定温下本体溶液浓度c、表面张力和吸附量间的定量关系式讨论研究报告.ppt

12.6.2 吉布斯吸附公式公式的形式定温下，本体溶液浓度c、表面张力和吸附量间的定量关系式讨论讨论为溶质在单位面积表面层的吸附量，单位：molm-2定义为：单位面积表面层含溶质物质的量与同量溶剂在溶液本体含溶质物质的量的差值，称溶质的表面吸附量或表面过剩(surface excess)定温，d/dc0，0，正吸附；d/dc0时，0，负吸附；d/dc=0，=0，无吸附作用Date1d/dc的求取定温下，测出不同c的，以对c作图，求出c曲线上各指定浓度c的斜率，即为该c时的d/dc数值Date212.6.3 表面活性剂 / /1. 表面活性剂在吸附层的定向排列 c/c概况 定温，平衡，吸附量和浓度c关系=Kc/(1+Kc)K为经验常数，与溶质表面活性大小有关讨论意义 c很小，与c直线；c足够大，呈极限值，=称饱和吸附量，是单位表面单分子层吸附时溶质的物质的量测出值，即可算出每个被吸SAA分子的横截面积As20.510-20m2As=1/（L）Date32 表面活性剂的分类SAA可从用途、物理性质或化学结构等方式分类，最常用的是按化学结构分类，可分为离子和非离子型两大类：溶于水能生成离子的称离子型SAA；不能电离的，称非离子型SAA。

离子型SAA按其在水溶液中具有表面活性作用的离子的电性，还可再分类此种分类便于正确选用SAA如某SAA是阴离子型，一般不能和阳离子型的物质混合使用，否则可能产生沉淀等不良后果表面活性剂离子型SAA阴离子SAA，如肥皂RCOONa，十二烷基苯磺酸钠C12H25C6H4SO3Na阳离子SAA，如胺盐C18H37NH3+Cl-两性SAA，如氨基酸，R-NH-CH2COOH非离子型SAA，如聚乙二醇类HOCH2CH2OCH2nCH2OH，司盘(Span)：失水山梨醇和脂肪酸的酯：吐温(Tween)Date53. 表面活性剂的基本性质SAA都具有类似图12.8曲线III所示的特征：浓度极稀时，稍增其量就可使溶液急剧降低，浓度超过某数值后，几乎不随浓度的增加而变化原因分析SAA加入纯水，主要排列于表面层，稍增浓度，大部分分子仍自动地聚集于表面，使水和空气接触面减小，急剧降低浓度足够大时，液面刚排满一层定向排列的SAA的分子，形成单分子膜在溶液本体则开始形成具有一定形状的胶束(micelle)临界胶束浓度CMC定义形成一定形状的胶束所需SAA的最低浓度，称为临界胶束浓度，以CMC(critical micelle concentration)表示。

实验表明，CMC不是一个确定的数值，而是一个窄的浓度范围如离子型SAA的CMC一般约在10-2 mo1dm-310-3mo1dm-3之间 Date6关于胶束胶束是若干SAA分子排列成憎水基向内，亲水基向外的多分子聚集体结果是SAA分子亲水基团与水接触，非极性基被包在胶束中，几乎完全脱离了与水分子的接触因此，胶束在水溶液中可以稳定存在，形状可以是球状，棒状、层状或偏椭圆状胶束的类型球形浓度不大时形成棒状十倍于CMC或更高时形成层状浓度更高时形成Date7CMC的意义 系统达CMC（一个范围，而去污能力非一个点）前后，很多性质发生 增溶作用突变，如电阻率（电导率）、渗 摩尔电导透压、冰点下降、粘度、密度、 表面张力增溶性、去污力、表面张力、洗CMCc涤性、光散射、颜色、折光率等故CMC是一个极重要的物理量如使用洗涤剂时，其浓度应大于CMC一般，CMC越低，表面活性越强故CMC是SAA的表面活性的度量Date8影响CMC的因素 内在因素SAA结构参数的影响 a.碳氢链长的影响皆随碳原子的增加而降低但链过长，水溶性降低故SAA中碳氢化合物烷基链的碳数常为C8-C16左右 b.非碳氢链例，含氟，含硅（特种SAA），CMC小得多。

