第六章 润湿作用2
《表面活性剂化学》题集
《表面活性剂化学》题集第一章绪论一、选择题1. 关于界面与表面的定义，下列哪项是正确的？（）A. 界面是指不同物质相接触的线，表面是指液体与气体接触的面B. 界面是指不同物质相接触的面，表面是指液体与气体接触的线C. 界面是指不同物质相接触的面，表面是指液体与气体接触的面D. 界面和表面都是指液体与气体接触的面2. 表面张力是以下哪个现象的表现？（）A. 液体表面层的分子受到向内的吸引力大于向外的吸引力B. 液体表面层的分子受到向外的吸引力大于向内的吸引力C. 液体表面层的分子受到均匀的吸引力D. 液体表面层的分子受到均匀的排斥力3. 下列哪种物质不属于表面活性剂？（）A. 肥皂B. 洗发水中的活性成分C. 食盐D. 洗洁精4. 表面活性剂的HLB值代表的是：（）A. 氢键长度B. 氢键能量C. 亲水亲油平衡D. 氢键数量5. 关于表面活性剂的活性，以下哪项描述是正确的？（）A. 表面活性剂的活性与其分子量成正比B. 表面活性剂的活性与其分子量成反比C. 表面活性剂的活性与其分子结构无关D. 表面活性剂的活性取决于其在界面上的吸附能力二、填空题1. 界面是指两种不同______相互接触的区域，表面是指液体与气体接触时在液体表面形成的一个______薄层。
2. 表面张力是液体表面层的分子间作用力______液体内部，使液体表面具有______收缩的趋势。
3. 表面活性剂是一类能够显著降低液体表面张力的物质，其分子结构通常具有一个或多个______和一个或多个______。
4. 表面活性剂的HLB值反映了其分子的______程度，HLB值越高，亲水性越______，HLB值越低，亲油性越______。
5. 表面活性剂在生活和工业中有广泛的应用，如______、______、______等。
三、简答题1. 请简述界面张力与表面张力的区别。
2. 为什么液体表面层的分子会表现出比内部分子更大的相互作用力？3. 简述表面活性剂如何通过改变分子结构来降低液体表面张力。
润湿作用
润湿作用润湿是有条件的，润湿能否进行，取决于界面性质及界面能的变化，其润湿的程度可以用接触角的大小来判断。
一、表面张力与表面过剩自由能表面张力与表面过剩自由能是描述物体表面状态的物理量。
液体表面或固体表面的分子与其内部分子的受力情形是不同的，因而所具有的能量也是不同的。
以液体为例，如图1－1所示，处在液相内部的分子，四周被同类分子所包围，受周围分子的引力是对称的，因而相互抵消，合力为零；处在液体表面的分子则不然，因为液相的分子密度远大于气相的分子引力，致使合力不再为零，而是具有一定的量值且指向液相的内侧。
由于这个拉力的存在，使得液体表面的分子，相对于液体内部分子处于较高能量态势，随时有向液体内部迁移的可能，处于一种不稳定的状态。
液体表面分子受到的拉力形成了液体的表面张力，相对于液体内部所多余的能量，就是液体的表面过剩自由能。
由于表面张力或表面过剩自由能的存在，在没有外力作用时，液体都具有自动收缩其表面成为球形的趋势，这是因为在体积一定的几何形体中球体的表面积最小。
图1-1液体表面分子与内部分子能量的不同图1-2表面张力实验示意图图1－2是表面张力实验的示意图。
Ⅱ形框架的AB边是可以上下滑动的，长度为ι。
将框架直立于液体中，AB边也被浸没。
缓慢地提起AB边，便在框架内形成一个逐渐扩展的液体薄膜。
随着液膜的扩展，提起长度为ι的AB边所需要的力也要逐渐增加。
设：当AB 边提升到高出液面h的位置时，为保持液膜平衡而不收缩，需要施加的力为F，则此力F应与液膜的两个表面所提供的力相平衡。
ι越长，F值越大。
因此，在AB边上，单位长度液面上受的力为：F=γ·2ι（1-1）比例系数γ定义为表面张力系数，表示垂直通过液体表面任一单位长度、与液面相切地收缩表面的力，常简称为表面张力。
表面张力的量纲是〔力/长度〕，常用的单位是N/m（牛顿/米）。
某一种液体，在一定的温度和压力下，有一定的γ值。
因为温度升高时，液体分子间的引力减少，共存的气相蒸气密度加大，所以表面张力总是随温度的升高而降低。
液体对固体的润湿作用
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表面粗糙度的影响
将一液滴置于一粗糙表面，
有
r(gsls)glco's
或
c
os '
r(gs ls) gl
此即Wenze1方程，是Wenzel于1936年提出来的。式中r 被称为粗糙因子，也就是真实面积与表观面积之比；θ’ 为某种液体在粗糙表面上的表观接触角。
大多数有机液体在抛光的金属表面上的接触角小于 90°，因而在粗糙金属表面上的表观接触角更小。纯水 在光滑石蜡表面上接触角在105°~110°之间，但在粗 糙的石蜡表面上，实验发现θ’可高达140°。 注意：Wenzel方程只适用于热力学稳定平衡状态。
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固体表面的润湿性和临界表面张力
