由于SA膠束的存在，使得在溶劑中難溶乃至不溶的物質(zhì)溶解度顯著增加的作用。增溶作用可使被增溶物的化學勢降低，使體系更加穩(wěn)定，是自發(fā)進行的

2、過程。2-硝基二苯胺在月桂酸鉀水溶液中的溶解度 2022/10/113.1.2 增溶作用的方式通過X射線衍射、紫外光譜、核磁共振等分析方法，增溶作用主要有四種方式：非極性分子在膠束內(nèi)核的增溶在表面活性劑分子間的增溶在膠束表面的吸附增溶聚氧乙烯鏈間的增溶（1）加溶于膠團內(nèi)核 飽和脂肪烴、環(huán)烷烴及苯等不易極化的非極性有機化合物，一般被加溶于膠團的內(nèi)核中，就像溶于非極性碳氫化合物液體中一樣。加溶后的紫外光譜或核磁共振譜表明被加溶物處于非極性環(huán)境中，X射線表明在加溶后膠團變大。 （3）吸附于膠團表面 一些既不溶于水也不溶于非極性烴的小分子極性有機化合物，如苯二甲酸二甲酯以及一些染料，吸附于膠團的外殼或

3、部分進入表面活性劑極性基層而被加溶。這些加溶物的光譜表明，它們處于極性環(huán)境中。在非離子表面活性劑溶液中，此類物質(zhì)加溶于膠團的聚氧乙烯外殼中。（4）聚氧乙烯鏈間的增溶 對短鏈芳香烴類的苯、乙苯 、苯酚等較易極化的碳氫化合物，開始加溶時被吸附于膠團-水界面處，加溶量增多后，插入定向排列的表面活性劑極性基之間，進而更深地進入膠團內(nèi)核。在聚氧乙烯基為親水基的非離子表面活性劑膠團溶液中，苯加溶于膠團的聚氧乙烯外殼中。2022/10/112022/10/113.1.3 增溶作用的主要影響因素表面活性劑的化學結構 1.具有相同親油基的SA，對烴類及極性有機物的增溶作用大小為：非離子陽離子陰離子 2.膠束越大

4、，對增溶到膠束內(nèi)部的物質(zhì)增溶量越大2022/10/113.親油基部分帶有分支結構的SA增溶作用較直連的小。4.帶有不飽和結構的SA或在活性劑分子上引入第二極性基團時，對烴類的增溶作用減小，而對長鏈極性物增溶量增加。2022/10/11 對于含聚氧乙烯基的非離子SA，溫度升高，聚氧乙烯基與水分子間的氫鍵遭破壞，水化作用減少，膠束易生成，聚集數(shù)增大，對非極性碳氫化合物以及鹵代烴等的增溶作用有很大提高。添加無機電解質(zhì)的影響 在離子型表面活性劑溶液中添加少量無機電解質(zhì)，可增加烴類物質(zhì)的增溶程度，但使極性有機物的增溶程度減少。P31 圖3-5有機物添加劑的影響2022/10/11 添加有機物后，使其對極

5、性及非極性化合物的增溶程度增加。 增加了一種極性有機物后，會使表面活性劑對另一種極性有機物的增溶程度降低。2022/10/113.1.4 增溶作用的應用 目前，增溶作用主要應用在乳液聚合、石油開采，膠片生產(chǎn)及洗滌等方面。 乳液聚合是使原料分散于水中形成乳狀液，在催化劑作用下進行聚合的過程。 石油工業(yè)中，增溶作用被利用來驅(qū)油，以提高石油的開采率。利用SA在溶液中形成膠束的性質(zhì)，將表面活性劑、助劑、油混合在一起，使之形成均勻的膠束溶液。 在膠片生產(chǎn)過程中，膠片上常出現(xiàn)微小油脂雜質(zhì)造成的斑點，在乳化劑中加入適當?shù)谋砻婊钚詣媚z束的增溶作用可以使斑點消除。我要科研對難溶性藥物的增溶：甾體類藥物，維

6、生素A、D、E、K對抗生素的增溶2022/10/113.2 乳化與破乳作用乳狀液： 指一種或多種液體以液珠形式分散在與它不相混溶的液體中形成的分散體系。 形成的乳狀液的顏色和外觀與體系中液滴的大小有關，通常乳狀液直徑在0.1m以上，屬粗分散體。內(nèi)相： 以液珠形式存在的一相稱為。也叫不連續(xù)相或分散相。另一相連成一片，叫外相，或連續(xù)相或分散介質(zhì)。2022/10/113.2.1乳狀液的類型及形成乳狀液的類型和鑒別乳狀液通常有以下三種：水包油型（O/W）,如，人乳，牛奶。油包水型（W/O），如原油、油性化妝品套圈性（O/W/O）和（W/O/W）,由水相和油相一層一層交替分散形成的乳狀液。一般存在于原油

