2012年化学工程专业课作业

2012年化学工程专业课作业一、名词解释1. 表面活性剂：表面活性剂是这样一种物质，加入少量就能显著改变界面状态。

习惯上将降低溶剂(一般为水)的表面张力(气-液)或界面张力(液-液)的物质，称为表面活性剂。

2. 润湿临界表面张力：表面能低的固体平面不易被水所润温，但是缺乏有效的测定固体表面能的方法，大量集中于间接测定或通过与之成比例的量，表示没有定值。

几十年来，随着高聚物的广泛应用，以及对低能表面润湿性的进一步研究，齐斯曼（ZiSman）等发现，同系物液体在同一固体平面上的接触角随液体表面张力降低而变小。

以其cosθ对液体表面张力作图，可得一直线，将直线延长至cosθ=1之处，相应的表面张力值称为此固体平面的临界表面张力。

3. 亲水亲油平衡值：亲水疏水平衡值（HLB）是指在活性剂中亲水基和疏水基数目的比值。

4. 增溶：活性剂的存在使水溶性低的物质达到溶解度以上的表观溶解现象称为增溶，这在活性剂的cmc（临界胶束浓度）以上的浓度下表现得更为显著。

增溶是不溶于水的物质溶入活性剂的胶束中的一种现象，增溶是使胶束变大的因素。

也就是说形成胶束的的活性剂的亲油基越长，增溶量也越大。

5. SR整理：所谓SR整理，是易去污(soil release)整理的简称，是使污垢不易附着在纤维上，且使污垢容易洗掉的整理，是以油性污垢为对象。

二、填空题1. 表面活性剂分子一般总是由非极性的、亲油的疏水基团和亲水基团共同构成。

2. 溶液浓度从小变大时，表面活性剂分子在溶液表面上从基本是任意自由的状态逐步过渡到基本是直立、定向排列的状态。

3. 亲油基相同时，a阴离子表面活性剂；b阳离子表面活性剂；c非离子表面活性剂増溶作用的顺序是：abc___4. a阴离子表面活性剂；b阳离子表面活性剂；c非离子表面活性剂的毒性从大到小顺序是___bac__5. 润湿分_沾湿、浸湿、铺展。

铺展是润湿的最高形式。

6. 一般同系化合物中分子越大的増溶量_越小_；烷基链长度相同的，极性的比非极性的化合物的増溶量_大____。

7. 脂肪醇制备方法有：高压加氢法固定床法、高压加氢法悬浮床法、齐格勒法、羰基合成法。

8. 亲水基在分子中间者，比在末端的润湿性能_强__；亲水基在末端的则比在中间的去污力_强__9. 对于碳氢链疏水基，直链者较有分支的__利于_生物降解；对于非离子表面活性剂中的聚氧乙烯链，则链越长者，利于生物降解。

10. 乳液分离的型式，大致可分为聚结(小滴聚结→破坏)_、乳析(聚集→乳析) 、凝聚(聚集→絮凝)。

三、简答题：1、请解释表面活性剂为什么具有表面活性。

答：表面张力是指垂直通过液体表面上任一单位长度、与液体面相切的，收缩表面的力。

液体内部分子所受的力可以彼此抵消，但表面分子受到液相分子的拉力大，受到气相分子的拉力小（因为气相密度低），所以表面分子受到被拉入液相的作用力。

表面活性剂是指在加入很少量时就能显著降低溶液的表面张力，改变体系界面状态，从而产生润湿、乳化、起泡、增溶等一系列作用，以达到实际应用要求的物质。

所有的表面活性剂在结构上具有相同点，分子中有基本结构——有一个对溶剂(主要是水)不亲合的基团，称为疏水基团(或亲油基团)，另一个是对溶剂亲合的基团，称为亲水基团。

因而表面活性剂是一种两亲分子，这样的分子结构使之一部分易溶于水，而另一部分易从水中逃离而具双重性质。

尽管表面活性剂有各种各样的性能和用途，但就其分子结构而言，都是由亲水基和疏水基两部分组成，表示如下表面活性剂分子在溶液中和界面上可以自行结合形成分子有序组合体，从而在各种重要过程，如润湿、铺展、起泡、乳化、加溶、分散、洗涤中发挥直接作用，还可起平滑、抗静电、匀染与固色、润滑、防锈、疏水、杀菌和凝集等间接作用。