❖ 低能表面与高能表面 从润湿方程来看，只有固体表面能足够大才能被液体所润湿， 要使接触角为零，则rgs必须等于或大于rls与rgl之和。rgs虽不 易得到，但可以肯定rgs必须大于rgl才有被该液体润湿的可能。 一般常用液体的表面张力都在100mN.m-1以下，便以此为界 将固体分为两类：一类是高能表面，其表面能高于 100mN.m-1的固体；另一类是低能表面，其表面能低于 100mN.m-1的固体。
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14
❖ 光反射法
用强的光源通过狭缝，照射到三相交界处，改变入射光的方向， 当反射光刚好沿着固体表面发出时，可以根据入射光与反射
光的夹角2 计算接触角。
2
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非理想固体表面上的接触角 一般固体表面，由于： （l）固体表面本身或由于表面污染（特别是高能表面）， 固体表面在化学组成上往往是不均一的； （2）因原子或离子排列的紧密程度不同，不同晶面具有不 同的表面自由能；即使同一晶面，因表面的扭变或缺陷， 其表面自由能亦可能不同； （3）表面粗糙不平等原因，一般实际表面均不是理想表面， 给接触角的测定带来极大的困难。
润湿作用
14
19
α－Al2O3 43 26 19
43 12
18
21
碳氟比合物＜碳氢化合物＜含其他杂原子的 有机物＜金属等无机物。
6.3.4影响润湿作用的因素
1.温度 ➢温度升高时，短链表面活性剂的润湿性能
不如长链的好。 ➢低温时，长链的不如短链的好。 ➢对于聚环氧乙烷类非离子表面活性剂，湿
度接近浊点时，润湿性能最佳。
S SV SL LV A LV
S>0,A>
LV，即固液粘附张力大于液体表面张力即可发生铺展过程。
2.液体在液体表面上的铺展
SO /W W O WO
当SO/W>0时，即恒温恒压下体系表面自由焓降低，
则该种油能在水面上铺展。
• 若SO/W<0，ΔG>0，则表示油不能在水面上铺展，
图6-8 液体在固体上的铺展
当铺展面积为单位值时，这个过程的能量变化为：
G SV SL LV S
式中，S称为铺展系数。
S＞0时，液体可以在固体表面自动展开
S SV SL LV SV SL LV LV SW SL LV 2 LV Wa Wc
S>0，即固液粘附功大于液体内部内聚功时，铺展润湿 是一个自发过程，液体可以自行铺展于固体表面。
图6-4 沾湿过程
体系的自由能：
G SV LV SL Wa
式中，Wa为粘附功。
粘附功代表液体与固体分子间相互作用力大小的表 征。
两个液柱的接触过程中，体系的自由能降低值为：
G LV LV 0 2 LV WC
式中，WC-内聚功。
WC代表液体自身结合的牢固程度，是液体分子间相
2)硬固体的部分浸湿
实质是体系的固-气界面被固-液界面部分取代的过程。
表面活性剂润湿作用
固体表面上的原子或分子的价键力是未饱和的，与内部原子或分子比较有多余的能量。
所以，固体表面与液体接触时，其表面能往往会减小。
通常，暴露在空气中的固体表面积总是吸附气体的，当它与液体接触时，气体如被推斥而离开表面，则固体与液体直接接触，这种现象称为润湿。
一、润湿过程在清洁的玻璃板上滴一滴水，水在玻璃表面上立即铺展开来；而在石蜡上滴一滴水，水则不能铺展而保持滴状，如图1所示。
从水面与固体面的接触点沿水面引切线，切线与固体面之间的夹角θ称为接触角。
水与玻璃的接触角接近于零，而与石蜡的接触角约为1100。
接触角小的固体易为液体润湿，反之，接触角大的固体则不易被液体润湿。
因此，接触角的大小可作为润湿的直观尺度。
又如，在玻璃板上滴一滴酒精，酒精滴也会在玻璃板上铺展开来，其接触角为零，铺展情形与水的情况没有什么差异。
当固体物质不是玻璃时，其润湿情况有显著不同。
因此，在研究润湿时，接触角是一个重要判据。
为对润湿尺度给以更严格的规定，下面讨论润湿过程。
图1.接触角润湿即固体表面吸附的气体为液体所取代的现象，这就是说发生润湿时，固一气界面消失，形成新的固-液界面。
在这种过程中能量(自由能)必发生变化，自由能变量的大小可作为润湿作用的尺度。
固一气界面消失，新的固-液界面产生有多种方式，所以润湿的类型也相应有多种。
图2为三种类型润湿。
图2(a)为铺展润湿，水、酒精等在玻璃表面上铺展即为这种铺展润湿。
发生这种润湿时能量变化由式一决定：(式一)式中y s——固体的表面张力；Y L——液体的表面张力；Y SL——固体和液体的界面张力；W S——铺展功，亦称做铺展系数。
W S的物理意义从图可以清楚地看出：在固体表面上铺展的液体膜，在逆过程中减少单位面积所需的能量。
经过这种过程后，固体产生lcm2的新表面，同时消失1cm2液体表面和lcm2固-液界面，所以从式一由表面张力和界面张力立即算出W s。
在发生这种润湿的过程中，释放出的能量和W s相等，W s≥0时发生润湿。
第六章 液-液界面和固-液界面
•
21
• ①吸附等温线
•
单分子层，指数型，多分子层