7、中。乳狀液的鑒別主要有：稀釋法：利用乳狀液能夠與其外相液體相混溶的特點，一水或油性液體稀釋乳狀液便可確定其類型。染料法 ： 將少量水溶性染料加入乳狀液中，如整體被染上顏色，表明乳狀液是O/W型，而只有分散的液滴帶色，表明乳狀液是W/O。電導法： O/W型乳狀液的電導性好，W / O型乳狀液的導電性差。2022/10/11乳狀液類型檢驗水包油乳狀液加入水溶性染料如亞甲基藍，說明水是連續(xù)相。加入油溶性的染料紅色蘇丹，說明油是不連續(xù)相。影響乳狀液類型的主要因素 相體積 （Ostwald） 當液珠體積分數(shù)大于74.02%時，乳狀液就會被破壞或發(fā)生轉型。如油的相體積分數(shù)大于74.02%時，只能形成 W

8、/ O型乳狀液，如果少于25.95%就只能形成 O/W乳狀液。而事實也并非如此。2022/10/112.乳化劑的分子結構和性質(zhì) 一價的金屬鹽極性頭的橫截面積大于非極性碳氫鏈的橫截面積，在該類乳化劑的作用下容易生成O/W型乳狀液。 二價的金屬鹽為乳化劑時，容易生成W/O乳狀液。因為二價金屬鹽的親油基由兩個碳氫鏈組成，親油基的很截面積大于極性頭的面積。但該理論也有較多缺陷。如銀鹽為乳化劑形成的是W/O型乳液。 除分子形態(tài)外，乳化劑的親水性和溶解度的影響也是不可忽視的。 Bancroft提出，油、水兩相中對乳化劑溶解度大的一相將成為外相，即分散介質(zhì)。3.乳化器的材質(zhì) 乳化過程中，器壁的親水親油性對形

9、成乳狀液類型有一定的影響。通常器壁的親水性強容易得到 O/W乳狀液。表3-32022/10/114.兩相的聚集速度 1957年Davies經(jīng)過研究指出，在乳化劑，油、水一起搖蕩時，油相和水相都破裂成液滴，最終形成的乳狀液類型取決于兩種液滴的聚結速度。液滴的聚結速度與乳化劑的親水親油性質(zhì)油很大關系。當乳化劑的親水性較強時，親水部分對油滴的聚結有較大的阻礙作用，使油滴的聚集速度減慢，而水滴的聚集速度大于油滴的聚集速度，最終使水成為連續(xù)相。2022/10/113.2.2 影響乳狀液穩(wěn)定性的因素乳狀液的穩(wěn)定性：指防止相同液滴聚結在一起導致兩個液相分離的能力。影響乳狀液穩(wěn)定性的因素主要有以下幾個方面：1

10、.表面張力 低的油-水表面張力有助于體系的穩(wěn)定。2.界面膜的性質(zhì) 較低的表面張力主要表明乳狀液易生成，但不是影響乳狀液穩(wěn)定的唯一因素。乳化劑濃度越高，則乳化液的穩(wěn)定性越高3.界面電荷 大部分穩(wěn)定的乳狀液液滴表面都帶有電荷。分散相液滴表面的電荷對乳液穩(wěn)定起十分重要的作用。2022/10/11（1）離子型表面活性劑作為乳化劑時，乳化劑分子吸附于油-水界面，極性基團伸入水相發(fā)生解離而使液滴帶電電荷的來源途徑有三：（2）非離子SA做乳化劑時，液滴主要通過從水相中吸附離子使自身帶電荷（3）液滴與分散介質(zhì)發(fā)生摩擦，使液滴表面帶電。所帶電荷與兩相的介電常數(shù)有關，介電常數(shù)大的一相帶正電荷。液滴表面帶電后，其周

11、圍會形成雙電層，從而阻止了液滴間的聚結。故液滴表面電荷密度越大，乳狀液穩(wěn)定性越高。2022/10/114.乳狀液分散介質(zhì)的黏度 Stocks 沉降速度公式 在乳狀液中加入高分子化合物或其它能溶于分散介質(zhì)的增稠劑，能提高乳液的穩(wěn)定性。5.固體粉末的加入 固體粉末增加了界面膜的機械強度。常用粉末有炭黑、松香、CaCO3、SiO2、氫氧化鐵等2022/10/113.2.3 乳化劑及其選擇依據(jù) 主要的乳化劑品種有：表面活性劑、高分子化合物、天然化合物、固體粉末四大類。其中，表面活性劑主要是陰離子型和非離子型。 高分子化合物主要是動物膠和植物膠，植物膠主要為酸性和中性多糖。如魔芋膠、田菁膠等。 將兩種液

12、體乳化制成乳狀液，關鍵在于選擇合適的乳化劑。 目前，乳化劑的選擇最常用的方法是HLB法和PIT（相轉變溫度）法。（1）HLB法（2）PIT 法2022/10/113.2.4 乳狀液的破乳乳液的破壞有分層、變型、破乳三種方式。分層：由于分散相和分散介質(zhì)的密度不同，在重力和其它外力作用下，分散相液滴上升或下降的現(xiàn)象。變型：乳狀液從一種類型轉變?yōu)榱硪环N類型。破乳：乳狀液完全被破壞，發(fā)生油水分層的現(xiàn)象。破乳的方法有：機械法：是利用外力使乳液破乳的方法，如，離心分離法。物理法：常用的有電沉積法、超聲波法、過濾法?；瘜W法：主要通過改變?nèi)闋钜旱念愋突蚪缑嫘再|(zhì)，降低乳液的穩(wěn)定性從 而破乳。2022/10/11