原则：提高疏水链的密度可降低CMC及c.亲水基的影响离子型SAA的CMC较高外在因素添加剂（无机盐、有机物、其它SAA）Date9CMC的实验测定原理原则上，每种在达CMC前后发生变化的性质皆可用来测定CMC但不同方法，灵敏度不同，结果也可能有差异 电导法 特点：只适用于离子型SAA，准确性很高，误差小于2，但过量无机盐的存在会大大降低灵敏度表面张力法特点：方便，有普适性，误差约2一3 折光指数法 原理：SAA分子的缔合必然引起溶液折光指数的变化，转折点即为CMC该法误差小于1 染料增溶变色法 原理：许多染料在水溶液中和在有机溶液中的颜色不同在水中加一些染料，再滴加浓的SAA溶液，颜色变化时的浓度即为CMC胶束形成后，染料可能从水相转移到胶束亲油性“内核”中，颜色发生变化Date10补充材料之二SAA的HIB值引入SAA分子中同时存在亲水基和亲油基，二者亲水性和亲油性的相对大小就决定了整个分子的亲水亲油性1949年，Griffin提出用HLB值表征SAA的亲水亲油性，HLB(hydrophile and lipophile balance)值即为亲水亲油平衡值规定HLB值是一个相对值规定：亲油性最强的石蜡的HLB值为0，油酸钾的HLB值为20，亲水性强的十二烷基硫酸钠的HLB值为40。

以此为标准，其他的SAA可相对地定出HLB值意义HLB值越小，活性剂亲油性越强，HLB值越大，活性剂的亲水性越强下表列出了常见SAA的HLB值Date11表3.3 一些常见SAA的HLB值 化学组成 商品名称 HLB值 石 蜡 O 油 酸 1 失水山梨醇三油酸酯 Span 85 1.8 失水山梨醇硬脂酸酯 Span 65 2.1 失水山梨醇单油酸酯 Span 80 4.3 失水山梨醇单硬脂酸酯 Span 60 4.7 聚氧乙烯月桂酸酯2 LAE-2 6.1 失水山梨醇单棕榈酸酯 Span 40 6.7 失水山梨醇单月桂酸酯 Span 20 8.6 聚氧乙烯油酸酯4 EO4 7.7 聚氧乙烯十二醇醚4 MOA4 9.5 双十二烷基二甲基氯化铵 10.0 十四烷基苯磺酸钠 ABS 11.7 油酸三乙醇胺 FM 12.0 聚氧乙烯壬基苯酚醚9 OP9 13.0 聚氧乙烯十二胺5 13.0 Date12 聚氧乙烯辛基苯酚醚10 Triton X100(TX10)13.5 聚氧乙烯失水山梨醇单硬脂酸酯Tween 60 14.9 聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯 Tween 80 15.0 十二烷基三甲基氯化铵 DTC 15.0 聚氧乙烯十二胺15 15.3 聚氧乙烯失水山梨醇棕榈酸单酯 Tween 40 15.6 聚氧乙烯硬脂酸酯30 SE 30 16.0 聚氧乙烯硬脂酸酪40 SE 40 16.7 聚氧乙烯失水山梨醇月桂酸单酯 Tween 20 16.7 聚氧乙烯辛基苯酚醚30 TX30 17.0 油 酸 钠 钠皂 18.0 油 酸 钾 钾皂 20.0 十六烷基乙基吗琳基乙基硫酸盐 阿特拉斯263 2530 十二烷基硫酸钠 AS 40 注：表中化学名称后的阿拉伯数字代表聚氧乙烯基数。

Date13 SAA的HLB值范围及其用途 HLB HLB 主 要 用 途 主 要 用 途 值范围 值范围 13 消泡剂 1215 润湿剂 36 油包水型(WO型)乳化剂 1315 洗涤剂 818 水包油型(OW型)乳化剂 1518 增溶剂 Date14光缆的结构束管式纤膏加强芯缆膏固架式光纤带Date154 表面活性剂的实际应用SAA种类繁多，应用极广泛：润湿、助磨、乳化、去乳、分散、增溶、发泡和消泡、消除静电等(1)去污作用使用肥皂有明显去污作用原因：主要成份硬脂酸钠(C17H35COONa)是阴离子SAA，分子渗透到油污和衣物间，形成定向排列分子膜，减弱油污在衣物附着力，搓动，在机械摩擦和水分子吸引下，油污从衣物上脱落、乳化、分散在水中，达到洗涤目的(2)助磨作用固体粉碎加入SAA(助磨剂)，可增加粉碎程度，提高粉碎效率如A12O3粉碎，加与不加助磨剂，粉碎效率不同原因：磨细到颗粒度达几十微米以下时，比表面很大，大的表面吉布斯函数处于热力学不稳态没有SAA，只能靠表面积自动地变小，颗粒度变大，降低表面吉布斯函数有SAA（油酸），能定向排列在颗粒表面，使界面张力明显降低提高颗粒稳定性。

此外，SAA还可自动地渗入到微细裂缝中去并能向深处扩展，打入一个“楔子”，起着劈裂作用多余的SAA分子吸附在表面，提高了研磨效率Date16HLB值的应用 根据SAA的HLB值，可以大体了解它的作用和用途，同时在实际应用中，HLB值也是选择合适SAA的依据当然，选择最理想的SAA，还需用实验来确定详见下表例：光缆填充膏的研制作业P6389,102004年6月7日5960到此止Date17。