基本介紹
- 中文名：表面活性
- 外文名：Surface activity
定義,套用,表面活性劑,
定義
套用
1、潤濕作用
所謂潤濕即固體表面吸附的氣體為液體所取代的現象，能增強這一取代能力的物質稱為潤濕劑。潤濕一般分為三類：接觸潤濕一沾濕；浸入潤濕一浸濕；鋪展潤濕一鋪展。其中鋪展是潤濕的最高標準；常以鋪展係數作為體系之間潤濕性能的指標。此外，接觸角大小也是潤濕好壞的判據使用表面活性劑可以控制液、固之間的潤濕程度。農藥行業中在粒劑及供噴粉用的粉劑中，有的也含有一定量的表面活性劑，其目的是為了提高藥劑在受藥表面的附著性和沉積量，提高有效成分在有水分條件下的釋放速度和擴展面積，提高防病、治病效果。在化妝品行業中，做為乳化劑是乳霜、乳液、潔面、卸妝等護膚產品中不可或缺的成分。
2、膠束與增溶作用
要求：C>CMC （ HLB13~18）
表面活性劑分子締合形成膠束的最低濃度。當其濃度高於CMC值時，表面活性劑的排列成球狀、棒狀、束狀、層狀/板狀等結構。增溶體系為熱力學平衡體系；CMC越低、締合數越大，增溶量（MAC）就越高；溫度對增溶的影響：溫度影響膠束的形成，影響增溶質的溶解，影響表面活性劑的溶解度 離子型表面活性劑的溶解度隨溫度增加而急劇增大這一溫度稱為Krafft點， Krafft點越高，其臨界膠束濃度越小對於聚氧乙烯型非離子表面活性劑，溫度升高到一定程度時，溶解度急劇下降並析出，溶液出現混濁，這一現象稱為起曇，此溫度稱為曇點。在聚氧乙烯鏈相同時，碳氫鏈越長，濁點越低；在碳氫鏈相同時，聚氧乙烯鏈越長則濁點越高。
非極性有機物如苯在水中溶解度很小，加入油酸鈉等表面活性劑後，苯在水中的溶解度大大增加，這稱為增溶作用。增溶作用與普通的溶解概念是不同的，增溶的苯不是均勻分散在水中，而是分散在油酸根分子形成的膠束中。經X射線衍射證實，增溶後各種膠束都有不同程度的增大，而整個溶液的的依數性變化不大。
表面活性劑在水中隨著濃度增大，表面上聚集的活性劑分子形成定向排列的緊密單分子層，多餘的分子在體相內部也三三兩兩的以憎水基互相靠攏，聚集在一起形成膠束，這開始形成膠束的最低濃度稱為臨界膠束濃度。
這時溶液性質與理想性質發生偏離，在表面張力對濃度繪製的曲線上會出現轉折。繼續增加活性劑濃度，表面張力不再降低，而體相中的膠束不斷增多、增大。
表面活性劑在溶液中分散，當達到一定濃度時，表面活性劑分子會從單體(單個離子或分子)締合成為膠態聚集物，形成膠團。溶液性質隨之發生突變，此時的濃度，即形成膠團時的濃度，稱為臨界膠團濃度(critical micelle concentration，簡寫為CMC)，表面活性劑形成膠團的過程稱為膠團化作用。
表面活性劑隨水溶液的濃度變化在溶液中形成膠團有一個變化的過程，溶液中表面活性劑濃度極低時即極稀溶液時，空氣和水幾乎是直接接觸著，水的表面張力下降不多，接近純水狀態，水中只有不多的表面活性劑分子，當稍微增加表面活性劑的濃度時，表面活性劑分子就會很快聚集到水面，其對水的遮蓋使水和空氣的接觸減少，溶液的表面張力急劇下降。而在水中的表面活性劑有一部分聚集在一起，這些表面活性劑的憎水基互相靠在一起，開始形成小膠團，隨著表面活性劑濃度逐漸增加，當表面活性劑的溶液達到飽和吸附時，液面開始形成緊密排列的單分子膜。