13、破乳劑破乳的機理：頂替作用：新加入乳化劑代替原來的乳化劑潤濕作用：在以固體粉末為乳化劑的乳狀液中絮凝-聚結作用：主要為分子量較大的非離子表面活性劑破壞界面膜：在加熱或攪拌條件下進行破乳劑的的種類有陰離子型、非離子型和陽離子型。2022/10/113.2.5 乳化和破乳的應用乳狀液在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及日常生活中具有十分廣泛的應用：農(nóng)藥的配制、原油開采、紡織制革、食品、醫(yī)藥及日用品。在農(nóng)藥中的應用：在農(nóng)藥制劑中應用最廣的一種體系就是乳狀液。使用時制成適于不同條件使用的乳狀液。目前常用到的農(nóng)藥乳狀液主要有三類：可溶解性乳狀液：由親水性較大的原藥組成的所謂可溶解性乳油。DDV,樂果等。形成類似真溶液的乳狀液

14、。乳化時加入乳化劑主要功能是穩(wěn)定乳液，并賦予乳液鋪展、潤濕和滲透性能。水包油型乳狀液：增溶性乳油兌水而成。濃乳狀液：由乳化性乳油或濃乳劑兌水而得。2022/10/11在金屬加工中的應用 使用合適的金屬切削液可以起到降低切削溫度、放系減少切削力的潤濕作用、去除切屑的清洗作用。切削液使用最廣的是O/W型乳狀液。其組成成分主要有礦物油、表面活性劑、防銹劑、防蝕劑和其它添加劑。表面活性劑其乳化作用。在化妝品中的應用 化妝品以乳狀液為主，化妝品使用的乳化劑主要有合成乳化劑、天然乳化劑和固體粉末乳化劑。合成乳化劑中非離子乳化劑對水的硬度不敏感，不受介質(zhì)pH值的限制，使用方面，是化妝品中應用最為廣泛的乳化劑

15、。 陰離子乳化劑主要有油酸及其鈉鹽和鉀鹽、烷基芳磺酸鹽、三乙醇胺有機酸酯，月桂基硫酸鈉。陽離子乳化劑使用很少。2022/10/11乳化瀝青 乳化瀝青是將瀝青機械粉碎成細微顆粒，分散在含有表面活性劑的水溶液中，乳化劑吸附于瀝青-水界面上，防止瀝青顆粒的絮凝和聚結。 乳化瀝青可以在常溫下使用，凝固時間短，設備簡單，無臭氣。 制備乳化瀝青的乳化劑如硬脂酸鈉、烷基芳磺酸鹽等陰離子表面活性劑。 2022/10/11在原油開采中的應用 據(jù)統(tǒng)計現(xiàn)在世界上原油25%是以乳狀液的形式開采出來的。乳化原油不僅給集輸工作造成麻煩，還會在煉制時由于含水，含鹽引起腐蝕，結垢、沖塔。所以在石油外輸時先需脫水，使油中含水量

16、少于0.5%，脫出的污水含油量小于0.05%。 早期的破乳劑以羧酸鹽、硫酸酯鹽、磺酸鹽等陰離子表面活性劑為主，價格便宜但用量大，易受電解質(zhì)影響。后使用低分子非離子表面活性劑，它耐酸、耐堿但用量依然較大。20世紀60年代后開發(fā)了高分子型非離子型表面活性劑，主要是聚氧乙烯-聚氧丙烯嵌段共聚物。 乳化鉆井液是鉆井中必須使用的，有O/W和W/O型兩類。鉆井液的功能包括從井中清除巖屑、清除井底、控制地下壓力、冷卻與潤滑鉆頭防止底層坍塌等。2022/10/113.3 潤濕功能 潤濕：一種流體被另一種流體從固體表面或固-液界面所取代的過程。在洗滌、印染、潤滑、農(nóng)藥噴灑、膠片涂布、原油的開采及集輸?shù)染詽櫇駷?/p>

17、基礎。2022/10/113.3.1潤濕過程潤濕過程主要分為三類，沾濕、浸濕、鋪展。沾濕 主要指液-氣和固-氣面上的氣體被液體取代的過程。 SG +LG sl浸濕：指固體浸入液體的過程SG SL鋪展：液體取代固體表面上的氣體，將固-氣界面用固-液面代替的同時，液體表面能夠擴展的現(xiàn)象 SG sl +LG 2022/10/11對于同一體系，如果液體能在固體表面鋪展，則沾濕和浸濕現(xiàn)象必然會發(fā)生。固體表面自由能越大，液體表面張力越低，對潤濕越有利。接觸角: 在氣、液、固三相交界點，自固-液界面經(jīng)過液體內(nèi)部到氣-液界面的夾角，通常用表示。lsgANMs-ls-g l-g 2022/10/11越小，潤濕性