• ⅰ Langmuir 等温式
•
单分子层
• •
吸附量
x
x m m
b
c
m lb c
•
直线式
• •
c 1 c
x m
b
x m
m
x m m
• 求固体吸附剂的比表面积
S
x m
m
NA
m
•
其他油， OW ～油种类的关系;
•
若某种油能产生σmin ，则该油的EACN= nmin
•
EACN 是油相的展性, nmin是表面活性剂的展性;
•
当体系中 =EACN 时，才产生σmin ,
•
配制超低界面张力体系的依据
11
• 5.2 固-液界面
• 5.2.1润湿作用
•
⑴接触角和Young方程
•
离子交换树脂 R1 H Na R Na H
R2 OH Cl R Cl OH
制备去离子水
25
26
27
28
薄膜
透镜 单分子膜 + 透镜 自憎现象 正己醇/水
铺展系数 Sa/b
a-g界面 dAa
( )T, p a 液面积扩大dA
a-b界面 dAab
b-g界面 dAb
3
6.1 液-液界面
G G G
dG
Aa
dAa
Ab
dAb
Aab
dAab
湿润作用的基础研究
湿润作用的基础研究湿润作用是指液体接触到固体表面时表现出的一种特性，它与物体的表面性质和液体的化学结构密切相关。
在实际应用中，湿润作用是非常重要的，可以影响到材料的吸附、涂覆、防腐等多个方面。
因此，对湿润作用的基础研究是非常有必要的。
近年来，湿润作用的研究受到了广泛的关注。
针对不同的实际应用，人们对湿润作用的测量和理论分析进行了大量的研究，同时还陆续提出了一些新的理论模型，使得湿润作用研究得到了系统和深入的发展。
一、测量湿润作用的方法湿润作用的常规测量方法主要包括观察液滴形状、量化接触角等。
但是，这些方法存在诸多限制。
比如，严格意义上来说，液滴的形状并不只与接触角有关，还与曲率、材料的弯度等因素相关。
此外，各种微观因素的影响使得这些方法不够精确和可靠。
为了更准确地测量湿润作用，科学家们提出了一些新的方法。
比如，钟摆法、振动剪切法、相移显微镜法、纳米热光镜测量法等等。
这些方法都有各自的优点和局限性，但总体来说，它们的测量精度、可靠性都得到了非常显著的提升。
二、湿润作用的理论分析由于湿润作用的影响因素过多，因此，理论分析可以帮助我们更好地理解湿润作用的本质和机制。
在理论研究中，人们主要使用了几种不同的研究方法，例如表面自由能法、电荷调控法、界面分子膜模型等等。
这些方法都可以用来解释液体分子在固体表面附着和散开的过程。
此外，人们还提出了一些新的理论模型。
比如，静电引力势模型、原子分子层级模型等等。
这些模型不仅可以帮助我们更好地理解湿润作用机制，而且可以用来预测和控制湿润作用的效果。
例如，在医疗和食品行业，这些理论模型可以用来设计和制造更加安全、卫生的材料和产品。
三、湿润作用的应用研究湿润作用在实际应用中有着广泛的应用领域。
例如，它可以用来改善材料表面涂层的附着和耐磨性；可以用来改进医用材料和器械的生物相容性和肥皂的润泽效果。
此外，湿润作用还可以帮助工业制造降压剂、防水涂层、减摩剂等产品。
除此之外，湿润作用还在环境保护中发挥着重要的作用。
润湿作用
润湿作用关键词：表面张力比表面能第一节润湿作用润湿是有条件的，润湿能否进行，取决于界面性质及界面能的变化，其润湿的程度可以用接触角的大小来判断。
一、表面张力与表面过剩自由能表面张力与表面过剩自由能是描述物体表面状态的物理量。
液体表面或固体表面的分子与其内部分子的受力情形是不同的，因而所具有的能量也是不同的。
以液体为例，如图1－1所示，处在液相内部的分子，四周被同类分子所包围，受周围分子的引力是对称的，因而相互抵消，合力为零；处在液体表面的分子则不然，因为液相的分子密度远大于气相的分子引力，致使合力不再为零，而是具有一定的量值且指向液相的内侧。
由于这个拉力的存在，使得液体表面的分子，相对于液体内部分子处于较高能量态势，随时有向液体内部迁移的可能，处于一种不稳定的状态。
液体表面分子受到的拉力形成了液体的表面张力，相对于液体内部所多余的能量，就是液体的表面过剩自由能。
由于表面张力或表面过剩自由能的存在，在没有外力作用时，液体都具有自动收缩其表面成为球形的趋势，这是因为在体积一定的几何形体中球体的表面积最小。
图1-1液体表面分子与内部分子能量的不同图1-2表面张力实验示意图图1－2是表面张力实验的示意图。
Ⅱ形框架的AB边是可以上下滑动的，长度为ι。
将框架直立于液体中，AB边也被浸没。
缓慢地提起AB边，便在框架内形成一个逐渐扩展的液体薄膜。
随着液膜的扩展，提起长度为ι的AB边所需要的力也要逐渐增加。
设：当AB边提升到高出液面h的位置时，为保持液膜平衡而不收缩，需要施加的力为F，则此力F应与液膜的两个表面所提供的力相平衡。
ι越长，F值越大。
因此，在A B边上，单位长度液面上受的力为：F=γ·2ι（1-1）比例系数γ定义为表面张力系数，表示垂直通过液体表面任一单位长度、与液面相切地收缩表面的力，常简称为表面张力。
表面张力的量纲是〔力/长度〕，常用的单位是N/m（牛顿/米）。
某一种液体，在一定的温度和压力下，有一定的γ值。