當溶液的濃度達到表面活性劑的膠團濃度時，溶液的表面張力降至最低值。如果在溶液的濃度達到臨界膠團濃度之後，再繼續增加表面活性劑，雖然溶液的濃度增加，但溶液的表面張力幾乎不再下降，此時溶液中的膠團數目和聚集數增加，溶液體系是由膠團組成的，納米粉體合成所利用的微反應器就是此時的膠團，然後體系漸漸向形成液晶狀態變化。表面活性劑的水溶液在濃度達到CMC時，表面活性劑會隨其濃度的增加形成膠團，這一現象體現在表面活性劑的表面張力與濃度曲線(r-1gc曲線)上出現轉折點，而溶液的其他物理化學性質出現非理想性。
對於離子型表面活性劑，其形成的膠團帶有較高的電荷，由於靜電引力的作用，在膠團周圍會吸引_些反離子，使一部分正、負電荷互相抵消。但在膠團形成高電荷後，反離子形成的離子霧的阻滯力大大增加，利用這一點可以調整納米粉體的分散性。由於這兩個原因，使得溶液的當量電導在CMC之後隨濃度的增加迅速下降，因此，該點也被用於測量表面活性劑的臨界膠束濃度。
離子型表面活性劑膠團的結構為球形膠團，由核心、外殼和擴散雙電層組成，離子型表面活性劑的核心由類似於液態烴疏水的碳氫鏈構成，其直徑約1～2.8nm。由於鄰近極性基-CH2-帶有一定的極性，核心的周圍仍有部分水分子存在，因此膠團核心中還含有較多的滲透水，此時，這種-CH2-基團並不完全是加入液態的碳氫鏈組成的核心，而是作為非液態膠團外殼的一部分。
3、乳化作用
表面活性劑分子中親水和親油基團對油或水的綜合親合力。根據經驗，將表面活性劑的HLB值範圍限定在0-40，非離子型的HLB值在0-20。
一種或幾種液體以大於10-7m直徑的液珠分散在另一不相混溶的液體之中形成的粗分散體系稱為乳狀液。要使它穩定存在必須加乳化劑。根據乳化劑結構的不同可以形成以水為連續相的水包油乳狀液(O/W)，或以油為連續相的油包水乳狀液(W/O)。有時為了破壞乳狀液需加入另一種表面活性劑，稱為破乳劑，將乳狀液中的分散相和分散介質分開。例如原油中需要加入破乳劑將油與水分開。
4、起泡和消泡作用
表面活性劑在醫藥行業也有廣泛套用。在藥劑中，一些揮髮油脂溶性纖維素、甾體激素等許多難溶性藥物利用表面活性劑的增溶作用可形成透明溶液及增加濃度；藥劑製備過程中，它是不可缺少的乳化劑、潤濕劑、助懸劑、起泡劑和消泡劑等。“泡”就是由液體薄膜包圍著氣體。有的表面活性劑和水可以形成一定強度的薄膜，包圍著空氣而形成泡沫，用於浮游選礦、泡沫滅火和洗滌去污等，這種活性劑稱為起泡劑。也有時要使用消泡劑，在製糖、制中藥過程中泡沫太多，要加入適當的表面活性劑降低薄膜強度，消除氣泡，防止事故。
5、助懸作用
在農藥行業，可濕性粉劑、乳油及濃乳劑都需要有一定量的表面活性劑，如可濕性粉劑中原藥多為有機化合物，具有憎水性，只有在表面活性劑存在的條件下，降低水的表面張力，藥粒才有可能被水所潤濕，形成水懸液。
表面活性劑用於礦石的浮選，就是運用助浮作用。攪拌並從池底鼓氣，帶有有效礦粉的氣泡聚集表面，收集並滅泡濃縮，從而達到了富集的目的。不含礦石的泥砂、岩石留在池底，定時清除。當礦砂表面有5%被捕集劑覆蓋時，就使表面產生憎水性，它會附在氣泡上一起升到液面，便於收集。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。
6、消毒、殺菌
