表面活性剂原理及应用 - 图文

表面活性剂的作用、性能和聚集体结构

学院 、专业化学化工学院 化学工程与工艺 课 程 名 称 表面活性剂原理及应用 学 生 姓 名 纪德彬 学 号 200801030834

2010年 11月 24日

摘要

1重点介绍了影响表面活性剂降低油水界面张力的因素,包括水相、油相、表面活性剂及使用条件。动态界面张力曲线类型与表面活性剂吸附特性的关系界面张力是表面活性剂在油水界面吸附的表现,吸附状态的改变直接导致界面张力的变化。分别介绍了液固界面的吸附和溶液界面的吸附，在溶液界面的吸附中阐述了吸附层的结构和温度对吸附量的影响。

2测定了表面活性剂的动表面张力在叶面上的吸附速度和接触角,据此分析了它们在叶面上的润湿作用。结果表明,表面活性剂分子碳氢链越短,在界面上的吸附速度越快,接触角越大,在植物叶面上的润湿性能越好。其中,SFE在界面上的吸附速度最慢,在植物叶面的润湿作用最差;OP-10吸附速度最快,润湿性能最好。利用测定动表面张力及其变化的方法,基本上可以反映表面活性剂水溶液对植物叶面的润湿性能的变化。同时也介绍了起泡作用、增溶作用、乳化作用和洗涤作用以及其原理和在领域上的应用。

3表面活性剂溶液性质和各种聚集体结构,其中包括胶束、囊泡等。介绍了胶束的分类、胶束的形成条件——当表面活性剂在水溶液中的浓度超过cmc时,表面活性剂分子将在溶液内部发生聚集,形成疏水基团朝内,亲水基团朝向水相,即O/W型聚集体。这时界面能降到最低,这种聚集体称为胶束。介绍了囊泡的结构、形状与大小，囊泡的形成以及囊泡的应用。介绍了三种液晶及其组成和性质。介绍了临界胶束浓度、胶束聚集数以及胶束聚集数的影响因素。

（关键词：表面活性剂；界面张力；润湿作用；接触角；胶束；囊泡；起泡；增溶；乳化；洗涤；液晶；临界胶束浓度）

表面活性剂的作用、性能和聚集体结构

表面活性剂是指在很低的浓度下就能大大降低溶剂(一般为水)表面张力，改变体系的表面状态，从而具有一系列性质和作用。表面活性剂分子的结构是由两种不同极性的基团组成，一为亲水基团，另一为亲油基团，又称为憎水基团或疏水基团。按其结构的不同表面活性剂可分为离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂，其中离子型表面活性剂又分为阴离子型表面活性剂、阳离子型表面活性剂和两性型表面活性剂。

下面简单的从以下几个方面对表面活性剂的作用、性能以及聚集体结构予以简单的介绍。

一、表面活性剂在液液界面和固液界面的吸附作用 1、表面活性剂在液液界面的吸附

水溶液中的表面活性剂分子由于其疏水作用，能自发的从溶液内部迁移至表 面，采取亲水基伸向水中，疏水基伸向空气的排列状态。这种由水内部迁移至表面，在表面富集的过程叫做吸附。

吸附是一种界面现象，它可在各种界面上发生，其中以固气、固液、气液和液液界面上的吸附应用最多。 液液界面吸附——油水界面吸附：

在油—水两相体系中，当表面活性剂分子处于界面上，将亲油基插入油中、亲水基留在水分时的分子势能最低。表面活性剂在界面上的浓度将高于在油相或在水相中的浓度。因此，像在液体表面一样，表面活性剂也在使界面张力降低的同时在液液界面上吸附。应用Gibbs吸附公式自界面张力曲线得到界面吸附量是研究液液界面吸附的通用方法。

a液液的表面张力

当两种不相混溶的液体接触时即形成界面。界面上的分子受到来自本相中个另一相中分子的引力作用，因而产生力的不平衡并从而决定液液界面易于存在的方式。液液界面张力的大小一般总是介于形成界面的二纯液体表面张力之间。下表为有机液体与水界面张力的实验值。