第六章固液界面
2020/4/24
第六章 固液界面
8
第六章 固液界面
6.2.3 接触角与湿润过程的能量
将Young方程γsg-γsl=γlgcosθ代入 Wa =γsg-γsl+γlg Wi =γsg-γsl=A S =γsg-γsl-γlg
得：Wa = γlg(cosθ+ 1) A = Wi =γlgcosθ S =γlg(cosθ-1)
定粗糙度r的表面时应加以校正：
r(
sgsl)lgco's
粗糙表面的接触角余弦函数的 r cos '
绝对值总是比平滑表面的大：
cos
θ小于90’时，表面粗化将使θ变小。
对于可以润湿的体系，固体表面粗化时体系的润湿性更好；
θ大于90‘时，表面粗化将使θ变大， 对于不能互相润湿体系，固体表面粗化则使体系更不润湿。
1、影像分析法（角测量仪Goniometry） 接触角测量仪：
影像分析法是通过滴出一滴满足要 求体积的液体于固体表面，通过影像 分析技术，测量或计算出液体与固体表 面的接触角值的简易方法。
仪器基本组成：光源、样品台、镜 头、图像采集系统、进样系统。最简单 的一个影像分析法可以不含图像采购系 统，而通过镜头里的十字形校正线去直 接相切于镜头里观察到的接触角得到。
西斯曼（zisman）把固体分为两大类：
凡表面能高于100mN/m(mJ/m2)的固体叫高表面能固体，其表面
也叫高能表面。
凡表面能低于100mN/m(mJ/m2)的固体叫低表面能固体，其表面
也叫低能表面。
有机固体大都属低表面能固体，表面能与一般液体相仿，甚至更 低；无机固体大都属高表面能固体，常见的金属及其氧化物，卤化
原因：两亲分子以亲水基固定于高能固体表面，形成疏水基向外 的单分子层吸附膜。
表面张力与润湿作用
04
表面张力与润湿作用的实验 研究
实验目的
探究表面张力对润湿作用的影响
验证润湿作用的理论模型
通过实验观察不同表面张力下的润湿现象 ，分析表面张力与润湿作用的关系。
利用实验数据验证润湿作用的理论模型， 如Young-Laplace方程、Wenzel模型等。
探索表面活性剂对润湿作用的影 响
通过实验研究表面活性剂对表面张力和润 湿作用的影响，了解其作用机制。
在印刷行业中，润湿作用用于控制墨水的铺展和渗透，从而影响印刷质 量和效果。通过调整表面张力，可以优化印刷品的清晰度和色彩。
在金属加工领域，表面张力对金属的熔融、凝固和成型过程具有重要影 响。通过合理控制表面张力，可以提高金属制品的表面质量和机械性能。
在环境科学中的应用
在水处理中，表面张力与润湿作用可用于改善 水体的表面张力，从而促进水滴的形成和分离， 提高水处理的效率和效果。
润湿的类型
01
02
03
完全润湿
当液体完全覆盖固体表面， 形成一层液膜，称为完全 润湿。例如，水滴在玻璃 表面。
部分润湿
当液体仅部分覆盖固体表 面，形成不连续的液滴， 称为部分润湿。例如，水 滴在油性笔迹上。
不润湿
当液体无法在固体表面展 开，形成球形液滴，称为 不润湿。例如，水滴在荷 叶表面。
润湿的应用
工业涂层
通过控制涂层的润湿性，可以提高涂层的附着 力和防腐蚀性能。
防雾剂
通过改变镜面表面的润湿性，可以防止雾气生 成，保持清晰视野。
油墨印刷
油墨的润湿性能决定了印刷品的清晰度和附着 性。
03
表面张力与润湿作用的关系
表面张力对润湿的影响
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表面张力是液体表面抵 抗收缩的力，表面张力 越大，液体越不容易润
表面活性剂的润湿作用
表面活性剂的润湿作用作者：xhh指导教师：作者单位：学科专业：2010年11月摘要表面活性剂是指在溶剂中加入很少量即能显著降低溶剂表面张力，改变体系界面状态的物质。
表面活性剂可以产生润湿或反润湿，乳化或破乳，分散或凝集，起泡或消泡，增溶等一系列作用。
素有"工业味精"之美称，广泛应用于洗涤剂、纺织、皮革、造纸、塑料、橡胶、农药、冶金、矿业、医药、建筑、化妆品等工业。
它是精细化工最重要的产品之一。
表面活性剂能够显著降低体系的表面或表面张力，当浓度超过临界胶束浓度时，在溶液内部形成胶束，从而产生日常生活中的多种作用，其中破乳与乳化作用就是其各种重要作用之一。
表面活性剂的发展十分迅速，其应用领域很广，如食品、制药、纺织、金属加工、石油、建筑等行业。
关键字：表面活性剂、润湿功能、作用原理、影响因素、应用实例目录前言 (4)一、润湿过程 (4)二、表面活性剂的润湿作用 (5)1.在固体表面发生定向吸附 (5)2.提高液体的润湿能力 (5)三、润湿剂 (6)四、表面活性剂在润湿方面的应用 (6)1.矿物的泡沫浮选 (6)（1）定义 (6)（2）浮选法原理 (6)（3）浮选过程 (7)2.金属的防锈与缓蚀 (8)3.织物的防水防油处理 (8)(1)防水处理 (8)(2)防油处理 (8)参考文献： (10)前言润湿广泛存在于自然界的一种现象,最为普通的润湿是固体表面的气体被液体所取代,或是固-液界面上的一种液体被另一种液体取代。