润湿作用：1表面活性剂能够降低界面张力，使接触角变小，增大液体对固体表面的润湿的这种作用。

2乳化作用：表面活性剂能使互不相溶的两种液体形成具有一定稳定性的乳状液的这种作用。

3、分散作用：表面活性剂能使固体粒子分割成极细的微粒而分散悬浮在溶液中的这种作用，叫作分散作用。

4、起泡作用：含表面活性剂的水溶液在搅拌时会产生许多气泡，由于气体比液体的密度小，液体中的气泡会很快上升到液面，形成气泡聚集物（即泡沫），而纯水不会产生此种现象，表面活性剂的这种作用叫发泡作用。

5、增溶作用：表面活性剂在溶液中形成胶束后，能使不溶或微溶于水的有机化合物溶解度显著增加的这种作用称作表面活性剂的增溶作用。

6、洗涤去污作用：洗涤去污作用实际上是由于表面活性剂能够吸附在固液界面上，降低表面张力并在水溶液中形成胶团，从而产生的润湿、渗透、乳化、分散等各种作用的综合效果。

2、什么叫乳状液？乳状液有几种类型？如何鉴别？答：乳状液：互不混合的两液相中的一相以微粒状分散于另一相中，所形成的乳状物系称为乳液或乳浊液。

类型：乳液，根据连续相是水相还是油相而分为水包油（O/W）型和油包水型(W/O)两类。

水包油型可用油／水或o/w表示，油是分散相，水是连续相。

油包水型可用水／油或w/o表示，水是分散相，油是连续相。

乳状液中的“油”相指一切与水不相混溶的有机液体。

鉴别方法：1染色法：在乳状液中加入少许油溶性或水溶性的染料，在显微镜下观察室内相还是外相被染色。

2 稀释法：取少量乳状液滴入水中或油中，若乳状液能在水中稀释即为O/W型。

3 导电法：未加离子型乳化剂时，O/W型导电性比O/W强。

3、请举例说明表面活性剂的工业应用（五个以上）。

答：1、化妆品中的乳化：乳化技术应用于化妆品方面，主要是以膏霜或露液为对象。

2、化妆品中的增溶：在化妆品方面利用增溶作用的主要是化妆水。

3、乳液聚合：乳液聚合所使用的活性剂是乳化剂和分散剂。

其中包括脂肪酸皂，歧他松香酸皂以及其它合成活性剂。

4、农药：将杀虫剂、除草剂或杀菌剂等农药原药吸附在硅藻土或白土上制成粉剂，或者再进一步制成颗粒剂，可以直接喷洒。

为了达到更安全和经济的喷洒效果，还添加活性剂制成乳剂或水合剂等，用水释后使用。

5、食品工业：食品工业所使用的活性剂是作为食品添加物之一，但根据食品卫生法对其种类和用途有所限制。

6 沥青乳液：沥青的用途以道路工程和养护为中心，在防水粘合、地面工程材料、农业、铁道路面处理、垃圾处理等方面需要量很大，是重要的粘合剂。

沥青在常温下成固体乃至半固体状态，所以，在使用时必须进行预处理。

处理方法之一是沥青和水的乳化法。

这种方法可以使沥青乳液在常温下使用，而且设备简单，无臭气，凝固时间快，不需要复杂技术，是优良的粘合剂。

7、石油处理剂：对于油轮碰撞或触礁事故或炼油厂事故等所流出的石油类的处理，一般是使用油罐围墙将油圈围起来，再用吸收剂或吸入泵、集油泵将油回收的物理方法以及使用石油处理剂的化学方法。

8、活性剂与染料：活性剂分子内有亲水（极性）基和疏永（非极性）基，因此，不但有在气-液、液-液、固-液界面定向吸附的性质及在液-液内形成稳定的集合体（胶束）的性质，而且，作为第三种特性，有和其它物质相互作用的性质，这点是不可忽视的。

特别是与染料共存时，由于染料本身和活性剂一样，一般有极性和非极性结构，在溶液中或在各种介质中，有各种各样相互结合的可能性。

4、根据油处理剂的质量要求，所使用的活性剂应具备哪些方面的特点？石油处理剂应具备的条件有以下各项：1）对各种流出油的乳化分散性良好；2）对水产资源无不良影响；3）石油处理剂本身的生物降解性良好；4）不易引起火灾；5）使用方便；6）经济。