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b影响油水界面张力的因素

影响油水动态界面张力曲线类型的因素主要是影响表面活性剂迁移、吸附的因素。主要因素有水相、油相、表面活性剂及使用条件。其中影响水相的因素有矿化度、粘度和pH值。影响表面活性剂的因素有分子结构、亲水亲油性和浓度。现将不同因素度油水界面的表面张力的影响结果列于下表中：

水相 表面活性剂 矿化粘度 pH值 分子亲水亲浓度 因素 度 结构 油值 随着矿化度升高界面张力降低,矿化度增加到一碱性越强与原油中酸性物质形成 的活性物质越多, 越能降低界面张力。 表面活性剂的分子越小油水界面张力越低 亲水性太强则 不利于在界面处吸附; 亲油性太强则在油相中的溶 解量大 表面活性 剂浓度越高,界面张力越 低 水相黏度越高界面张力降低 油相 当表面活性 剂水溶液具备碱性时, 可油中酸性物质反应形成活性物质而降低界面张力。原油中的胶质、沥青质有利于降低油水界面张力 使用条件 温度的升高界面张力升高 表面张力 定程度后, 界面张力达到最低值; 矿化度再继续升高界面张力升高 c动态界面张力曲线类型与表面活性剂吸附特性的关系

界面张力是表面活性剂在油水界面吸附的表现,吸附状态的改变直接导致界面张力的变化。图1为表面活性剂在水相界面和油相界面的吸附、解吸过程示意图。从动态界面张力曲线的形状可以了解表面活性剂的吸附、解吸过程。

2、表面活性剂在固液界面的吸附

许多生产工艺中,需要固体微粒均匀且稳定地分散于液相介质中,例如,油漆、药物,染料,颜料、化妆品的制备等。近年来,在油田开发过程中使用固体微粒均匀地分散在水介质中显得尤为重要,甚至可以认为是能否使工艺成功的关键所在。而在另一些工艺中则恰恰相反,需要使均匀稳定的分散体系迅速破坏,使固体粒子尽快地沉降、聚集。如湿法冶金、污水处理、原水澄清等。无论是固体粒

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子的分散还是絮凝或聚集,都是现代工业中必不可少的有效手段。而这种手段往往是通过添加表面活性剂来实现的。因而,深入了解表面活性剂对固体在液相介质中分散与凝聚作用的影响,对于有效地控制分散体系的稳定性具有重要意义。

固体在液体中分散时，表面活性剂在对其分散过程中的作用固体在液体中的分散分为三个阶段(1)液体润湿固体粒子,(2)使粒子簇转化为碎片,(3)防止已分散的粒子重新聚集。要使液体润湿固体,必须控制液体在固体表面上的铺展系数大于零。添加表面活性剂降低固液和液气两界面张力，使接触角为0度,即可达此目的。一旦液体润湿粒子,则粒子簇逐渐分散。表面活性剂的存在有利于粒子簇分散,因为表面活性剂分子吸附于固体粒子的微小裂缝上,可以减少固体断裂的机械能,且降低其自愈合能力。若吸附的是离子型表面活性剂,同种电荷之间的静电斥力,还能导致粒子间排斥能增大,更有利于分散作用。而且,吸附了表面活性剂的粒子,其表面自由能降低,则体系的热力学不稳定性降低。在水介质中,表面活性剂分子的亲水基团朝向水相,产生空间势垒,可进一步减小粒子聚集的倾向,因而可防止已分散的粒子的重新聚集。

3、表面活性剂在溶液界面的吸附——TX—100在羊毛/溶液界面的吸附 TX—100在固/液界面吸附的研究已有很多报道,诸如TX—100在不同孔隙大小硅胶上吸附等温线的形状,加入烷基硫酸钠后对TX—100吸附量的影响,以及铬天青在表面活性剂癸基甲基亚砜、TX—05、TX—100吸附层中的表面加溶等研究,为表面活性剂加溶在污水处理、环境保护等领域的应用提供了实验和理论依据。TX—100属非离子表面活性剂,增溶作用较离子型表面活性剂强。TX—100是一种性能优良的缓染剂,研究开发复配有TX—100的印染助剂是非常有意义的。不过,由于TX—100生物降解性差,应用此类助剂要注意纺织品对环保性的要求。因为纤维染色是一种多种分子体系的吸附和拆散自组合过程,是纤维、染料和表面活性剂为主的多元体系的相互作用。所以,TX—100在羊毛/溶液界面吸附的理论研究将为羊毛及其织物的印染体系的工艺研究奠定理论基础。西安工程大学的研究者采用超纯TX—100,不含脂肪、酯类、有机酸等杂质的纯毛纤维,研究TX—100在纤维上于不同温度下的吸附与脱附等温线,并预示了吸附过程中的吸附质分子的吸附状态,以便为TX—100在羊毛染色加工中的开发应用和其染色机理研究提供理论依据。实验过程中以TritonX—100(C8H7C6H4 (OCH2CH2)10OH、无水乙醇和羊毛为材料和试剂。 实验结果显示：