例如:洗涤.印染.润滑.农药喷洒等;还有一些场合往往不希望润湿发生,例如:防水.防油.防锈等。
润湿：是指一种流体被另一种流体从固体表面或固-液界面所取代的过程。
即润湿过程往往涉及三相，其中至少两相为流体。
润湿是一种十分普遍的现象，常见的润湿过程是固体表面的气体被液体取代，或是固-液界面上的一种液体被另一种液体所取代。
例如洗涤、印染、润滑、原油开采等润湿是前提。
但有些场合又要防止润湿，如防水、防油等。
润湿类型作用和润湿剂的应用
润湿类型作用和润湿剂的应用润湿是指液体与固体表面的接触行为。
润湿类型分为强润湿、弱润湿和非润湿。
作用包括改善液体在固体表面的分布、增加混合物的稳定性、降低表面张力等。
润湿剂是一种能够降低固体表面张力并提高液体与固体接触角的物质，广泛应用于化妆品、涂料、油墨、药品、农药等行业。
润湿类型：1.强润湿：指液体能够完全均匀地分布在固体表面上，接触角接近于零度。
液体在固体表面上形成薄膜，使固体表面完全被液体包裹。
这种情况下，液体能够充分地与固体接触，形成良好的润湿效果。
2.弱润湿：指液体在固体表面上的分布较为不均匀，接触角介于0度和90度之间。
液滴在固体表面上无法形成完整的平均分布的薄膜。
3.非润湿：指液体无法在固体表面上形成薄膜，呈现球状状态，接触角大于90度。
液滴无法完全湿润住固体表面。
润湿剂的作用：1.改善液体在固体表面的分布：润湿剂能够降低液体在固体表面上的表面张力，使液体能够更容易地在固体表面上均匀分布，提高液体与固体的接触面积。
2.增加混合物的稳定性：润湿剂能够促进不同液体的混合，使其分子更加均匀地分散在一起，提高混合物的稳定性。
3.降低表面张力：润湿剂能够降低液体与固体表面之间的表面张力，从而使液体能够更容易地在固体表面上展开，提高润湿效果。
4.提高流动性：润湿剂能够降低液体的粘度，使其流动性更好，便于应用和加工。
润湿剂的应用：1.化妆品：润湿剂在化妆品中广泛应用，能够提高化妆品对皮肤的润湿效果，增加产品的光滑度和延展性。
2.涂料和油墨：润湿剂能够提高涂料和油墨在涂布过程中的润湿性，使其更好地粘附在基材表面，提高涂层的质量和附着力。
3.药品：润湿剂在药品中的应用能够提高药物的稳定性和可溶性，促进药物的吸收和释放。
4.农药：润湿剂能够提高农药在作物表面的附着性和渗透性，增加农药的效果。
总结起来，润湿剂通过降低液体与固体表面的表面张力，提高液体与固体的接触面积，改善液体在固体表面的分布，从而提高润湿效果。
润湿功能课件
03
在涉及生物医学等应用领域时，润湿功能材料的安全性和生物兼容性是需要重点考虑的问题。应确保材料对人体和环境无害，同时不引起免疫反应和炎症反应等。
润湿功能研究展望
06
研究表面能与润湿性的关系，探索润湿性改变的机制和规律。
表面能与润湿性关系
分析分子间作用力对润湿性的影响，探讨润湿性变化的分子机制。
润湿功能的应用实例
04
在工业生产中的应用
润湿功能在工业生产中有着广泛的应用，如
涂层工艺：通过润湿和渗透作用，使涂料更好地附着在基材表面，提高涂层的附着力和耐久性。
化学反应：润湿剂可以促进反应物之间的接触和溶解，加速化学反应的进行。
金属加工：润湿剂可以降低工件与切削液之间的摩擦系数，提高加工精度和效率。
表面官能团
粘度
粘度高的液体不容易润湿固体表面。例如，水比油更容易润湿玻璃。
表面张力
表面张力越低的液体越容易润湿固体表面。例如，水的表面张力较低，因此对玻璃的润湿性较好。
电导率
某些液体的电导率会影响其润湿性。例如，含有离子导电物质的液体在导电性方面与固体表面存在相互作用，从而影响润湿性。
液体物理性质
在生物医学中的应用
润湿功能在生物医学领域的应用也越来越重要，如
组织工程：利用润湿剂作为生物相容性材料，构建人工组织和器官，为医学治疗提供新的途径。
药物输送：通过润湿剂改善药物的溶解度和渗透性，提高药物的疗效和降低副作用。
口腔护理：润湿剂在牙膏和漱口水中起到舒缓、消炎、清洁的作用，保护口腔健康。
在环境科学中的应用
分子间作用力与润湿性
研究表面活性剂的作用机理，揭示其对润湿功能的影响和作用方式。
表面活性剂作用机理
物理化学 润湿
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举例：人工降雨 举例： 增大胚芽的起始半径：灰尘，AgCl颗粒 增大胚芽的起始半径：灰尘，AgCl颗粒
我国首架人工降雨飞机， 我国首架人工降雨飞机，2003/07
28/32
过热液体 （superheated liquid） ） 当温度高于沸点时，液体不沸腾。 当温度高于沸点时，液体不沸腾。
p(l )
* pr
ps = p ( l ) − p ( g )
p
*
p (l )
( V m l ) dp ( l ) ∫ p*
* pr
( V m g ) dp ( g ) = ∫
p*
设蒸气服从理想气体方程， 设蒸气服从理想气体方程 ， 液体的摩尔体积不随 压力变化 *
pr (l ) (l ) * RT ln * = Vm ( p − p ) p
17/32
