1、表面活性剂化学及应用表面活性剂化学及应用东华大学化学化工与生物工程学院东华大学化学化工与生物工程学院张张 煊煊第八章第八章 表面活性剂的分散和絮凝表面活性剂的分散和絮凝作用作用有“工业味精”之称。最早的表面活性剂肥皂u表面活性剂分散与絮凝的对象是固体微粒。u固体微粒在液体中的分散，即由固体为分散相，液体为分散介质的分散系统是一种多相分散的热力学不稳定系统。u在生产、生活中，有时需要固体微粒均匀、稳定地分散在液体介质之中，例如含钛白粉的纺丝液，含碳黑的墨水，含颜料的涂料灯。u有时则需要分散的固体微粒失稳，尽快聚集沉降，例如河水澄清，污水治理灯。第一节 DLVO理论u分散与絮凝是一个复杂的过程，研
2、究表面活性剂在分散比较与絮凝过程中的作用及其机理，对分散与絮凝过程的表面活性剂的筛选与工艺条件的设计提供参考。uDLVO理论是关于分散与絮凝最早的比较完善的理论，是上世纪40年代由当时苏联学者Derjaguim和Landan以及荷兰学者Verwey和Overbeek分别独立提出的。u这个理论的基本观点是微粒间存在由Van Der Waals长程力引起的相互吸引作用以及微粒相互趋近时由双电层发生重迭产生的排斥作用。一微粒间的位能曲线一微粒间的位能曲线1微粒间的吸引位能EA通常可以将两个趋近的微球表面近似当作平面块体，则粒间的吸引位能EA可用下式表示：式中h为粒间距离，A为表观Hamaker常数，
3、2AAE=h12212A=AA-dha2微粒间排斥位能ER 式中为介质的介电常数；a为微粒的半径，d=2a+h；K-1为双电层厚度；k，T分别为Boltzmann常数和绝对温度。3微粒间的总位能曲线 EA,稳定性 ER,稳定性2210exp(/)RaEhd22210 exp(/)12TAREEEaAhhd二二DLVO理论的成功与不足理论的成功与不足1DLVO理论在吸引位能中引入了表观Hamaker常数A，成功地解释了A对分散稳定性的影响。但是由于A是由分散相与分散介质的性质所决定的，所以无法解释通过加入表面活性剂等方法提高微粒表面的润湿性对分散稳定性的影响。2表面热力学电位是通过粒径a对排斥位
4、能影响的。a愈小，0愈大，排斥位能愈大，电位能垒则愈高。微粒在分散介质中对外显示电性的是滑移界面上的动电位，该动电位除了与电解质浓度有关外，还与stern电位有关。3在本体相中加入电解质，双电层厚度K1被压缩。结果排斥位能减小，总位能曲线上的位能垒Emax也降低。但是，表面活性剂离子的作用不仅限于此，如前所述，它不仅会压缩双电层，而且会显著影响表面电位。4总位能曲线成功地描述了位能垒Emax和絮凝位Emin，解释微粒稳定分散和絮凝、聚沉的机理。但是，由于排斥位能仅考虑了静电斥力，所以无法解释聚氧乙烯醚非离子型表面活性剂在微粒表面形成的单分子吸附层对分散稳定性的作用。实验表明：此类非离子表面活性
5、剂可使微粒分散稳定性大大提高，甚至当大量电解质存在也是如此。一表面活性剂的分散作用（以水相为例一表面活性剂的分散作用（以水相为例）表面活性剂在固体微粒在介质的分散过程中 存在三种作用。u 固体表面的润湿作用;u 微粒团的劈裂解聚结作用;u 阻止被分散的微粒再聚集作用。第二节 表面活性剂的分散稳定作用及其分散剂1固体表面的润湿作用 若要使固体微粒在介质中均匀分散，其先决条件是所有固体表面能被介质充分润湿，即实现介质在固体表面的铺展。此过程的推动力是铺展系数：S=cos1 0SGSLLGLGu表面活性剂在介质表面发生疏水基定向吸附，降低介质表面张力LG；u表面活性剂固液界面也发生疏水基定向吸附，使