a、羊毛/溶液界面的吸附与脱附

25摄氏度和35摄氏度时,TX—100在羊毛/溶液界面的吸附与脱附等温线如图所示,同一温度下的吸附与脱附等温线不重叠。其原因是多方面的,主要是在相

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同吸附量时,助剂在羊毛上的吸附位置不同,属多吸附点或多吸附层不均匀吸附。这表明TX—100与纤维表面的较强的吸附亲合作用,也是TX—100在羊毛 染色体系中广泛使用的理论依据之一。

b、TX—100在羊毛/溶液界面的吸附层结构

25摄氏度和35摄氏度时,TX—100在羊毛/溶液界面的吸附等温线均呈S型,有明显的平台,这与TX—100在硅胶表面上吸附的等温线类似,说明TX—100在羊毛/溶液界面为多层吸附。由吸附等温线,可将TX—100在羊毛/溶液界面的吸附分为5个阶段,这与表面活性剂在固/液界面吸附的5个阶段一致。吸附的第1阶段,TX—100的浓度小,分子间距远,其相互作用可忽略,吸附分子无规则地平躺于界面。此阶段羊毛与表面活性剂间的主要作用力是范德华力,还有氢键和疏水作用力。在第2阶段,羊毛表面被TX—100分子基本铺满而近于平台,吸附等温线出现转折。在第3阶段,吸附量随TX—100浓度增大而增大,吸附分子状态发生变化。TX—100的疏水基平躺于界面,极性端翘起在水相中。当浓度达到CMC时,平台结束,等温线急剧上升,体相溶液开始有大量胶团形成,在界面上吸附进入第4阶段。此阶段,在界面上形成吸附胶团。

c、温度对TX—100在羊毛/溶液界面吸附量的影响

由图可以看出,25摄氏度与35摄氏度的吸附等温线在低浓度基本重合,高浓度时35摄氏度时的吸附量稍稍大于25摄氏度时的吸附量,这与非离子表面活性剂在固液界面上的吸附量随温度升高而升高的规律相一致。但中等浓度时,25摄

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氏度时的吸附量与35摄氏度时的吸附量交替上升:在吸附的第2阶段,25摄氏度时的吸附量小于35摄氏度时的吸附量,第3阶则是25摄氏度时的吸附量大于35摄氏度时的吸附量。吸附等温线平台上,TX—100吸附量在25摄氏度时为70微摩每克,35摄氏度时为60微摩每克。温度的升高一方面降低了TX—100在水中的溶解度,对吸附过程起着推动作用；另一方面,温度的升高对放热的吸附过程又起着阻碍作用。总的来说,温度升高对TX—100在羊毛表面吸附的影响应是这两种相反作用的综合结果。而在吸附的2,3阶段出现温度升高对吸附量影响不同的现象,正是这两种相反作用程度不同的具体表现。在第4阶段,由于吸附量的增加主要来自吸附胶团的形成,温度的升高使TX—100在水中的溶解度降低,临界胶束浓度随之降低,有利于胶团的大量形成,所以35摄氏度的吸附量急剧增加并很快达到了25摄氏度时的吸附量。

二、表面活性剂有序的聚集体——表面活性剂在水溶液中形成的各种有序聚集体

表面活性剂具有生成分子有序聚集体的能力。当溶液达到一定浓度时, 表面活性剂达到饱和吸附，即溶液表面被一层定向排列的表面活性剂分子完全覆盖。此时,即使再增加浓度,表面上也不能再容纳更多的分子,表面浓度达最大值。若继续增大体系的浓度,表面活性剂分子将在溶液内部由于疏水作用发生自聚集,形成各种各样的聚集体,此时表面活性剂在溶液中的浓度称为临界聚集浓度,即CAC(Cri-ticalAggregationConcentration)；若形成胶束, 则称为临界胶束浓度CMC(CriticalMicelleConcentration)。