考察压力的变化对液体的蒸气压带来的影响： 考察压力的变化对液体的蒸气压带来的影响： 气液平衡时， 气液平衡时， 平面液体） （平面液体） 弯曲液体） （弯曲液体） 请注意压力的不同！ 请注意压力的不同！
µ
(g)
(T , p ) = µ (T , p )
* (l ) *
µ (T , p ) = µ (T , p )
(l ) (g)
20/32
* pr ( RT ln * = Vml ) ( p (l ) − p * ) p
p
(l )
= p
(g)
p 2σ 2σM (l ) * * ( l ) 2σ RT ln = Vm ( pr + − p ) ≈ Vm = p r r ρr 2σ * * 通常 pr − p << * r 2σM p
润湿作用2
若在固、液、气三相交界处，作气-液界面的切线， 自此切线经过液体内部到达固-液交界线之间的夹 角，被称之为接触角(contactangle)，以θ 表示 之。
θ<900固体是亲液固体。 θ>900固体是疏液的。
6.1.2杨氏方程
LV cos SV SL
6.2润湿类型
6.2.1沾湿
2）分散
当团聚体受到机械力作用(如搅拌等)，会产生微缝， 但它很容易通过自身分子力的作用而愈合。
表面活性剂分子自动地渗入到微细裂缝中、吸附在粉 体表面上，并且在外力作用下加大裂缝或分裂成碎块。
3）稳定
表面活性剂吸附在颗粒表面上形成δ厚度吸附层，当
吸附层有适当的Hamaker常数值，可降低VA，增
3）调整剂
调节剂常常是一些控制pH和能螯合多价金属阳离子 的化合物。
pH不仅影响捕集剂的有效性，而且还影响到矿物 颗粒的荷电性。
氨水石灰、CN-及HS-离子也通常用作调节剂。
3.矿物泡沫浮选的原理
捕集剂粘附于矿石表面的机理
一类是矿石颗粒表面和捕集剂离子间有某种键合作用。 例如，浮选硫化矿石所用的黄原酸盐和浮选钙盐矿石 或赤铁矿石等所用的油酸；
6.4.2提高液体的润湿能力
其实质是降低液体的表面张力，以小于固体表面的临界 表面张力即使之发生铺展所需的表面活性剂的最低浓度， 所需浓度愈低，降低水表面张力的能力愈强，润湿作用 也愈强。
6.5润湿剂
①亲油基链不宜太长，且带有支链； ②亲水链在亲油链地中间； ③亲油基链上最好带有多个亲水基； ④亲水基与溶剂地作用不宜太强。
r
① 当0≤θ <900时Δp>0即渗透过程可自发进
行。 ② 从表面看起来γLV越大，θ越小，孔半径越
第六章 胶体
达到临界胶束浓度后，溶液的诸多性质，如表面张力、电 导率、渗透压、去污能力等变化之规律都出现明显转折。
三、表面活性剂的作用 1.润湿作用 2.起泡与消泡作用
3.洗涤作用
第六章
§6-6
表面现象与胶体分散体系
胶体分散体系
一、几个概念 分散体系：一种或几种物质在另一种物质中分散所 构成的体系 分散相：被分散的物质称为分散相，在分散体系 中它是不连续相 分散介质：分散其他物质的物质称为分散介质，在 分散体系中它是连续相
CH3
Cl－
水 水 水 水 水 水 水 － 水 水
水
CH3 N+ CH3
溶于水
CH3CH2
CH2CH2
水 水
水 水
+ Cl
CH3
水 水 水
水 水
水 水
高分子表面活性剂
M >10000
2. 按分子量分类
中分子表面活性剂 1000<M<10000
低分子表面活性剂 100<M<1000(常用)
二、吉布斯吸附等温式 用热力学方法导出恒温下溶液表面的吸附公式：
a2 Γ RT
——Gibbs吸附等温式 a 2 T
——表面吸附量或表面过剩，即单位面积的表面层中
溶质的摩尔数减去本体中具有与表面层相同溶剂量的溶
液中溶质的物质的量，molm-2
2——溶质的活度，对于稀溶液，可用浓度c2代替活度
如肥皂 RCOONa
阳离子表面活性剂， 如胺盐 C18H37NH3+Cl-
表面活性剂
两性表面活性剂， 如氨基酸型R-NHCH2COOH 非离子型表面活性
如聚乙二醇类
HOCOH2[CH2OCH2]nCH2OH
润湿作用及应用
AS
(2)接触角与润湿方程
液体在固体表面上形成的液滴，它可以是扁平状，也 可以是圆球状，这主要是由各种界面张力的大小来决定。 如图，一液滴在固体表面上不完全展开时，有三种界 面张力，同时作用于O点处的液体分子上：
l,g
s,g
O
L
S
l ,s
液滴两种典型的状态
l-g
M
M
l-g
A l N s-l
三种界面张力
(l/g) (s/g)
O
(s/g)–力图将液体拉往左
方，使液体铺展；
(s/l)
(s/l) –力图将液体分子往
右拉，使液滴收缩
(l/g)
(s/g)
O
(l/g)–力图将液体分子拉向
(s/lls )
r
液面切线方向，使液滴收缩。
杨氏方程
(l/g) (s/g)
O
(l/g)
1. 增加润湿作用
2. 降低润湿作用
3. 矿物浮选
1. 增加润湿作用
农药喷洒.由于大多农药水溶性差,对植物的茎叶润 湿不好,一是滚落浪费,二是不能展开而杀虫效果差,此 时就要用到表面活性剂surface active agent--SAA,加入 表面活性剂SAA,提高润湿程度,即可大大提高药效.
