胶体与界面化学4详解

2、在固体表面上发生吸附作用 表面活性剂也可通过物理吸附或化学吸附形 成定向排列的吸附层，以改变固体表面的组成 和结构，使高能表面变为低能表面，从而降低 固体表面的润湿性。实践中常以此达到防水、 降黏的作用。 能发生吸附的表面活性剂有：重金属皂类、 长链脂肪酸、有机胺盐、有机硅化合物、合氟 表面活性剂等。 黄药（黄原酸）在矿物浮选中的应用就是最 典型的例子。
棉布纤维具有醇羟基团，表面亲水。当表面 活性剂吸附于棉布表面时，表面活性剂的亲 水基团与棉布纤维的醇羟基团结合，而憎水 基朝向空气，从而使棉布表面从润湿变为不 润湿，这就是雨衣或防水布的制作原理。 若为非极性固体表面，可通过表面活性剂 的吸附形成亲水基向外的吸附层而使憎水表 面变为亲水表面，即使其由不润湿变为润湿。 如将聚乙烯，聚四氟乙烯，石蜡等典型的低 能固体浸在氢氧化铁或氢氧化锡溶胶中，经 过一段时间，水合金属氧化物在低能表面产 生较强的吸附，干燥后可使表面润湿性发生 永久性的变化，即从憎水变为亲水。
六、固体的润湿性质
1、低能表面与高能表面 从润湿方程可以看出，当θ＜90°，可润湿， 这时 s s-l l ， 即要求 s l 可见，低表面张力的液体容易润湿高表面能的 固体，考虑到 l 的数值均在100mN/m以下， 常以此为界，将固体分为两类：
（ 1 ）表面张力大于 100mN/m 者称为高能固体，这 些固体易被液体所润湿，如无机固体、金属及其 氧化物等。 （ 2 ）表面张力低于 100mN/m 者称为低能固体，这 类固体不易被液体所润湿，如有机固体、高聚 物固体等。 一般的无机物固体（陶瓷、金属等）的表面能约 在500~5000mN/m，其数值远远大于一般液体的 表面张力，因此，液体与这类固体接触后，使固 体表面能显著降低。
若将一般暖气管内壁改为憎水表面，则水 蒸气在管内凝成液滴并沿管壁流下，而不会 铺展成水膜，这样，在提高热交换效率的同 时又延长管道寿命。对热电厂的冷凝管同样 存在以上问题。
3. 配制农药 喷洒农药杀灭害虫时，如果农药水溶液对植物 的茎叶表面润湿性不好，药液易滚落下来不仅造 成浪费，而且洒在植物上的药液也不能很好展开， 待水分蒸发后，叶面上只形成断续的药物斑点， 杀虫效果不好。若在药液中加入少量表面活性剂， 使药液容易在茎叶表面展开，待水分蒸发后，形 成均匀的药物薄层，大大提高了农药的利用率和 杀虫效果。因此农药一般都需要制成乳液制剂。
③附有两亲分子单层的高能表面显示出低能表 面的性质，这说明决定固体表面润湿性能的 是其表面层的基团或原子，而与基体性质关 系不大。因此，当表面层的基团相同时不管 基体是否相同，其γ c 大致相同。
3、高能表面的自憎现象 虽然许多液体可在高能表面上铺展，如煤油 等碳氢化合物可在干净的玻璃，钢上铺展，但 也有一些低表面张力的液体不能在高能表面上 铺展，例如辛醇、2-乙基己醇等。 出现这种现象的原因在于这些有机液体的分 子在高能表面上吸附并形成定向排列的吸附膜， 被吸附的两亲分子以极性基朝向固体表面，而 非极性基朝外排列使高能表面的组成和结构发 生变化。即从高能表面变成低能表面，
其γc可能小于液体的γl值，造成这些液体不 能在自身的吸附膜上铺展，这种现象叫做自憎 现象。可利用自憎现象改变固体表面的润湿性， 如常用一些有自憎现象的油作为一些精密机械 中轴承的润滑油，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ为这样做可以防止油在金 属零件上的铺展而形成油污。
七、表面活性剂对润湿性的影响
1、降低液相表面张力的作用（润湿剂）
2、低能表面的润湿性质
近年来，随着高聚物的广泛应用，低能表面的 润湿问题越来越引起人们的重视，如某些高聚物 做成的生产用品和生活用品，就要求其能很好地 为水所润湿（加入某些无机氧化物可能是有效的 办法），塑料电镀，降解等也需要解决润湿问题。 Zisman等人首先发现，同系列液体在同一固体表 面的润湿程度随液体表面张力的降低而提高。 （γl↓ ， COSθ ↑， θ ↓ ) 若以COSθ对γl作图，可得一很好的直线，
①固体的润湿性与分子的极性有关，极性化合物 的可润湿性明显优于相应的完全非极性的化合物 （如纤维素的γc=40~45，而聚乙烯为31）。 ②高分子固体的可润湿性与其元素组成有关，在 碳氢链中氢被其他原子取代后，其润湿性能将明 显改变，用氟原子取代使 γc变小（如聚－氟乙烯 为 28 ），且氟原子取代越多， γc 越小（聚四氟乙 烯为18）,润湿性变差。而用氯原子取代氢原子则 使γc变大可润湿性提高，如聚氯乙烯的γc为39，大 于聚乙烯的31。
将直线外推至COSθ=1处（θ=0），相应的表面张 力将为此固体的润湿临界表面张力，称为γc、γc 表示表面张力小于此值的同系列液体方可在该 固体上自行铺展，即S=0，若为非同系列液体， 以 COSθ 对 γl 作图通常也显示线性关系，将直线 外推至COSθ=1处，亦可得γc。 γc是表征固体表面润湿性的经验参数，对某一固 体而言，γc越小，说明能在此固体表面上铺展的 液 体 便越 少 ，其 可 润湿 性 越差 （ 即表 面能较 低）。从实验测得各种低能表面的γc值，并总结 出一些经验律：
黄药与矿石表面发生吸附作用，这时，矿物表 面的外层为碳氢基，其润湿性大大下降，并附 着于鼓入的气泡中被浮选到液体表面。
矿物浮选
浮游选矿的原理图 当矿砂表面有5%被捕 集剂覆盖时，就使表面产 生憎水性，它会附在气泡 上一起升到液面，便于收 集。 选择合适的捕集剂， 使它的亲水基团只吸在矿 砂的表面，憎水基朝向水。
从润湿方程看，若液体的表面张力越低，则润湿 能力越强，当某液体（如水）的表面张力大于某 固体表面的γc值时，此液体是无法润湿该固体的， 但若加入表面活性剂，使液体的表面张力大大降 低，一旦表面张力低于γc，则此时液体便能润湿 固体，这种表面活性剂一般称为润湿剂。显然， 降低水表面张力的能力越强，其润湿性越好，是 最有效的润湿剂。
八、润湿作用的其他应用
1、金属焊接 金属焊接时，应选择黏附功 Wa 大的焊剂， 除此之外，还应选择一些配合溶剂以除去金属 表面的氧化膜，这种溶剂应既能溶解氧化膜又 能润湿金属，同时，又要能被焊剂从金属表面 顶替出来，从而使焊剂在金属表面铺展，如松 香就具备上述性能而作为常用的焊接溶剂。
2、滴状冷凝