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表面活性剂形成的聚集体结构形态各异,并具有各式各样独特的功能和性质,但它们都有一个共同的特点,即都是由表面活性剂分子亲水基团朝向水相，疏水基团远离水相并聚集在一起形成的。目前所发现的聚集结构有胶束(球状、棒状或蠕虫状)、囊泡(vesicle)、传统层状相、液晶、海绵相等。近年来又在某些表面活性剂的复配体系中发现了碟状胶束及中空的多面体聚集结构。图一是一些常见的聚集体的结构示意图。下面主要对胶团、囊泡和液晶做主要介绍：

1、胶团

当表面活性剂在水溶液中的浓度超过cmc时,表面活性剂分子将在溶液内部发生聚集,形成疏水基团朝内,亲水基团朝向水相,即O/W型聚集体。这时界面能降到最低,这种聚集体称为胶束。它有球形、棒状、盘状、层状、蠕虫状等多种形态。近年来又在某些表面活性剂的复配体系中发现了碟状胶束及中空的多面体聚集结构。

（1） 临界胶束浓度

临界胶束浓度cmc是指在表面活性剂溶液中刚刚形成胶束聚集体时相应的体相浓度。在体相浓度接近cmc时,可将cmc作为表面活性剂单体浓度的一级近似值。因此, 当表面活性剂溶液浓液达到或超过cmc后,对溶液化学研究而言, 意味着表面化学的结束和胶体化学的开始。由表面活性剂单分散分子决定的性质在溶液浓度到达cmc时达到最大值并将继续维持基本不变。如表面张力、润湿力、起泡力等；而依赖于胶体粒子的性质, 如增溶、增稠等在到达cmc时才刚刚开始显示变化并变得愈来愈重要。

（2）胶束聚集数

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胶束聚集数是指一个胶束中所包含的单体表面活性剂的个数。下表2列出了长链烷基羧基甜菜碱的胶束聚集数,从中可以看出胶束聚集数与疏水链长度之间的关系 。

（3）影响因素

a、表面活性剂结构的影响

与其他类型表面活性剂一样,增加疏水基链长能够增加两性表面活性剂的疏水吸引作用,因而会使cmc降低。一般两性表面活性剂分子的疏水基中每增加两个亚甲基,则同系列两性表面活性剂的cmc将降低一个数量级。但是如果这种链长的增加有分支的因素,则cmc下降的幅度不会如此之大。如果在疏水基中引入双键、醚键、酰胺键等亲水性结构,也会使cmc升高。正、负电荷中心间的亚甲基碳桥长度对cmc也有影响, 具有下述结构的两性表面活性剂:

对其cmc在n=4时达到最大值的解释是两种相反作用的共同结果:即随着碳桥增长,正、负电荷中心间的偶极矩增大,从而增大了亲水性；另一方面,碳桥增长也

增大了分子的疏水性。

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b、pH效应

pH对两性表面活性剂的cmc的影响远大于对非离子表面活性剂的影响, 这种影响在含较弱碱性氮的两性表面活性剂情形中更为重要。以氨基酸型两性表面活性剂为例,在高pH 值时, 它表现出阴离子特征,分子结构中的阳离子基团受影响相对很小或根本不受影响。随着pH 值的下降,分子结构中的阴离子基团影响减弱,而阳离子基团的影响增强,在等电点区域达到平衡。此时两性表面活性剂的溶解度达到最低值,cmc也降到了最低值。在等电区以下,分子结构中的阳离子基团逐渐开始占优势,表现出阳离子表面活性剂的特征,cmc又重新增大。这种正、负电荷中心的相对强弱变化与cmc相应变化的关系表示于图

c、反离子影响

反离子能够降低两性表面活性剂的亲水排斥作用,因而能够使其cmc降低。反离子的电荷密度愈高,亲水排斥作用降低程度愈大,两性表面活性剂的cmc降得愈低。反离子的电荷密度取决于其水合离子半径大小,水合离子愈小,影响愈大。对于常见的阴离子或阳离子,使cmc下降的能力按下述顺序排列:

