表面活性劑動態表面張力測定

什么是表面活性劑?

　　表面活性劑是指具有固定的親水親油基團，在溶液的表面能定向排列，并能使表面張力顯著下降的物質。指加入少量表面活性劑能使其溶液體系的界面狀態發生明顯變化的物質。表面活性劑的分子結構具有兩親性：一端為親水基團，另一端為疏水基團;親水基團常為極性基團，如羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其鹽，羥基、酰胺基、醚鍵等也可作為極性親水基團;而疏水基團常為非極性烴鏈，如8個碳原子以上烴鏈。

表面活性劑分子結構

表面活性劑的應用領域

　　(1)乳化作用：由于油脂在水中表面張力大，當水中滴入油脂后，用力攪拌，油脂被粉碎成細珠狀，互相混合成乳濁液，但攪拌停止又重新分層。如果加入表面活性劑，用力攪拌，停止后很長時間內卻不易分層，這就是乳化作用。

　　(2)潤濕作用：零件表面上往往粘附有一層蠟、油脂或鱗片狀的物質，這些物質是疏水性的。由于這些物質的污染，零件表面不易被水潤濕，當水溶液中加入表面活性劑時，零件上的水珠就很容易分散開來，使零件的表面張力大大降低，達到潤濕目的。

　　(3)增溶作用：油類物質中加入表面活性劑后，才能“溶解”，但是這種溶解只有在表面活性劑的濃度達到膠體的臨界濃度時才能發生，溶解度的大小根據增溶對象和性質來決定。就增溶作用而言，長的疏水基因烴鏈要比短烴鏈強，飽和烴鏈比不飽和烴鏈強，非離子表面活性劑增溶作用一般比較顯著。

　　(4)分散作用：灰塵和污粒等固體粒子比較容易聚集在一起，在水中容易發生沉降，表面活性劑的分子能使固體粒子聚集體分割成細小的微粒，使其分散懸浮在溶液中，起到促使固體粒子均勻分散的作用。

　　(5)泡沫作用：泡沫的形成主要是活性劑的定向吸附作用，是氣液兩相間的表面張力降低所致。一般低分子活性劑容易發泡，高分子活性劑泡沫少，豆蔻酸黃發泡性最高，硬脂酸鈉發泡性最差，陰離子活性劑發泡性和泡沫穩定性比非離子型好，如烷基苯磺酸鈉發泡性很強。通常使用的泡沫穩定劑有脂肪醇酰胺、羧基甲基纖維素等，泡沫抑制劑有脂肪酸、脂肪酸酯、聚醚等及其它非離子表面活性劑。

由表面活性劑制成的日用化工產品

　　表面活性劑除了在日常生活中被用做清洗劑之外，由表面活性劑還可以配制多種最終制品或商品，如洗滌劑、潤濕劑、滲透劑、乳化劑、破乳劑、消泡劑、分散劑等。這些制品或商品是按一定的配方調制的產品，其必要組分是表面活性劑，出表面活性劑外，還有助劑、促進劑，其配方的目的是提高表面活性劑的功能。

表面活性劑與動態表面張力的關系

　　表面張力，是液體表面層由于分子引力不均衡而產生的沿表面作用于任一界線上的張力。通常，由于環境不同，處于界面的分子與處于相本體內的分子所受力是不同的。在水內部的一個水分子受到周圍水分子的作用力的合力為0，但在表面的一個水分子卻不如此。因上層空間氣相分子對它的吸引力小于內部液相分子對它的吸引力，所以該分子所受合力不等于零，其合力方向垂直指向液體內部，結果導致液體表面具有自動縮小的趨勢，這種收縮力稱為表面張力表面張力系數的單位在SI制中為牛頓/米(N/m)，但仍常用達因/厘米(dyn/cm)。

　　當一新的表面或界面形成時，表面活性劑只有從體相擴散到表/界面時，才能起到其作用，而這一過程需要時間，其長短從幾毫秒到幾秒甚至幾分，取決于體系本身和表面活性劑的特性，如溫度、粘度以及表面活性劑的化學性質和分子量等。在這一過程中，體系的表面張力隨著時間下降，最后，當新形成的表/界面被從體系擴散來的表面活性劑飽和時，達到其平衡值。

　　對表面活性劑動態吸附性能的研究已經與一些實際應用領域建立了聯系,例如泡沫的產生,表面活性劑的乳化和去乳化過程。最常見的用于測定表面活性劑動態吸附性能的方法是動態表面張力的測定。在一定時間范圍內,從幾毫秒到幾小時,跟蹤測定表面活性劑溶液的動態表面張力變化。

動態表面張力的測量方法

　　對于許多應用領域和體系(如油墨)，不但最終的表面張力值是一很重要的指標，而且當一新表/界面形成后，其表面張力值隨時間變化以至達到最終平衡值的速度也十分關鍵。

　　動態表面張力值的測量有幾個重要的指標：

　　可以測量的最早時間：也就是一當一表/界面形成后，最早從什么時候起可以測量到表/界面張力值;

　　測量值的可靠性：往往當表/界面壽命很短時，測量較困難，測量值的可靠性也可能較差;

　　可以測量的最久時間等。

　　當前，在測量動態表面張力的方法中，使用最普遍的應算最大氣泡壓力法。德國SITA 表面張力儀是采用最大氣泡壓力法為原理研制出來的產品，可用于在表面活性劑在遷移過程中實時表面張力的測量，并且通過配套軟件繪制出完整的動態表面張力變化曲線 （如下圖所示）。

通過SITA表面張力儀繪制的動態表面張力隨時間變化曲線

　　由于在實際生產使用過程中，表面活性劑從添加到遷移以及消耗，其含量都是在不斷變化的，因此動態表面張力也是在不斷的變化的，從一點來說SITA的泡壓法表面張力儀更加適合生產及研發場合使用。

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