18、能越好，當為零或不存在時叫鋪展， 90叫不潤濕，小于90叫潤濕。2022/10/11完全不潤濕不能潤濕能潤濕完全潤濕接觸角的示意圖2022/10/112022/10/112022/10/11表面活性劑在潤濕過程中的作用 一般來說，固體表面能愈高，即固/氣越大，愈易潤濕。 一般液體的表面張力都在0.1N.m-1以下，大于此值的固體稱為高能表面固體，如金屬及其氧化物、硫化物、無機鹽等無機固體。 高能固體表面如與一般液體接觸，體系表面的吉布斯自由能將有較大降低，故能為一般液體所潤濕；低能固體表面一般潤濕性能不好。2022/10/11潤濕劑：能使液體潤濕或加速潤濕固體表面的表面活性劑稱為。滲透劑：能使

19、液體滲透或加速滲進入孔性固體內(nèi)表面的表面活性劑叫。潤濕劑的分子結構特點：疏水鏈應具有側鏈，且親水基應位于中部。作為潤濕劑的主要是陰離子和非離子型表面活性劑2022/10/113.3.1 表面活性劑的潤濕作用表面活性劑的潤濕作用具體表現(xiàn)在兩個方面：在固體表面發(fā)生定向吸附提高液體的潤濕能力2022/10/113.3.1 表面活性劑在潤濕方面的應用礦物的泡沫浮選 礦物浮選法是指利用礦物表面疏水-親水性的差別從礦漿中浮出礦物的富集過程。浮選法的基本原理是借助氣泡浮力來浮游礦石，實現(xiàn)礦石和脈石分離的選礦技術。浮選使用的浮選劑由捕集劑、起泡劑和調(diào)整劑組成。調(diào)整劑包括活化劑、抑制劑、pH調(diào)整劑、絮凝劑、分散

20、劑等。捕集劑和起泡劑是各種類型的表面活性劑。 首先將粗礦磨碎，傾入浮選池中。在池水中加入捕集劑和起泡劑等表面活性劑。 攪拌并從池底鼓氣，帶有有效礦粉的氣泡聚集表面，收集并滅泡濃縮，從而達到了富集的目的。 不含礦石的泥砂、巖石留在池底，定時清除。2022/10/11浮 游 選 礦浮游選礦的原理圖 當?shù)V砂表面有5%被捕集劑覆蓋時，就使表面產(chǎn)生憎水性，它會附在氣泡上一起升到液面，便于收集。 選擇合適的捕集劑，使它的親水基團只吸在礦砂的表面，憎水基朝向水。2022/10/11金屬的防蝕與緩蝕 應用緩蝕劑、改變腐蝕介質(zhì)的性質(zhì)是防止金屬電化學腐蝕的一種重要方法。 緩蝕劑按照其對電極過程發(fā)生的主要影響可分為

21、陽極緩蝕劑、陰極緩蝕劑和混合型緩蝕劑。按其化學成分可分為無機緩蝕劑和有機緩蝕劑。按形態(tài)可分為油溶性緩蝕劑、揮發(fā)性緩蝕劑、水溶性緩蝕劑。 金屬防銹常用金屬緩蝕劑2022/10/11織物的防水防油處理1.織物的防水處理 對纖維進行防水處理的較好方法是在纖維表面形成極薄的強疏水性涂層。2.織物的防油處理 防油處理主要使用碳氟表面活性劑，在織物表面形成充填-CF3基團的表面層。在農(nóng)藥中的應用 許多的植物、害蟲和雜草表面常覆蓋一層地表面能的疏水蠟質(zhì)層，這使其表面不易被水和藥液潤濕。為此需要在藥液中添加潤濕劑和滲透劑。有利于藥液在植物葉片上的鋪展。 用作潤濕劑的滲透劑主要是陰離子和非離子表面活性劑。3.4

22、氣泡和消泡作用3.4.1泡沫的形成及其穩(wěn)定性泡沫是氣體分散于液體中的分散體系，氣體為分散相，液體為分散介質(zhì)。 有些情況下泡沫的產(chǎn)生是有利的，如，礦物浮選，泡沫滅火器。有些情況是不利的，污水處理，抗生素的發(fā)酵等。2022/10/112022/10/112022/10/11 泡沫中的旗袍被一層極薄的的液膜隔開，形成多面體，在氣泡交界處形成了plateau邊界，據(jù)Laplace公式 p=2r/R2022/10/11泡沫破壞的原因：1.Plateau邊界的存在。2.受重力影響的向下排液3.氣泡內(nèi)氣體的擴散4.液面氣泡因跑內(nèi)壓力大于大氣壓而破壞2022/10/11影響氣泡穩(wěn)定性的因素：（1）表面張力 低

23、的表面張力有利于氣泡的形成，是泡沫產(chǎn)生的重要條件，但不是泡沫穩(wěn)定的決定性因素。（2）界面膜的性質(zhì) 界面膜的強度是決定泡沫穩(wěn)定性的關鍵因素。界面膜的親睹取決于液膜的表面黏度、液膜彈性、膜內(nèi)液體的黏度。 理想的液膜應該是高粘度和高彈性的聚集膜。2022/10/11（3）表面張力的修復作用 指泡沫的液膜受外界擾動或自排液變薄時，會通過自身收縮或由其它部位補充恢復原來的現(xiàn)象。純液體不能形成穩(wěn)定的泡沫。2022/10/112022/10/11（4）表面電荷 如泡沫液膜的表面帶有相同電荷，當液膜受擠壓，氣流沖擊，重力排液使液膜變薄時液膜的兩個表面將會產(chǎn)生斥力作用以阻止液膜變薄，提高泡沫穩(wěn)定性。（5）泡內(nèi)氣