SO2-3>F->Cl->Br->I-Mg2+>NH+4>K+>Na+>Li+

这种影响次序可以解释表面活性剂镁盐与钠盐比较,具有较低的溶解度和能引起盐析的现象。实验已证实阴离子型反离子对甜菜碱型两性表面活性剂的cmc的影响比阳离子型的大。

d、温度效应

对烷基羧基甜菜碱而言,在室温～60℃范围内获得的cmc值随温度升高而缓慢下降,但最低点在何处尚无明确报道。

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表面活性剂在界面上的吸附主要是由碳氢链脱离水环境所引起,其吸附速度与分子的碳氢链长度呈负相关。OP- 10的碳氢链最短,只有8个碳,因此在界面上的吸附速度最快,达到最大吸附量的时间最短。SFE的碳氢链最长,吸附速度最慢。表面张力越小的表面活性剂,在叶面上的润湿能力越强。由此可知,在4种表面活性剂中,OP- 10的润湿作用最好。

b表面张力所引起的接触角不同对润湿作用的影响——仍以水和植物叶片为例

附表表明,水的接触角为63°。不同表面活性剂在叶面上的接触角不同;同种表面活性剂在不同浓度时接触角不同。SFE即使在浓度较大(2000mg/kg)时,其接触角也只有70°。而OP-10的变化很明显,从70～105°。在100mg/kg时,Tween-20在叶面上的接触角最大,为86～88°。

在生产中,常把接触角定为润湿性标准,角越大,润湿能力越好。试验表明,OP-10的润湿性能最好,平平加、Tween-20次之,SFE几乎不能改善水对叶面的润湿能力。这与表面活性剂碳氢链越短,润湿性能越好的报道相符,并与动表面张力的试验结果基本一致。

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2、起泡作用：

泡!就是由液体薄膜包围着气体。有的表面活性剂和水可以形成一定强度的薄膜,包围着空气而形成泡沫,用于浮游选矿、泡沫灭火和洗涤去污等,这种活性剂称为起泡剂。起泡作用也是由于活性剂在气液界面上的吸附形成活性剂的薄膜，并使界面张力大大下降，从而增加了气液的接粗面，使泡沫易于产生，加之活性剂产生了一定强度的保护膜，可以防止气体合并变大，因此具有一定稳泡性，为使泡沫更加稳定，常加稳泡剂。油田上用起泡作用有泡沫堵水、泡沫驱油等。

随着世界能源需求的增加,对石油的开采量及开采效率的要求越来越高,常规的采油方法(一次和二次法) 一般仅采出原油地质储量的1/3。当常规方法生产的原油产量不断下降时,提高原油采收率将在资源利用方面发挥重要作用。而泡沫技术就可达到保护油气层、提高采收率的目的。这项技术在国外石油工业中的应用是从上个世纪六十年代开始的,近年来发展很快,现已广泛应用于钻井、试油、增产措施、修井和采油工艺。由于泡沫流体的独特性能,解决了以前很多常规作业所不能解决的技术难题。取得了较大的经济效益。泡沫技术本身也在大量的生产实践中不断得到改进而日臻完善,为进一步开发利用现有原油储量展示了广阔的前景。

泡沫是气体和液体混合组成的分散体系,气体分散于液体中即产生气泡。大量的气泡密集在一起则成为泡沫,它的结构形状与蜂窝相似。气相是分散相,液相是分散介质。就其本质而言,泡沫是热力学不稳定体系。液膜的排液和气体的扩散是导致泡沫破裂的原因。泡沫一旦破裂,液体的表面积大为减小。由于泡沫流体具有低密度、低滤失、低油层伤害和高粘度、高悬砂能力等突出优点,常被用于石油工业的钻井、驱油、压裂、调堵等作业过程。泡沫技术的使用受到人们越来越多的重视。常用的起泡剂为表面活性剂,包括阴离子起泡剂、阳离子起泡剂、非离子起泡剂、两性离子起泡剂、聚合物起泡剂和复合型起泡剂等。一般常用阴离子型起泡剂,如十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、十二烷基硫酸钠(SDS)等。但在广

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度上和深度上都显薄弱,难以满足实际应用的需要。为此,需进一步研究盐浓度、温度、压力、原油的存在和表面活性剂的结构对泡沫性能的影响。