5、请说明乳化和増溶在农药中的应用。

答：乳化和增溶在农药中的应用：1）在田间使用农药时，加水容易形成乳液，稀释后可制成喷撒液的乳剂；2）在工厂生产农药过程中，将农药原药或添加了若干溶剂的原药用乳化剂使它制成可在水中增溶的制剂；3）制成悬浮液或悬浮液和乳化液共存的制剂。

乳化：在田间配制乳液的条件如下：1）水质、水温：水温10 ~30℃，水质为软水（雨水）到硬水(20。

dH左右)。

2）乳液稀释的倍数：地面喷洒为200~3000倍，空中喷洒为4-30倍。

3）和其它药液混合：和石灰波尔多液等碱性药液及其它药剂的乳液、悬浮药液混合。

按以上条件，在水中加规定量的乳剂，用棒等简单的手工搅拌均匀后，可形成在2-3小时内保持稳定的乳液，达到喷洒顺畅的要求。

这些条件与在可以控制的工厂内制造乳液不同，它应能在许多复杂条件下也能制成稳定的乳液。

因此，乳化剂的性能和选用是值得注意的问题。

农药乳化剂是根据原药的化学结构和含量、有机溶剂的种类以及制作乳液时的条件，成品乳化性和乳化稳定性等来要求活性剂的化学结构、HLB及混合比，并经调节HLB后制成。

农药配成乳液的条件，一个重要因素是自然乳化性。

自然乳化的条件一般是降低界面张力，发生界而扩散、搅动、渗透。

农药乳剂的比重比水小时，落在静止水面上的每滴乳剂迅速形成薄膜，然后活性剂进行定向，水合，于是在水面形成乳液，随后如果使之对流或者加以简单的振动，则乳液向水相扩散、稀释。

农药乳剂的比重比水大时，落在水面上的每滴乳剂，由于活性剂的作用，迅速进行定向、水合，几乎在突入水相中的同时开始扩散，随之变成白色乳浊状，并急速进行微粒化，形成自然稀释。

农药能产生自然乳化的重要条件是当乳剂和水相接触时，活性剂能迅速定向、水合，使表面张力大幅度降低。

因此，作乳化剂用的非离子活性剂，其HLB的选定要考虑到，对难溶解的被乳化物要使用亲水性强的活性剂。

为了使亲水性强的非离子活性剂向非水系乳剂中增溶，也应有亲油性强的阴离子活性剂。

在田间制作乳液时，由于有油相-水相的密度差、乳液浓度、乳液的制法以及水质、水温等因素，存在着乳液的微粒化、均匀化、形成强韧的保护膜、阻止分散粒子的凝聚和凝结等问题。

配入阴离子活性剂可以恰当地调节HLB，使乳液微粒化、形成强韧的保护膜，并能在界面上形成双电层而阻止分散粒子的凝聚和凝结，减少水相的温度变化、电解质的影响，可得到稳定的乳液。

增溶：增溶作用在农药中的应用实例有两种。

1）配制有增溶作用的喷洒乳剂；2)在工厂制造增溶液剂。

农药的保证期大约是1-3年，保存温度是-5-30。

C。

在这种条件下，不能由于冻结或者温度变化而引起乳液的转相、增粘、混浊以至分离等变化。

非离子活性剂的增溶作用，已有许多研究。

倏田介绍了庚烷在非离子活性剂稀水溶液中增溶时，有一个由浊点曲线和增溶极限曲线包围的增溶范围。

图3-7中黑圆点为浊点（曲线），白圆圈为增溶极限点（曲线），被浊点曲线和增溶极限曲线所包围的就是增溶范围，在这个范围内的溶液是透明的，水溶液中增溶了油的胶束呈分散状。

在增溶曲线的低温一侧是乳化范围，在浊点曲线的高温一侧是水和活性剂的两相溶液，或是水、活性剂和油的三相溶液范围。

非离子活性剂的碳氢化合物溶液和水溶液的现象相同。

增溶范围是根据活性剂的HLB而变化，当增溶量少时，增溶温度的范围宽，增溶量变多时，增溶温度的范围变得非常狭小。