24、體的擴散 泡沫中氣泡的大小不均勻，小泡內(nèi)氣體壓力較大，透過液膜向低壓的大泡內(nèi)擴散；另一方面，液面的氣泡向大氣排氣。 表面活性劑分子吸附于泡沫的液膜上，形成緊密排列的吸附膜，起到了阻止氣泡排氣的作用。（6）表面活性劑的分子結構 通常12-14個碳原子的疏水鏈效果最好。表面活性劑的水化能力越強，泡沫的穩(wěn)定性增加；分子結構中還有羥基、氨基、酰胺基的SA 穩(wěn)泡性能好。2022/10/113.4.2 SA 的起泡和穩(wěn)泡作用表面活性劑的起泡性SA 的起泡性：指表面活性劑溶液在外界作用下產(chǎn)生泡沫的難易程度。2022/10/11泡沫形成示意圖 在泡沫形成的過程中，氣-液界面的面積急劇增加，體系的能量也隨之增加

25、，因此需外界對體系做功。 W外= E=r A E:為泡沫產(chǎn)生前后體系的能量差 表面活性劑的起泡性可以用其降低水的表面張力的能力來表征。具有良好起泡性的通常是陰離子表面活性劑。表面活性劑的穩(wěn)泡性 SA的穩(wěn)泡性：指表面活性劑在水溶液產(chǎn)生泡沫之后，泡沫的持久性或泡沫壽命的長短。常用的穩(wěn)泡劑主要有： （1）天然化合物2022/10/11 主要為明膠和皂素兩種。二者隨降低表面張力的能力不強，但能在泡沫的液膜表面形成高粘度和高彈性的界面膜，故具有較好的穩(wěn)泡效果。（2）高分子化合物 如聚乙烯醇、甲基纖維素、改性淀粉、羥乙基淀粉等，此類物質(zhì)具有良好的水溶性，不僅能提高液相的黏度，阻止液膜排液，同時還能形成高強

26、度的界面膜，故穩(wěn)泡效果好（3）合成表面活性劑 一般為非離子SA,分子結構中多含有-NH2, -CONH-, -OH, - COOH, -CO-, -COOR,-O-等能夠生成氫鍵的基團，用以提高液膜的表面黏度。2022/10/113.4.3 表面活性劑的消泡作用 泡沫在微生物工業(yè)，發(fā)酵釀造工業(yè)，減壓蒸餾，溶液濃縮，機械洗滌等過程中是有害的。 消泡劑：具有破壞泡沫能力的表面活性劑叫-。 一般認為，帶短聚氧乙烯鏈的非離子表面活性劑和聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物具有較好的抑泡性能。 一種好的消泡劑既能快速的消除泡沫，又能在相當長的時間內(nèi)防止泡沫的產(chǎn)生。2022/10/11泡沫的消除機理使液膜局部表面張

27、力降低2022/10/112.破壞界面膜彈性是液膜失去自修復作用3.降低液膜黏度2022/10/114.固體顆粒的消泡作用2022/10/11消泡劑（1）天然油脂和礦物油 e.g. 棉籽油、蓖麻油、椰子油、豬、牛油等。此類消泡劑價格低廉。（2）固體顆粒 常溫下為固體，具有疏水性表面。如，二氧化硅、膨潤土、硅藻土、滑石粉、二氧化鈦、脂肪酰胺、重金屬皂等。（3）合成表面活性劑 主要是非離子表面活性劑，包括多元醇脂肪酸酯型、聚醚型和含硅表面活性劑。 2022/10/113.4.4 起泡和消泡的應用起泡作用在泡沫滅火中的應用 泡沫滅火劑主要是由高起泡能力的表面活性劑組成，大都為高級脂肪酸類或高碳醇類的

28、陰離子，非離子和兩性表面活性劑。為提高泡沫的穩(wěn)定性，可添加月桂醇、乙醇胺、羧甲基纖維素等穩(wěn)泡劑。泡沫滅火的基本原理：1.借助泡沫中水分起冷卻作用2.在燃燒體表面覆蓋一層泡沫層，膠束膜或凝膠層與氧隔絕3.對木材、棉等固體通過SA滲透和潤濕作用，使泡沫易于滲入燃燒體4.油類物質(zhì)，SA 起乳化、凝膠化及鋪展形成隔離層。2022/10/11據(jù)主要成分的不同，泡沫滅火劑分為：蛋白質(zhì)泡沫滅火器，合成表面活性劑滅火劑、碳氟表面活性劑滅火劑、水溶性液體火災用泡沫滅火劑和化學泡沫滅火劑。（1）蛋白質(zhì)泡沫滅火劑 天然蛋白主要來自牛、馬的蹄，角等。水解后加入二價鐵鹽，防腐劑，防凍劑即得原液，滅石油火效果極佳。（2）