在醫藥行業中可作為殺菌劑和消毒劑使用，其殺菌和消毒作用歸結於它們與細菌生物膜蛋白質的強烈相互作用使之變性或失去功能，這些消毒劑在水中都有比較大的溶解度，根據使用濃度，可用於手術前皮膚消毒、傷口或黏膜消毒、器械消毒和環境消毒。
7、去垢、洗滌作用
去除油脂污垢是一個比較複雜的過程，它與上面提到的潤濕、起泡等作用均有關。洗滌劑中通常要加入多種輔助成分，增加對被清洗物體的潤濕作用，又要有起泡、增白、占領清潔表面不被再次污染等功能。其中作為主要成分的表面活性劑的去污過程是：水的表面張力大，對油污潤濕性能差，不容易把油污洗掉。加入表面活性劑後，憎水基團朝向織物表面和吸附在污垢上，使污垢逐步脫離表面。污垢懸在水中或隨泡沫浮到水面後被去除，潔淨表面被表面活性劑分子占領。
表面活性劑
表面活性劑(surfactant)，是指具有固定的親水親油基團，在溶液的表面能定向排列，並能使表面張力顯著下降的物質。表面活性劑的分子結構具有兩親性：一端為親水基團，另一端為憎水基團；親水基團常為極性的基團，如羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其鹽，也可是羥基、醯胺基、醚鍵等；而憎水基團常為非極性烴鏈，如8個碳原子以上烴鏈。表面活性劑分為離子型表面活性劑和非離子型表面活性劑等。
無論何種表面活性劑，其分子結構均由兩部分構成。分子的一端為非極親油的疏水基，有時也稱為親油基；分子的另一端為極性親水的親水基，有時也稱為疏油基或形象地稱為親水頭。兩類結構與性能截然相反的分子碎片或基團分處於同一分子的兩端並以化學鍵相連線，形成了一種不對稱的、極性的結構，因而賦予了該類特殊分子既親水、又親油，便又不是整體親水或親油的特性。表面活性劑的這種特有結構通常稱之為“雙親結構”，表面活性劑分子因而也常被稱作“雙親分子”。
表面活性劑工業在我國是一門新興的精細化學工業。近年來，隨著石油化學工業的迅猛發展，為表面活性劑的生產提供了豐富廉價的原料，使表面活性劑的產量迅速增長，商品品種越來越多，套用範圍越來越廣， 現己成為國民經濟的基礎工業之一。表面活性劑具有洗滌、潤濕、滲透、分散、乳化、破乳、增溶、起泡、消泡、潤滑、減摩、柔軟、防靜電、防鏽、防腐蝕、勻染、殺菌、增稠等各方面的作用和功能，除大量用於合成洗滌劑和化妝品工業外，還廣泛套用於紡織、印染、造紙、皮革、食品、醫藥、石油、化纖、塑膠、農藥、塗料、染料、化工、採礦、選礦、農業等各個領域。表面活性劑素有“ 工業味素” 之稱。
表面活性劑的分類方法其實很多，根據疏水基結構進行分類，分直鏈、支鏈、芳香鏈、含氟長鏈等；根據親水基進行分類，分為羧酸鹽、硫酸鹽、季銨鹽、PEO衍生物、內酯等；有些研究者根據其分子構成的離子性分成離子型、非離子型等，還有根據其水溶性、化學結構特徵、原料來源等各種分類方法。
人們一般都認為按照它的化學結構來分比較合適。即當表面活性劑溶解於水後，根據是否生成離子及其電性，分為離子型表面活性劑和非離子型表面活性劑。按極性基團的解離性質分類：1、陰離子表面活性劑：硬脂酸，十二烷基苯磺酸鈉； 2、陽離子表面活性劑：季銨化物；3、兩性離子表面活性劑：卵磷脂，胺基酸型，甜菜鹼型；4、非離子表面活性劑：脂肪酸甘油酯，脂肪酸山梨坦（司盤），聚山梨酯（吐溫）。