通过以OP(辛基酚聚氧乙烯醚)AES(烷基醇聚氧乙烯硫酸钠)SEM(咪唑啉表面活性剂)AGES-100AGES-80SD-2SDS(十二烷基硫酸钠)SDBS(十二烷基苯磺酸钠)为实验试剂，以通过搅拌器叶轮在泡沫基液中高速旋转,空气进入基液而形成泡沫流体为实验机理进行了一系列的实验，总结出了个个因素对其性能的影响，如下：

图1——不同浓度下的泡沫初始体积

图2——不同浓度起泡剂的半衰期

每种起泡剂要超过一定的浓度后才能发挥作用。浓度太低,不能达到起泡的目的。当超过这一浓度值后,随着起泡剂浓度的增加,产生泡沫的体积也随之增加,且增加趋势明显。当浓度达到一定值后,体积不再增加或增加趋势明显减慢。图1列出了几种起泡剂在不同浓度下的初始体积,从图中可以看出起泡剂浓度增加到一定值后,体积不再变化或变化减慢。随着起泡剂浓度的增加,半衰期总的趋势是增长,但所挑选的起泡剂中大部分增长比较平缓。只有SD-2随起泡剂浓度的

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增加半衰期增长较大,增加的趋势非常明显,浓度为1.0%时半衰期远远长于其它起泡剂(见图2,图中只列出了具有代表性的起泡剂)。从图3中可看出,温度对起泡剂的稳定性有影响。30℃曲线在60℃曲线之上,升高温度,相同浓度的同一种起泡剂的半衰期普遍都要降低。在室温下稳定性好的SD-2在60℃温度下稳定性变差,和其它起泡剂比较起来,半衰期差别不是很大。30℃和60℃温度下起泡剂产生泡沫的体积变化不大,有的起泡剂产生的泡沫体积稍微有一定增长(见图4)。

图3——不同温度下起泡剂的半衰期

图4——不同温度下起泡剂的初始体积

AGES-100在室温下不溶,加热溶解。通过比较,在60℃条件下,用AGES-100作起泡剂的效果是这些起泡剂是最好的。浓度为0. 2 %的AGES-100 就呈现出优良的起泡性能,比其它起泡剂的半衰期都长。浓度增加,半衰期稍有降低。图5是采用60℃下测得的AGES-100值所作的图。通过比较,在60℃的温度下AGES-100比其它所选用的起泡剂稳定性要好。

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图5——AGESW-100半衰期

对所挑选的起泡剂溶液进行了发泡能力、稳定性和抗温性测试和起泡剂用量选择。总的来看,升温对起泡剂的起泡能力影响不大,而对稳定性有不同程度的负面作用;所用的起泡剂中没有一种起泡剂的综合性能明显较其它起泡剂佳。室温下,SD-2的稳定性和发泡能力较好。而在60℃条件下,综合来看,AGES-100的性能较好,具有较强的稳定性。

3、增溶作用：

非极性有机物如苯在水中溶解度很小,加入油酸钠等表面活性剂后,苯在水中的溶解度大大增加,这称为增溶作用。增溶作用与普通的溶解概念是不同的,增溶的苯不是均匀分散在水中,而是分散在油酸根分子形成的胶束中。经X射线衍射证实,增溶后各种胶束都有不同程度的增大,而整个溶液的依数性变化不大。

大连民族学院的科研人员以苯酚为目标物,采用平衡法，通过测定苯酚的溶解度，研究表面活性剂对苯酚溶解度的影响。称量过量的苯酚(精确至0.0001g)和不同浓度的表面活性剂作为溶剂放于锥形瓶中,打开搅拌器,先将超级恒温水浴的控制温度升温到25,观测晶粒不再减少时,开始将溶液以0.2摄氏度min-1的速度缓慢降温到所测定的温度20,恒温2h,观测到不再有溶质析出时,停止搅拌,恒温静置10min,待所有固体颗粒沉淀。取上部溶液10mL,采用4-氨基安替比啉分光光度法测定苯酚的浓度,分析其组成,即为20摄氏度时的溶解度。实验过程中不停的搅拌以防止结晶和过饱和。所得数据为3次重复测量的平均值。