29、合成表面活性劑滅火劑 主要為高泡性滅火劑為主，適用于石油、氣體燃料、固體燃料火災，可用在有限空間的室內(nèi)滅火，也可用在坑道、地道、高層建筑等場所。2022/10/11氣泡作用在原油開采中的應用（1）泡沫鉆井液 密度和壓力低，泡沫細小。具有良好的粘滯性和攜帶鉆屑的能力。常用發(fā)泡劑有：烷基苯磺酸鹽，烷基硫酸鹽、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉，月桂酰二乙醇胺等。（2）泡沫驅(qū)油劑驅(qū)油劑：為提高原油采收率從油田的注入井注入油層，將原油驅(qū)至油井的物質(zhì)。 泡沫驅(qū)油劑對非均質(zhì)油層的驅(qū)油效果更顯著。2022/10/11（3）泡沫壓裂液 壓裂液是壓裂過程中使用的液體，主要作用是向地層傳遞壓力并攜帶支撐劑。如水基壓裂液主要有

30、水、氣體、起泡劑組成。（4）泡沫沖沙洗井 油井長期開采，地層壓力下降，出沙造成產(chǎn)層堵塞，使油井產(chǎn)量下降，早期清水洗井造成大量液體漏人地層，泡沫沖沙洗井可大大改善凈化井眼的效果。消泡在發(fā)酵工業(yè)中的應用 抗生素、維生素、酒類、醬油等過程中，泡沫對微生物的培養(yǎng)不利，會妨礙菌體的分離、濃縮、制品的分離。 發(fā)泡過程對消泡劑的要求有哪些？2022/10/11消泡作用在輕工業(yè)中的應用 乳膠生產(chǎn)中所產(chǎn)生的氣泡，常采用仲辛醇、甲基環(huán)己醇、甘油單蓖麻酸酯，羊毛脂、丙二醇聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段型聚醚等。另外，紡織工業(yè)中，從紡紗、織造、印染，后整理等都需消泡劑。 造紙工業(yè)中也用消泡劑以提高紙張質(zhì)量。2022/10/11

31、3.5 洗滌和去污作用洗滌：自浸在某種介質(zhì)中的待洗物體表面去除污垢的過程稱為-。洗滌體系是復雜的多相分散體系，分散介質(zhì)是含有多種組分的復雜溶液。洗滌劑、污垢、待洗物體之間發(fā)生潤濕、滲透、吸附、乳化、分散、增溶、解吸、氣泡等一系列復雜的物理作用和化學作用?，F(xiàn)有的表面科學和膠體科學的基本理論仍難以對洗滌過程做出圓滿的解釋和分析。2022/10/11洗滌過程被沾污物放入洗滌劑溶液中充分潤濕、滲透溶液進入污物內(nèi)部，使其易脫落加上機械外力使其脫落洗滌劑將脫落的污垢乳化、分散反復漂洗，除去污垢表面活性劑自固體表面去垢的作用機理：(a) 蓋滿油垢的固體； (b) 由于水的高表面張力及不能潤濕油污表面，無法除

32、垢；(c) 在水中加入洗滌劑；(d) 油垢及固體表面進一步吸附洗滌劑，使油垢微粒懸浮于溶液中，易于除去；一般情況下，洗滌過程可表示為：物體表面.污垢+洗滌劑+介質(zhì) 物體表面.洗滌劑.介質(zhì)+污垢.洗滌劑.介質(zhì)洗滌劑在洗滌過程中必不可少，主要作用有：（1）降低水的表面張力，改善水對洗滌物表面的潤濕性（2）對油污的分散和懸浮作用。 洗滌液對洗滌物品的潤濕作用是洗滌過程能否完成的先決條件，不具備對洗滌物品的良好潤濕性，洗滌液的洗滌作用將難以發(fā)揮。 表3-11 一些纖維材料的臨界表面張力和水在其表面的接觸角2022/10/112022/10/11完全不潤濕不能潤濕能潤濕完全潤濕2022/10/11液體污

33、垢和固體污垢也常常同時出現(xiàn)，形成混合污垢。這類污垢物物體表面的粘附性質(zhì)與液體污垢相似。不同類型的污垢在物理和化學性質(zhì)上存在較大差異，自物體表面去除的機理也不同。3.5.1 液體油污的去除 液體油污的去除主要依靠洗滌液對固體表面的優(yōu)先潤濕，通過油污的“卷縮”機理實現(xiàn)的。據(jù)楊氏方程，在水介質(zhì)中存在如下關系：2022/10/112022/10/11在上述體系中加入表面活性劑后情況如下下：1.由于水溶性洗滌劑不溶于油，不能在固-油界面上發(fā)生定向排列，故rSQ不發(fā)生變化。2. 表面活性劑定向排列Ysw變小3.油-水界面上表面活性劑分子定向排列， Yow降低。為使方程保持平衡，cos需要減少，則接觸角會逐

34、漸增大。2022/10/11液體污垢的去除程度與油污在固體表面的接觸角有關。=180 污垢自發(fā)脫離固體表面90 180 不能自發(fā)脫離，但可被液流的水力沖走 90 即使有液流沖擊，仍會有少部分油污殘留于固體表面2022/10/112022/10/113.5.2 固體污垢的去除2022/10/11固體污垢僅在較少的一些點與表面接觸、黏附，黏附的作用力主要是分子間的范德華力。固體污垢與固體表面的的黏附強度受多種因素的影響，如接觸時間和空氣濕度等固體污垢的去除主要是由于表面活性劑在固體污垢及待洗物體表面的吸附其過程可用Lange的分段去污過程來表示。2022/10/113.5.3影響表面活性劑洗滌作用