2. 降低润湿作用
θ
θ
(s/l)
(s/g) O (s/lls )
r
达到平衡时 也可写作
( g / s ) (l / s ) ( g / l ) cos
( g / s) (l / s) cos (g / l)
杨氏方程（Young T. 于1805年)
杨氏方程
杨氏方程
3.4 固液界面(润湿作用)
此关系可根据B-A方程推导得到 。当ρ、γl-g已
知，只要测出h，便可得θ。
接触角的测定
3、力测量法 应用吊片法装置亦可测 θ，当吊片正好接触液面时，液体 作用于吊片的力 f为
f P l g cos q
cos q
f P l g
固体的润湿性质
可得一很好的直线，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 表示液体同系列表面张力小于此值的液体方 可在该固体上自行铺展，即S=0，若为非同系列液体， 以COSθ对γgl 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， 其可润湿状越差（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：
固体的润湿性质
（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。 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。
3、固体的润湿性质
如对可润湿的金属表面，表面经打磨粗化后，可使润湿性变 好（如电镀时需表面充分润湿），而对于不润湿的固体表面， 表面粗化，将使θ变大，润湿变差（对一些 高聚物表面，可通 过粗化使其防水能力提高）。 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 ， sg gl 即要求 ，可见，低表面张力的液体容易润湿高表面 sg sl lg gl 能 的固体，考虑到 的数值均在100mN/m 以下，常以此为 界，将固体分为两类：
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铂
42 29 20 42 11 7 7
石英
42 30 26 32 7 14 19
α －Al2O3
碳原子数为12～16时具有较好的胶体性能，仅润湿性能下降。
HLB值在7～15范围内其润湿性能最好。
带有支链的烷基苯磺酸钠的润湿力较直链烷基苯磺
酸钠为佳，其中以2-丁基辛基最为有效。
苯环位于烷基链的中央者，润湿力最佳，
磷酸酯盐中以烷基为双辛基的润湿性能最好。
2）亲水基
亲水基在分子中间者的润湿性能比在末端的好。
表6-1列出的是若干种液体在水面上的铺展系数【5】 SO/W 液体
异戊醇
正辛醇 庚醇
44.0
35.7 32.2
油酸
苯 硝基苯 己烷
24.6
9.3 3.8 3.4
邻溴甲苯
二硫化碳 二碘甲烷
-3.3
-8.2 -26.5
1）不论何种润湿，均是界面现象，其过程的实质都是
界面性质及界面能的变化。
2）三种润湿过程自发的条件： 沾湿： Wa SV LV SL LV (cos 1) 0 浸湿： Wi SV SL LV cos 0, 90 铺展：
③亲油基链上最好带有多个亲水基；
④亲水基与溶剂地作用不宜太强。
润湿剂的分子结构特点
碳氢链为较短的直链，亲水基 位于末端如图6-11(a)
疏水链应具有侧链的分子结构， 且亲水基应位 于中部如图6-11(b)
6.5.1阴离子型
1脂肪醇硫酸盐，通式为R-OSO3M。
C12～18,M=Na,NH4
其中以月桂醇硫酸钠应用最广。
6.6.4织物防水防油
1.织物的防水
图6-15 接触角对织物防水性的影响
织物防水原理：
θ>900
Δp<0为负值，与液体渗透的方向相反起阻止
液体的渗透。 θ<900 Δp>0与液体渗透方向同向，有拉动液体渗透
的作用。
二甲基二氯硅烷能与氧化硅或玻璃表面的一OH基反应，放出HCl， 而得到由甲基组成的耐水很强的防水新表面。
6.6.1超细无机粉体的水中分散研究 1.分散过程 1）润湿 在无机粉体水浆料中加入润湿剂，降低固/液 界面张力，减少接触角，从而提高润湿效率、润湿 速度。
2）分散
当团聚体受到机械力作用(如搅拌等)，会产生微缝， 但它很容易通过自身分子力的作用而愈合。
表面活性剂分子自动地渗入到微细裂缝中、吸附在粉
下，被称为低能表面。<100mJ.m-2
6.3.1低能表面的润湿性质
图6-9 Zisman图与
c
润湿临界表面张力数据可以看出以下一些规律