研究结果表明在20,将实验测得的苯酚在水中的溶解度数据与文献值进行了对比,结果如图1,两者平均相对误差为2.156%,说明采用本实验方法测定苯酚的固液平衡数据是可靠的。苯酚在两种表面活性剂体系中溶解度都随着表面活性剂浓度的增大而增加,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和十二烷基苯磺酸钠(SDBS)对苯酚溶解度都有明显的增溶作用。CTAB浓度在0.9mmol.L-1和2.25mmol.L- 1苯酚的溶解度分别增大1.97倍和2.95倍,SDBS浓度在1.2mmol.L-

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和3mmol.L- 1,苯酚的溶解度分别增大1.66倍和2.0倍；由此可见,当表面活性

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剂浓度高于临界胶束浓度时,增溶作用更加明显,阳离子表面活性剂CTAB比阴离子表面活性剂SDBS的增溶作用更强。

结论：(1)在研究的浓度范围内,两种表面活性剂对苯酚的增溶作用明显。

(2)相同的浓度条件下,CTAB比SDBS对苯酚的增溶作用更强。

4、乳化作用：

乳化是一种液体以微细液滴的形式均匀分散于另一不相混溶的液体中, 形成较稳定的乳化状液的过程。乳化作用是表面活性剂应用最广泛的特性。从广义角度看,油漆、抛光液、农药、金属切削油、奶油、冰琪琳、化妆品、全属清洗液和纤维油等剂都是乳状液或以乳状液形式应用的工业产品。

在化妆品工业中,乳状液是特别有用的,乳化作用可使一些不互溶的组分结合在一起,制成均匀稳定的产品。乳化作用还可使化妆品制作得更精细,配方更灵活,较容易根据所需改善产品的参数(如触变性、粘度、外观和感观等)；此外,乳状液可作为活性物的载体,将其均匀有效地施于皮肤。

乳状液是一种或几种液体以液珠形式均匀地分散在另一不相混溶的液体中构成的具有相当稳定性的多相分散体系。两种不相混溶的纯液体不能形成较稳定的乳状液,必需要有第三组分( 例如肥皂和表面活性剂等)乳化剂存在而起稳定作用。乳状液中以液滴或其他形式被分散的一相称为分散相(或称内相,不连续相)；另一相是连成一片的,称为分散介质(或称外相,连续相)。常见的乳状液一般都有一相是水或水溶液,通称水相；另一相是与水不相混溶的有机相,通称油相。根据分散相的性质,乳状液可分为二类:外相为水,内相为油的乳状液称为水

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包油型乳状液,以O/W表示；反之,则为油包水乳状液,以W/O表示。近年来,多重乳液已开始应用,W/O/W或O/W/O型的多重乳液是分散液滴本身就是乳状液。

现今,常根据分散相液滴的大小将乳状液分成三类:粗乳液(macroemulsions),液滴的直径>400nm(0.4微米),在光学显微镜可观察到液滴的形状和大小,呈蓝白至乳白色,通常称为乳状液或乳液；微乳液(micro emulsions)液滴的直径<100nm(0.1微米),呈半透明或透明的液体；微细乳液(miniemulsions)液滴直径介于上述两种类型之间(100nm～400nm,0.1微米m～0.4微米m),是蓝白色液体。化妆品工业常见的膏霜、乳液、发乳和护发素等属于粗乳液；一些透明嗜喱型产品、透明的香波和浴液等属于微乳液。

微乳液体系从40年代开始引起科学家们的关注,75年代己开始应用于蜡类和燃油配方、从岩层中提取残留的石油等方面。在化妆品工业中,微乳液主要用于香精和精油在水或水:醇体系2如花露水、古龙水3的加溶、透明凝胶类护肤和护发制品、二甲基硅氧烷为基体的头发调理剂、药物和活性物的加溶等。

一种液体分散于另一种液体（如油分散于水中）时,可构成一些不同种类的分散体系,其分散相单元的大小、可能是分子大小（几个纳米）的分散液至几百 或上千纳米大小的粗乳液。

微乳液（microemulsions）是指液滴直径5纳米到10纳米之间的两种或两种以上不混溶液体形成的透明的分散体系。微乳液形成与胶团加溶作用有关,有些研究者把微乳液称作“被溶胀的胶团溶液”,或“加溶胶团溶液”,或“胶团乳液”。微乳液是自发地形成或稍加搅拌就可形成热力学稳定的透明的液体。