35、的因素 洗滌過程和洗滌體系較為復雜，影響洗滌效果的因素也多種多樣，其中主要是表面張力、表面活性劑在界面上的吸附狀態(tài)、表面活性劑的分子結構等。（1）表面或表面張力（影響洗滌作用的關鍵因素） a.低的表面張力是洗滌液能夠有效地產(chǎn)生潤濕作用 2022/10/11b.低的表面張力有利于液體油污的乳化和分散，防止油污再沉積（2）SA在界面上的吸附狀態(tài) 沒有吸附就沒有表面活性劑的洗滌功能 非離子表面活性劑不宜于洗滌天然棉纖維。（3）SA的分子結構 主要是非極性疏水鏈的長度 表3-30 烷基硫酸鈉的洗滌曲線（4）乳化與起泡作用 SA的乳化作用，可使油污乳化并穩(wěn)定地分散懸浮在洗滌液中，有效阻止了液體油污在沉積

36、過程的發(fā)生。（5）SA的增溶作用 只有當SA在溶液中濃度大于cmc并有膠束存在增溶作用才能發(fā)生。 非離子SA 做洗滌劑易有增溶作用。此外，局部集中使用SA增溶可能是清除表面油污的主要因。（6）黏度強度 固體表面與洗滌劑間的黏附作用越強，越有利于污垢從固體表面的去除而洗滌劑與污垢黏附作用越強，則越有利于阻止污垢的再沉積。3.5.4 表面活性劑在洗滌中的應用 表面活性劑在洗滌方面的應用是其最大和最主要的應用領域。表面活性劑是洗滌劑的主要活性成分，用于合成洗滌劑的表面活性劑主要有三大類。（1）陰離子表面活性劑 是所有類型表面活性劑中使用最早的一類。需求占所有表面活性劑的50%。2022/10/11（

37、2）非離子表面活性劑 具有良好的洗凈力，對油性污垢的去污力良好，對合成纖維防止油污再沉積能力強，耐硬水性和耐高濃度電解質(zhì)的能力都較強。 聚氧乙烯型非離子表面活性劑最大的優(yōu)點是疏水基和親水基部分的可調(diào)性。 脂肪醇和烷基酚聚氧乙烯醚是兩類最常用的非離子型洗滌劑（3）兩性表面活性劑 這類SA的特點有：低毒性和對皮膚、眼睛的低刺激性，良好的生物降解性和配伍性，良好的潤濕性、洗滌性和發(fā)泡性等。氨基酸型，甜菜堿型和咪唑啉型都可做為洗滌劑。從洗滌劑的形態(tài)上分：粉狀和液狀洗滌劑兩種。粉狀洗滌劑按不同的用途分為民用洗滌劑和工業(yè)洗滌劑2022/10/113.5.5 洗滌劑中的其它成分 在合成洗滌劑配方中，除了作為

38、重要成分的表面活性劑外，還含有大量的無機鹽，少量其它有機添加劑。這些在洗滌過程中各有其特殊作用，但均有提高洗滌效果的作用，故統(tǒng)稱為助洗劑。 在合成洗滌劑中表面活性劑約占10%-30%，助洗劑占30%-80%，助洗劑中主要是無機鹽，如磷酸鈉類、碳酸鈉、硫酸鈉及硅酸鈉等及少量有機助洗劑。（1）螯合劑 磷酸鹽類2022/10/112022/10/11 三者是洗滌過程中控制水硬度的一種非常有效地助劑，其特點是與引起水硬度的多價金屬離子螯合以避免這些金屬離子與具有陰離子特性的離子SA作用生成不溶性污垢。形成的螯合物的鈣皂又有協(xié)助活性成分的去污作用。 表面活性劑中加入40%-50%的三聚磷酸鈉時去污效果最

39、高，成本最合理。磷酸鹽是高效的洗滌助劑，既有螯合作用，又有去污作用，至今尚無與之媲美的的助劑。但70年代以來，認為湖泊的富營養(yǎng)化與此有關，故已出臺限磷法案。替代物有 a.合成沸石在合成洗滌劑中可取代三聚磷酸鈉，缺點是對污垢不能提供分散性b.乙二胺四乙酸鈉鹽（EDTA） 螯合鈣離子能力是目前軟水中最強的，缺點是不能為洗滌劑提供堿性，使脂肪類污垢皂化，且價格昂貴c.次氮基三乙酸鈉鹽（NTA） 懷疑高濃度致癌，對胎兒有致畸作用，許多國家已禁用。2022/10/11（4）檸檬酸鈉 用作合成洗滌劑，代替三聚磷酸鈉，能起到絡合洗滌劑中的鈣、鎂離子，增加去污力，檸檬酸能還有無毒易生物降解的優(yōu)點2022/10

