材料的表面与界面 (2)

按亲油（疏水）部分
1）C－H
2）C－F
疏水性：2）> 3）> 1） 按亲水部分
3）硅氧烷
1）离子型 2）非离子型 亲水性：1）>材3料）的表>面与2界）面 (2)
3）混合型
• 溶解性
离子型表面活性剂在温度高于一定值时，溶解 度急剧增加
S
Krafft点
T/材℃料的表面与界面 (2)
非离子表面活性剂，当温度上升到一定温度 时，溶解度下降，出现浑浊现象，该温度称 为浊点 Cloud Point
• Journal of American O材il料C的表he面m与界is面t’s(2)Society 60(4):862 (1983)
4）HLB值计算
• 非离子表面活性剂HLB计算
HLB711.7logM MW 0
Mw 亲水基团相对分子质量 Mo 秦油基团相对分子质量
Journal of American Oil Chemist’s Society 49(8):499 (1960)
材料的表面与界面 (2)
• 非离子、阴离子表面活性剂HLB计算
H L B 7 亲 水 基 数 亲 油 基 数
亲水基数
—SO4Na
38.7
—COOK
21.1
—COONa
19.1
—SO3Na
11.0
—N（叔胺）
9.4
酯（失水山梨醇环） 6.8
酯（自由）
2.4
—COOH
2.1
—OH（自由）
1.9
U T S p V r A in i
d U T d S S d T p d V V d p d A A d i d n i n i d i
材料的表面与界面 (2)
S d T V d p A dn id i 0
恒温、恒压下：
A d nidi 0
d nAi di
表面张力很快下
<1%
C 水溶液浓度
降到最低点
材料的表面与界面 (2)
溶质使溶剂表面张力快速下降的性质，称为表面活性
Surface activity
材料的表面与界面 (2)
2.7.2 表面活性剂（surfactant）
• 特点：高表面活性物质 • 结构特点：
亲油
亲水
材料的表面与界面 (2)
• 分类
1）HLB值的标准
石蜡
0
油酸
1
油酸钾
20
十二烷基硫酸钠：40
材料的表面与界面 (2)
2）HLB值应用
• 表面活性剂分类
HLB 1 亲油性极强的表面活性剂 HLB 40 亲水性最强的表面活性剂 HLB 10 亲油性与亲水性的中点
• 表面活性剂应用
HLB 3～6 油包水乳液 HLB 7～8 润湿剂 HLB 9～16 水包油乳液
• CMC
critical micelle concentration
micelle
材料的表面与界面 (2)
γ
溶
液
性
质
CMC
CMC
C
表面张力 油溶性 渗透压 当量电导
材料的表面与界面 (2)
• HLB值
hydrophile-lipophile balance
表面活性剂分子中的亲水基团的亲水性和亲油基团的亲油性表达
相互作用能
W（D）/J
排斥
D0
物体相互间的距离
D/nm
吸引 W0
材料的表面与界面 (2)
W（D）/J
排斥 D/nm
聚沉 coagulation
材料的表面与界面 (2)
W（D）/J
D/nm 絮凝 flocculation
絮凝可以再分散
材料的表面与界面 (2)
3.1 Van der Waals力
3.1.1 Van der waals类型
—O—
1.3
—OH（失水山梨醇环） 0.5
—CH2—CH2O—
0.33
亲油基数
>CH—
—CH2— —CH3 =CH—
0.475 0.475 0.475 0.475
—CF2— —CF3 苯环
0.870 0.870 1.662
— CH2 — CH2 — 0.15 CH2O— — CH(CH3) — 0.15 CH2O— —CH2—CH(CH3) 0.15 —O—
材料的表面与界面 (2)
di RTdlnai
设：
i
ni A
d 1 R T d ln a 1 2 R T d ln a 2
材料的表面与界面 (2)
Gibbs面
(1) 2
1 RT
d
dlna2
n1＝0
Gibbs吸附公式
溶剂表面上为0时，溶质的表面过剩
稀溶液
(1) 2
1 RT
d
dlna2
材料的表面与界面 (2)
• 混合表面活性剂HLB计算
H L B H L B 1 w 1 % H L B 2 w 2 %
适用于非离子表面活性剂
材料的表面与界面 (2)
2.7.3 表面吸附
α
d U T d S p d V d A id n i
S
d U T d S p d V d A id n i β
总结ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• 物质表面存在表面张力 • 表面张力和表面自由能概念不同，数值相
同
• 表面张力是由于物质表面上分子与本体 中分子所受的相互作用力不同，产生 表面收缩所致
• 水表面张力 72mN
材料的表面与界面 (2)
• Laplace方程
P 2 R
• Kelvin公式
M2 r
RTln(p1
p0)
p
p0
1 RT
M
2
r
材料的表面与界面 (2)
2.7 溶液表面
溶液表面张力取决于：1、溶液组成部分分子相互作用 2、溶液组成部分分子在表面上的分布
材料的表面与界面 (2)
2.7.1 溶液表面张力
I类：随C增加，溶液表
γ
面张力上升 I
溶质一般为盐类
II类：随C增加，溶液表 面张力下降
II
溶质一般为有机物
III
III类：随C增加，溶液
1 d C2 d
RT d lnC2
RT dC2
材料的表面与界面 (2)
(1) 2
C2 RT
d
dC2
dγ/dC + dγ/dC -
低表面张力物质在表面上聚集
材料的表面与界面 (2)
第三章 界面相互作用
作用力：
Van der waals力 静电力 空间相互作用力
材料的表面与界面 (2)
作用类型
取向力
偶极子间相互作用 Kesson力
色散力
瞬间偶极相互作用 London力
材料的表面与界面 (2)
3）HLB值测定
5%未知HLB值的乳化剂分散在15%已知HLB值 的油相中
油相制备：粗蒸松节油（HLB 16）和棉籽油 （HLB 6）复配得到不同HLB值的油相
加80%的水在Janke-Kunkel型KG分散器以最小 速度分散1分钟
制备后12，24小时后比较样品的稳定性，得乳 化剂的HLB