微乳液与一般乳状液的区别是明显的。尽管从动力学的角度看,乳状液可稳定较长的时间,但它毕竟是热力学不稳定的体系,倾向于减少不相混溶两相的界面面积,因以降低体系自由能的热力学推动力无变化,最终仍会产生相分离。添加表面活性剂的作用是延缓相分离的过程。微乳液一般含有油、水或盐水、表面活性剂,一般还含有辅助表面活性剂(如醇类等)它是热力学稳定的体系。若组成、 雄度和压力不变,可稳定无限长时间。此外乳状液液滴直径100纳米到200纳米之间,而微乳液液滴直径一般为5纳米到100纳米。微乳液与表面活性剂胶团溶

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表面活性剂的作用、性能和聚集体结构

液的界限不明显,胶团直径一般约为0.5纳米到5.0纳米（如上图）。特别是液滴 直径低端的微乳液与胶团的区别更少。在液滴直径高端的微乳液的加溶能力远远超过胶团溶液。尽管胶团溶液的CMC值、聚集数可随环境变化,但在较宽的范围内可形成胶团溶液。有关碳氢化合物和染料的胶团加溶作用研究表明,被加溶物与表面活性剂分子之比很少超过2。而大多数微乳液中,被加溶物与表面活性剂分子（包括辅助表面活性剂）之比超过100。在胶团溶液中,由于该比值低,显然不存在可以从胶团溶液分离出来的油相。而在微乳液中，被加溶物与表面活性剂比值较大,需要有一个较大的核心来容纳这些被加溶物。这方面微乳液与一般乳状液相似,应有一个主要由表面活性剂组成的界面包围的区域,即形成较大的液滴。微乳液之所以能形成稳定的油、水分散体系,一种解释是认为在一定条件下产生了所谓负界面张力,从而,使液滴的分散过程自发地进行。在无表面活性 剂存在时,一般油:水界面表面张力约30毫牛每米到50毫牛每米。有表面活性剂存在时,界面张力下降,若再加入一定量极性有机物,可将界面张力降至不可测量的程度。当表面活性剂及辅助表面活性剂用量足够时,油水体系的界面张力可能暂时小于零（或负值）,但负的界面张力不可能稳定存在,体系欲趋于平衡则必扩大界面,使液滴的分散度加大,最终形成微乳液,界面张力则由负值变为零。形成微乳液的负界面张力的说法可解释一些现象,但都缺乏理论和实践基础。从另一方面看,微乳液的一些基本性质与胶团相似,均为热力学稳定的体系。因此,另一种微乳液形成的机理是把微乳液的形成看作是在一定条件下表面活性剂胶团溶液对油或水的加溶结果,即形成溶胀（加溶）的胶团溶液。微乳液一般为透明的分散体系,但在显微镜下观察不到质点。微乳液外观为灰色半透明时,其透射光为红色,反射光为蓝色；透明的微乳液,其透射光及反射光则皆为无色。微乳液很稳定,放置长时间不分层,不会被破坏,用普通离心机也不能使之分层。

5、洗涤作用：

洗涤剂中通常要加入多种辅助成分,增加对被清洗物体的润湿作用,又要有起泡、增白、占领清洁表面不被再次污染等功能。

其中占主要成分的表面活性剂的去污过程是:

a水的表面张力大,对油污润湿性能差,不容易把油污洗掉。

b加入表面活性剂后,憎水基团朝向织物表面和吸附在污垢上,使污垢逐步脱离表面。

c污垢悬在水中或随泡沫浮到水面后被去除,洁净表面被活性剂分子占领。 随着科技飞速发展和现代文盟的不断进步，越来也多的表面活性剂已经应用到了人们的生活中，表面活性剂的应用也无时无刻的不出现在人类的世界里，它以与人类的生活密不可分。所有，为了让表面活性剂在我们的生活中得到更加广泛的应用，作为新世纪的我们，应该继前人的成就，在前人所作的基础之上，更

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加深入的研究表面活性剂，使其发展在原有的基础上更上一层楼，使我们国家对表面活性剂的研究达到世界的领先地位，未来的发展将会需要我们的实现！

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表面活性剂的作用、性能和聚集体结构

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