40、/11（2）抗再沉積劑 抗再沉積劑帶有較多的負電荷，能夠吸附在污垢離子及織物的表面上。從而提高污垢在洗滌液中的分散性和懸浮穩(wěn)定性，使污垢不再沉積到物品上。2022/10/11（3）pH調(diào)節(jié)劑 主要為碳酸鈉和硅酸鈉。主要作用是使污垢和纖維的pH值增加，從而帶有更多的負電荷，以增加污垢與纖維之間的電斥性，有利于洗滌。另一方面與硬水中的鈣、鎂結合，軟化水。（4）漂白劑 化學漂白是漂白劑通過氧化或還原降解，破環(huán)了發(fā)色系統(tǒng)或?qū)χ珓﹫F產(chǎn)生改性作用，使之降解成較小的水溶性單元而易于從織物除卻。過硼酸鈉，過碳酸鈉和過氧羧酸等過氧化物是家用洗滌劑中常用的漂白劑。（5）熒光增白劑 熒光增白劑種類很多，其中以二苯

41、乙烯類最重要。洗滌用熒光增白劑屬直染性，能直接增白織物（6）酶 加入不同功能的酶制劑，常加入，蛋白酶，淀粉酶，脂肪酶，纖維素酶。2022/10/11（7）填充劑和輔助劑a.填充劑 硫酸鈉往往是工藝的結果，適量會與利于洗滌。此外還使粉末型洗滌劑的粉末變得松散、流動性好，也使產(chǎn)品價格下降，保持組分平衡。b.促溶劑尿素作為液體洗滌劑的促溶劑。2022/10/11c.抗結塊劑 對本磺酸鈉配入粉狀洗滌劑中，可增加含水量，同時對流動性，手感，抗結塊等均有較好效果。（8）柔和劑和柔軟劑（9）起泡劑和穩(wěn)泡劑（10）鈣皂分散劑2022/10/112022/10/112022/10/112022/10/11202

42、2/10/112022/10/112022/10/112022/10/112022/10/112022/10/112022/10/112022/10/112022/10/112022/10/112022/10/112022/10/113.6 分散和絮凝作用 分散和絮凝是現(xiàn)代工業(yè)中的重要過程，在許多生產(chǎn)工藝過程中，常常涉及固體微粒的分散和絮凝問題。分散劑：使固體微粒均勻，穩(wěn)定地分散于液體介質(zhì)中的低分子SA或高分子SA。絮凝劑：使固體微粒從分散體系中聚集或絮凝的分散劑叫絮凝劑2022/10/113.6.1 表面活性劑對固體微粒的分散作用分散：將固體以微小粒子形式分布于分散介質(zhì)中，形成具有相對穩(wěn)定體

43、系的過程叫-。 固體微粒在液體介質(zhì)中的分散過程一般分為三個階段：固體粒子的潤濕，粒子團的分散和碎裂，分散體系的穩(wěn)定。（1）固體粒子的潤濕 潤濕是固體粒子分散最基本的條件。SA 所起的作用是：SA 在介質(zhì)表面定向吸附，是固-液表面張力下降。 SG +LG sl2022/10/11（2）粒子團的分散和碎裂 將粒子團內(nèi)部的固-固界面分離，加速液體在縫隙中的滲透。（3）分散體系的 穩(wěn)定 分散體系是否穩(wěn)定，要看分散的固體微粒能否重新聚集成聚集體。 SA 在固體顆粒表面的吸附，能夠增加防止微粒重新聚集的能障，降低了粒子聚集的傾向，提高了分散體系的穩(wěn)定性。2022/10/11 在水介質(zhì)中，表面活性劑主要通過

44、范德華力以疏水基吸附于粒子表面，而以親水基如離子基團、聚氧乙烯鏈伸向水介質(zhì)，以靜電斥力或空間墑效應使分散體系穩(wěn)定。 在有機介質(zhì)中，表面活性劑則以極性的親水基團與粒子通過氫鍵、離子鍵等結合，而非極性碳氫鏈伸向介質(zhì)中，其分散作用主要靠空間位阻產(chǎn)生墑斥力來實現(xiàn)。固體粒子的分散劑主要有：陰離子SA，非離子SA,有機胺類陰離子SA2022/10/112022/10/112022/10/112022/10/11應用：廣泛應用于涂料、油墨、塑料和橡膠工業(yè)，以及紡織品印染過程，常用的分散劑為陰離子型烷基萘磺酸鹽類的表面活性劑.3.6.2 表面活性劑的絮凝作用絮凝：分散相粒子以任意方式或受任何因素的作用而結合在一起，形成有結構或無特定結構的集團的作用稱為聚集作用，形成的這些集團稱為聚集體，聚集體的形成稱為聚沉或絮凝。固體微粒的絮凝包括兩個過程：1.被分散粒子的去穩(wěn)定作用2.去穩(wěn)定粒子的相互聚集2022/10/11 為使固體微粒絮凝主要在體系中加入有機高分子絮凝劑，絮凝劑吸附于質(zhì)點表面，在質(zhì)點間進行橋連，形成體積龐大的絮狀沉淀而與水溶液分離。使用的高分子絮凝劑的類型主要有： 丙烯酰胺共聚物型陽離子絮凝劑和聚乙烯醇、聚乙烯基甲基醚型非離子SA等。 主要應用之一是廢水和污水