表面活性剂是指具有固定的亲水亲油基团,在溶液的表面能定向排列,并能使表面张力显著下降的物质。指加入少量表面活性剂能使其溶液体系的界面状态发生明显变化的物质。表面活性剂的分子结构具有两亲性:一端为亲水基团,另一端为疏水基团;亲水基团常为极性基团,如羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其盐,羟基、酰胺基、醚键等也可作为极性亲水基团;而疏水基团常为非极性烃链,如8个碳原子以上烃链。
表面活性剂分子结构
(1)乳化作用:由于油脂在水中表面张力大,当水中滴入油脂后,用力搅拌,油脂被粉碎成细珠状,互相混合成乳浊液,但搅拌停止又重新分层。如果加入表面活性剂,用力搅拌,停止后很长时间内却不易分层,这就是乳化作用。
(2)润湿作用:零件表面上往往粘附有一层蜡、油脂或鳞片状的物质,这些物质是疏水性的。由于这些物质的污染,零件表面不易被水润湿,当水溶液中加入表面活性剂时,零件上的水珠就很容易分散开来,使零件的表面张力大大降低,达到润湿目的。
(3)增溶作用:油类物质中加入表面活性剂后,才能“溶解”,但是这种溶解只有在表面活性剂的浓度达到胶体的临界浓度时才能发生,溶解度的大小根据增溶对象和性质来决定。就增溶作用而言,长的疏水基因烃链要比短烃链强,饱和烃链比不饱和烃链强,非离子表面活性剂增溶作用一般比较显著。
(4)分散作用:灰尘和污粒等固体粒子比较容易聚集在一起,在水中容易发生沉降,表面活性剂的分子能使固体粒子聚集体分割成细小的微粒,使其分散悬浮在溶液中,起到促使固体粒子均匀分散的作用。
(5)泡沫作用:泡沫的形成主要是活性剂的定向吸附作用,是气液两相间的表面张力降低所致。一般低分子活性剂容易发泡,高分子活性剂泡沫少,豆蔻酸黄发泡性最高,硬脂酸钠发泡性最差,阴离子活性剂发泡性和泡沫稳定性比非离子型好,如烷基苯磺酸钠发泡性很强。通常使用的泡沫稳定剂有脂肪醇酰胺、羧基甲基纤维素等,泡沫抑制剂有脂肪酸、脂肪酸酯、聚醚等及其它非离子表面活性剂。
由表面活性剂制成的日用化工产品
表面活性剂除了在日常生活中被用做清洗剂之外,由表面活性剂还可以配制多种最终制品或商品,如洗涤剂、润湿剂、渗透剂、乳化剂、破乳剂、消泡剂、分散剂等。这些制品或商品是按一定的配方调制的产品,其必要组分是表面活性剂,出表面活性剂外,还有助剂、促进剂,其配方的目的是提高表面活性剂的功能。
表面张力,是液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力。通常,由于环境不同,处于界面的分子与处于相本体内的分子所受力是不同的。在水内部的一个水分子受到周围水分子的作用力的合力为0,但在表面的一个水分子却不如此。因上层空间气相分子对它的吸引力小于内部液相分子对它的吸引力,所以该分子所受合力不等于零,其合力方向垂直指向液体内部,结果导致液体表面具有自动缩小的趋势,这种收缩力称为表面张力表面张力系数的单位在SI制中为牛顿/米(N/m),但仍常用达因/厘米(dyn/cm)。
当一新的表面或界面形成时,表面活性剂只有从体相扩散到表/界面时,才能起到其作用,而这一过程需要时间,其长短从几毫秒到几秒甚至几分,取决于体系本身和表面活性剂的特性,如温度、粘度以及表面活性剂的化学性质和分子量等。在这一过程中,体系的表面张力随着时间下降,最后,当新形成的表/界面被从体系扩散来的表面活性剂饱和时,达到其平衡值。
对表面活性剂动态吸附性能的研究已经与一些实际应用领域建立了联系,例如泡沫的产生,表面活性剂的乳化和去乳化过程。最常见的用于测定表面活性剂动态吸附性能的方法是动态表面张力的测定。在一定时间范围内,从几毫秒到几小时,跟踪测定表面活性剂溶液的动态表面张力变化。
对于许多应用领域和体系(如油墨),不但最终的表面张力值是一很重要的指标,而且当一新表/界面形成后,其表面张力值随时间变化以至达到最终平衡值的速度也十分关键。
动态表面张力值的测量有几个重要的指标:
可以测量的最早时间:也就是一当一表/界面形成后,最早从什么时候起可以测量到表/界面张力值;
测量值的可靠性:往往当表/界面寿命很短时,测量较困难,测量值的可靠性也可能较差;
可以测量的最久时间等。
当前,在测量动态表面张力的方法中,使用最普遍的应算最大气泡压力法。德国SITA 表面张力仪是采用最大气泡压力法为原理研制出来的产品,可用于在表面活性剂在迁移过程中实时表面张力的测量,并且通过配套软件绘制出完整的动态表面张力变化曲线 (如下图所示)。
通过SITA表面张力仪绘制的动态表面张力随时间变化曲线
由于在实际生产使用过程中,表面活性剂从添加到迁移以及消耗,其含量都是在不断变化的,因此动态表面张力也是在不断的变化的,从一点来说SITA的泡压法表面张力仪更加适合生产及研发场合使用。
了解更多《表面活性剂动态表面张力测定》的方法及SITA 表面张力仪的信息,请致电【18566398802】。