表面活性剂化学分散与絮凝作用

4电解质对溶胶稳定性的影响
再带电现象
电解质对溶胶稳定性的影响与反离子的价数有关。在浓度相等 时，反离子的价数越高其 聚沉能力越强。
以一价阳离子作为反离子聚沉能力随水化半径增大而递减： H+>Cs+>Rb+>K+>Na+>Li+
以一价负离子作为反离子聚沉能力顺序如下： F—>IO3—>H2PO 4—>BrO3—>Cl—>ClO3—>Br—>I—>CNS－·
10.3.1表面活性剂在水介质中的分散稳定作用
1对非极性固体粒子的分散作用
图10-17 炭黑的分散过程 (a)吸附阴离子表面活性剂提高电能障； (b)吸附非离子表面活性剂提高空间阻碍
阴离子型表面活性剂：不仅能提供电能障而且由于表面活性剂 分子在固体粒子表面上的定向作用——非极性基团吸附于 固体粒子表面，极性基伸入水中而使固—液界面张力降低 ，也更有利于固体粒子在水相中分散，这种吸附效率是随 着憎水基团的碳链的增长而增加的，因此可以推测，在这 种情况下，长碳链的离子型表面活性剂，比短碳链的更有 效。
阳离子表面活性剂：可以通过静电相吸力吸附于缝 隙壁上，以季铵阳离子吸附于缝隙壁带负电荷的位 置上而以疏水基伸入水相，使缝隙壁的亲水性下降， 接触角θ 增大甚至θ >900，导致毛管力为负，阻止 液体的渗透，所以阳离子表面活性剂不宜用于固体 粒子的分散。
3）阻止固体微粒的重新聚集
表面活性剂吸附在固体微粒的表面上，增加了防止微 粒重新聚集的能障，并且由于所加的表面活性剂降低 了固—液界面的界面张力，即增加分散体系的热力学 稳定性。
阴离子表面活性剂：通过范德华相吸力克服静电排斥力或 通过镶嵌方式而被吸附于缝隙的表面，使表面因带同种电荷使 排斥力增强，以及渗透水产生渗透压共同作用使微粒间的绞结 强度降低，减少了固体粒子或粒子团碎裂所需的机械功，从而 使粒子团被碎裂或使粒子碎裂成更小的晶体，并逐步分散在液 体介质中。
非离子表面活性剂：通过范德华力被吸附于缝隙壁上，非 离子表面活性剂存在不能使之产生电排斥力但能产生熵斥 力及渗透水化力使粒子团中微裂缝间的绞结强度下降而有 利于粒子团碎裂。
质点的排斥能VR： VR＝ rDu2ln[1+exp(-kH)]
式中，VR－质点间的排斥力； r－质点的半12 径； D－水的介电常数；
u－吸附层和扩散层界面上的电位；
1 －扩散层的厚度；
k
H－质点间的最短距离。
排斥能与吸附层和扩散层界面上的电势和质点半径成正比； 吸附层和扩散层界面的电势越高，排斥能越大，质点越不易靠近， 质点越易分散稳定； 粒径小时，排斥能也小，质点容易靠近，易于絮凝； 排斥能随之质点间的距离的增加，而以指数的形式下降。
10.3 表面活性剂的分散稳定作用
(1)降低液体介质的表面张力γLV固液界面张力γSL和液体在固体上的接触角θ， 提高其润湿性质并降低体系的界面能。同时可提高液体向固体粒子孔隙中渗 透的速度，以利于表面活性剂在固体界面的吸附，并产生其它利于固体粒子 聚集体粉碎、分散的作用。
(2)离子型表面活性剂在某些固体粒子上的吸附可增加粒子表面电势，提高粒 子间的静电排斥作用，利于分散体系的稳定。
1质点间的范得华相吸能（VA） 当两个球形质点的体积相等，距离非常小的情况下，它们
之间的吸引能VA可以用下式表示：
VA1A2rH
式中A－Hamaker常数； r－质点的半径； H－质点间的最短距离。
吸引能与之点半径成正比。粒径大的质点吸引能也大。吸引能 随着质点间的最短距离的减小而增大。
2.双电层的排斥（VR）
非离子表面活剂：可以改善非极性固体粒子在水中的 润湿性，如聚氧乙烯醚作为亲水基团的这类表面活性 剂虽然不能提供电能障，但它却可以通过柔顺的聚氧 乙烯链提供熵排斥力，形成空间位阻。
10.2.1胶体稳定性的DLVO理论
亲液胶体粒子表面覆盖有溶剂化层，可以防止粒子聚 集。同时大部分亲液胶体粒子表面也带有电荷，粒子 间也可存在电性斥力，从而使得粒子难以聚集。
疏液胶体体系稳定性最著名的理论就是由Derjaguin、 Landau、Verwey和Overbeek四人提出的DLVO理 论
3质点间的相互作用能VT
当两个带电质点相互靠近时，质点间的相互作用能等于吸引能和
排斥能之和: VT＝VA ＋ VR
在质点间的距离处于很小和很大时，相互势能VT以吸引能为主，
体系易形成絮凝体； 当质点间的距离处于中等程度时，相互作用以排斥能为主，质点
处于稳定状态，不易形成絮凝体；质点相距很远时，吸引能和排
斥能都等于零；在VT－H的曲线上存在两个极小能量值，即第一
和第二极小值和一个势垒，势垒是指凝聚或絮凝的最大障碍。 若要使体系处于分散稳定状态就需要设法升高此势垒增加排斥能，
加大质点间距离缩短增加其吸引能而形成絮凝体。
将第一极小值处发生的聚结称为聚沉（congulation）， 而在第二极小值处发生的聚结叫做絮凝（flocculation）。
(3)在固体粒子表面上亲液基团朝向液相的表面活性剂定向吸附层的形成利于 提高疏液分散体系粒子的亲液性，有时也可以形成吸附溶剂化层。
(4)长链表面活性剂和聚合物大分子在粒子表面吸附形成厚吸附层起到空间稳 定作用。
(5)表面活性剂在固体表面结构缺陷上的吸附不仅可降低界面能，而且能在表 面上形成机械蔽障，有利于固体研磨分散。
低能表面,液体在其毛细管壁上的接触角θ >900，因此ΔP为负 值，与固—液界面扩展的方向相反对渗透起阻止作用。
当表面活性剂加入后，θ>900变为θ<900结果使毛管力由ΔP<0变为
ΔP>0而加速了液体在缝隙中渗透。 渗透速度：
式中，l是t时间内液体沿孔隙渗入的距离； r是粉体缝隙。
η 是液体粘度。
表面活性剂化学分散与絮凝 作用
Fra Baidu bibliotek
10.1分散体系的形成
10.1.1分散法
1固体粒子的分散过程 使粉体润湿，将附着于粉体上的空气以液体介质取代； 使固体粒子团簇破碎和分散; 阻止已分散的粒子再聚集
1）固体粒子的润湿
当铺展系数SL/S>o时，固体粒子就会被介质完全润湿，此 时接触角θ＝00
高能表面，液体在毛管壁的接触角一般θ <900，毛管力ΔP会 加速液体的渗透，加之表面活性剂能使γLV降低，因此有利于 渗透过程的进行。