6、LS降低，S增大，变小，最终自发铺展，实现固体表面的完全润湿。2微粒团的劈裂解聚结作用 在固体微粒团中往往存在“微隙”，这些微隙是晶体在应力作用下生产的，但当应力去除时它们会自愈并消失。表面活性剂在微粒团的解聚集过程中具有两种作用（1）渗透浸入微隙；（2）通过“劈裂”微粒完成解聚结。2cosp=rLG3阻止固体微粒再聚集作用 在水介质中，能在微粒固液界面发生疏水基定向吸附的表面活性剂不仅能增加防止微粒聚集的静电能垒和立体能垒，而且，朝向水相的亲水基的溶剂化层也能起重要的分散稳定作用。二各种表面活性剂的分散性能二各种表面活性剂的分散性能 1、阴离子表面活性剂 2、聚氧乙烯醚非离子表面活性剂 3、
7、阳离子表面活性剂 4高分子表面活性剂loopstailstrains三常用分散剂三常用分散剂1水介质使用的分散剂u这类分散剂一般都是亲水性较强的表面活性剂;u其疏水性基多为较长的碳链或带有苯或萘环等的平面结构;u阴离子型和非离子型表面活性剂是最常用的水介质中使用的分散剂。（1）阴离子型分散剂 萘系分散剂 木质素类分散剂 聚合物类（2）非离子型分散剂（3）两性离子型分散剂2有机介质中使用的分散剂（1）用于无机粒子的分散剂 包括各类脂肪酸钠类，常用的有月桂酸钠、硬脂酸钠和烷基磺酸盐。长碳链的胺类化合物如伯胺类、仲胺类、季铵盐以及醇胺类。除此之外还有长碳链醇类和有机硅类。（2）用于有机粒子的分散剂
8、主要包括各种非离子型表面活性剂，各种长碳链胺如十八胺，各类以聚氧乙烯醚为亲水基团的烷基胺、吐温类，亲油性强的斯盘类非离子型表面活性剂。第三节 聚沉和絮凝作用及絮凝剂一表面活性剂的聚沉和絮凝作用一表面活性剂的聚沉和絮凝作用 1中和或者降低被分散颗粒的Stern电位 2桥连作用 两种方式u第一种方式是由上述吸附的第一层表面活性剂的疏水链引起的;u第二种方式是高分子表面活性剂通过各种相互作用,吸附于多个颗粒表面，即将多个颗粒通过高分子链连接起来，从而发生絮凝作用。u分子量及其分布，一般分子量适中，分子量分布窄的高分子絮凝剂为理想的絮凝剂。其中，阳离子型高分子絮凝剂中的低分子量含量较高的絮凝效率高，而
9、阴离子型高分子絮凝剂中的高分子量含量较高的絮凝效率高。u分子结构，一般为随机或嵌段共聚物，以线型结构的高分子絮凝剂为主。二常用有机絮凝剂二常用有机絮凝剂1阳离子型高分子絮凝剂HCH2CHnCONH2CH2CHCONHCH2CH2CH2N(CH3)3ClmHCH2CHCONH2CH2CHCH2NCH3CH3ClCHCH2HnmHCH2CH2CHCH2NCH3CH3ClCHHnCH2H2CHCH2CHCH2NCH3CH3ClCHCH2HmCH2H2阴离子型高分子絮凝剂3非离子型高分子絮凝剂 合成非离子型高分子絮凝剂的单体一般有丙烯酰胺、乙烯基吡咯烷酮、乙烯基甲基醚、环氧乙烷以及乙酸乙烯酯（共聚合后的水解物为聚乙烯醇）等。其中，最常用的是聚丙烯酰胺。HCH2CHnCOONaHHCH2CHnCOONaCH2CHCONH2mH
