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表面活性劑的HLB值、溶解性與溫度的關系

作者:njqinghai發布時間:2020-05-29 17:11

1.表面活性劑的HLB值與應用關系

表面活性劑分子是同時具有親水基和親油基的兩親分子,不同類型的表面活性劑的親水基和親油基是不同的,其親水親油性便不同。表面活性劑的親水性可以用親水親油平衡值(hydrophile and lipophile balance ,values,HLB)來衡量,HLB值是表示表面活性劑親水性大小的相對數值,HLB值越大,則親水性越強;HLB值越小,則親水性越弱,親油性越強。

表面活性劑的HLB值直接影響到它的性質和應用。在應用時,根據不同的應用領域、應用對象選擇具有不同HLB值的表面活性劑。例如,在乳化和去污方面,按照油或污的極性、溫度的不同選擇合適HLB值的表面活性劑。表1-2列出了具有不同HLB值表面活性劑的適用場合。

1-2  表面活性劑的HLB值與應用關系

不同類型的表面活性劑,HLB值可能不同,根據應用的需要,可以通過改變表面活性劑的分子結構得到不同HLB值的產品。對于離子型表面活性劑,可以通過親油基碳數的增減或親水基的種類的變化來調節HLB值;對于非離子型表面活性劑,則可以采取一定親油基上連接的環氧乙烷鏈長或經基數目的增減來細微地調節HLB值。表面活性劑的HLB值可以由計算得到,也可以測定得出。常見的表面活性劑的HLB值可以從有關手冊或著作中查得。

2.表面活性劑溶解性與溫度的關系

離子型表面活性劑低溫時在水中的溶解度一般較小。如果增加表面活性劑在水溶液中的濃度,達到飽和狀態,表面活性劑便會從水中析出。但是,如果加熱水溶液,溶解度將會增大,當達到一定的溫度時,表面活性劑在水中的溶解度會突然增大。這個使表面活性劑在水中的溶解度突然增大的溫度點叫克拉夫特點(Krafft point),也稱為臨界溶解溫度。這個溫度相當于水和固體表面活性劑的溶點,故臨界溶解溫度為各種離子型表面活性劑的特征常數,并隨烴鏈的增長而增加。

而非離子型表面活性劑(特別是聚乙二醇)與離子型表面活性劑正好相反,在低溫時易與水混溶,將其溶液加熱,達到某一溫度時,表面活性劑會析出、分層,透明的溶液會突然變渾濁,這一析出、分層并發生渾濁的溫度點叫該表面活性劑的濁點(cloud point)。這一過程是可逆的,溫度達到濁點時乳濁液形成,降溫時透明溶液又重現。濁點是非離子型表面活性劑的特征常數。

聚乙二醇型表面活性劑之所以存在濁點,是因為聚乙二醇型非離子表面活性劑的親水是依靠其親水基中的醚鍵與水形成氫鍵而實現的。氫鍵結合較松散,不穩定,受溫度的影響較大,升高溫度,分子的運動加劇,達到一定程度,氫鍵便斷裂,溶解的表面活性劑會析出,溶液變渾濁;降低溫度至濁點以下,氫鍵又恢復,溶液便又變透明。

對于應用而言,克拉夫特點是一個下限溫度,而濁點是一個上限溫度。

3.表面活性劑的功能與表現形式主要發揮的作用

表面活性劑分子由于存在獨特的兩親結構而具有降低表面張力、產生正吸附現象等諸多功能,例如具有乳化、破乳、起泡、消泡、洗滌、分散、凝聚、抗靜電和潤濕等功能。這些使得表面活性劑在應用中有很多表現形式,可以發揮特別的作用。

4.接觸角與潤濕的關系及潤濕作用

固體表面與液體接觸時,其表面能趨于減小,固體(或液體)表面上的氣體被液體取代的過程稱為潤濕。

一滴液體滴在一個水平放置的光滑固體表面上,往往呈現如圖1-9所示的兩種形態。以接觸角θ表示潤濕性,通常將θ=90o作為潤濕與否的標準。θ>90o為不潤濕,θ<90o為潤濕。θ越小潤濕越好,接觸角接近于零叫作鋪展。如水滴與玻璃的接觸角小于90o,而與石蠟的接觸角約為110o。接觸角的大小可以作為衡量潤濕的直觀尺度。

1-9  接觸角與潤濕的關系

表面活性劑在固體表面的吸附,主要發生在高能表面,吸附的結果使高能表面變為低能表面,符合能量降低的原則。一般表面活性劑在低能表面沒有明顯的吸附現象,但某些特殊表面活性劑(如氟表面活性劑)也能在低能表面吸附(例如聚乙烯表面),使其界面能降得更低。

5.表面活性劑分子在高能表面的吸附現象

表面活性劑的吸附可以看作是一種表面活性劑的界面定向作用。也就是說,表面活性劑的雙親分子吸附于固體表面上,形成在界面定向排列的吸附層,此時表面活性劑的親水基朝向固體,疏水基朝向氣體,如圖1-10所示。

1-10  表面活性劑分子在高能表面的吸附

降低界面能這一方法經常用于高能表面,以達到防水、抗黏的目的。能降低高能表面潤濕性的表面活性劑主要有:重金屬皂類、高級脂肪酸類、有機胺鹽類、有機硅表面活性劑、氟表面活性劑等,其中硅化合物與氟化合物作用最好。

 

 

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