1)高分子固体的润湿性质与其分子的元素组成有关。 在其引入氟原子时会使变小，而引入其他杂质原 子时升高， 杂原子使其润湿能力增加的顺序如下： F＜H＜Cl＜Br＜I＜O＜N。 同一原子取代越多则效果愈明显。 (2)有机物质中含有极性基团时升高。 (3)附有表面活性物质的单分子层的玻璃或金属显示 了低能表面的性质，这说明决定固体润湿性质的 是表面后原子或原子团的性质及排列情况，与内 部结构无关。
非离子聚氧乙烯类表面活性剂的EO数：
R一般以C7～C11的润极性最好，C12以上润湿性
下降。
EO＝10～12时，润湿性最好；
EO＞12时，润湿性急剧下降； EO数较低时，润湿性也差。
①同系物中，润湿性随碳链增加而增加都有一个最高值。
②具有支链烷基的较直链烷基的润湿性好。 ③离子子型表面活性剂中亲水基在分子链中央者，润湿性最 高，越向分子链末端靠近，其润混性越差。 ④引入第二个亲水基后，润湿性将降低，酯化或酰胺化后将
S SV SL LV A LV
S>0,A>
，即固液粘附张力大于液体表面张力即可发生铺展过程。 LV
2.液体在液体表面上的铺展
SO / W W O WO
当SO/W>0时，即恒温恒压下体系表面自由焓降低，则 该种油能在水面上铺展。 • 若SO/W<0，ΔG>0，则表示油不能在水面上铺展，而 是在水面上形成一个“透镜”形状的油滴。
2.浓度 在低于表面活性剂的cmc情况下，润湿时间的 对数与浓度的对数呈线性关系。浓度提高， 润湿性能好，当浓度高于cmc时，不再呈线性 关系． 作为润湿剂使用的表面活性剂浓度不宜过高， 一般略高于cmc即可。
3.分子结构
1）疏水基 直链烷基表面活性剂：
直链碳原子数在8～12时表现出最佳的润湿性能，
获改善。
⑤非离子型聚氧乙烯类表面活性剂中，润湿性也随氧乙烯数 之增加而增加但也有一个极限值。 ⑥HLB值低适用于乳化剂，而HLB值高则适用于洗涤剂。
6.4表面活性剂的润湿作用
6.4.1改变固体表面 的润湿性质
图6-10表面活性剂分子在高能表面的吸附
常见的表面活性剂： 重金属皂类、高级脂肪酸、有机胺盐、有机硅 化合物、氟表面活性剂等。
体表面上，并且在外力作用下加大裂缝或分裂成碎块。
3）稳定
表面活性剂吸附在颗粒表面上形成δ厚度吸附层，当 吸附层有适当的Hamaker常数值，可降低VA，增加
分散体系的稳定。
2.分散剂的应用
无机类有聚磷酸盐(焦磷酸钠、磷酸三钠、磷酸四钠、 六偏磷酸钠)、硅酸盐(偏硅酸钠、二硅酸钠)。
高分子类:聚羧酸盐、聚丙烯酸衍生物、顺丁烯二酸
G SV SL LV S
式中，S称为铺展系数。
S＞0时，液体可以在固体表面自动展开
S SV SL LV SV SL LV LV SW SL LV 2 LV Wa Wc
S>0，即固液粘附功大于液体内部内聚功时，铺展润湿 是一个自发过程，液体可以自行铺展于固体表面。
主要的起泡剂有：
松油、粗甲氧基甲基苯酚、异丁基甲氧苄醇、聚乙
二醇类、三乙氧基丁烷，烷基苯磺酸钠、二聚乙二
醇甲基叔丁基醚及三聚丙二醇甲醚等。
3）调整剂
调节剂常常是一些控制pH和能螯合多价金属阳离子
的化合物。
pH不仅影响捕集剂的有效性，而且还影响到矿物
颗粒的荷电性。
氨水石灰、CN-及HS-离子也通常用作调节剂。
3.矿物泡沫浮选的原理
捕集剂粘附于矿石表面的机理
一类是矿石颗粒表面和捕集剂离子间有某种键合作用。
例如，浮选硫化矿石所用的黄原酸盐和浮选钙盐矿石 或赤铁矿石等所用的油酸； 一类是捕集剂离子与矿石颗粒表面具有相反电荷时，依 靠静电的相互作用而使捕集剂吸附在 矿石表面上。 例如，浮选氧化矿和硅酸盐矿所用的胺类或烷基硫酸 盐等。
43 26 19 43 12 18 21
碳氟比合物＜碳氢化合物＜含其他杂原子的 有机物＜金属等无机物。
6.3.4影响润湿作用的因素 1.温度 温度升高时，短链表面活性剂的润湿性能 不如长链的好。 低温时，长链的不如短链的好。 对于聚环氧乙烷类非离子表面活性剂，湿 度接近浊点时，润湿性能最佳。
A LV cos
0< <900时A>0
1.硬固体表面的浸湿
1)硬固体表面的完全浸湿 实质是固-气界面完全被固-液界面所代替，而液体表 面在浸湿过程中无变化。
2)硬固体的部分浸湿
实质是体系的固-气界面被固-液界面部分取代的过程。
2.多孔固体表面的浸湿-渗透
附加压力
p
2 LVCOS r
第六章 润湿作用
润湿定义： 从固体表面或固-液界面上的一种流体被另一种液
体置换的过程。
主要内容 6.1接触角与杨氏方程 6.2润湿类型 6.3固体表面的润湿性 6.4表面活性剂的润湿作用 6.5润湿剂 6.6润湿剂的应用
6.1接触角与杨氏方程
6.1.1接触角
完全润湿：将液体滴在固体表面上，此液体在固体表面 可铺展形成一薄层。 部分润湿：将液体滴在固体表面上，此液体在固体表面 以一小液滴的形式停留于固体表面。
酐共聚物、缩合萘磺酸盐、非离子型水溶性高分子 (聚乙烯吡咯酮、聚醚衍生物)等。
6.6.3矿物的泡沫浮选
1.固体颗粒浮游的条件
2.浮选剂
浮选剂是由捕集剂、起泡剂、调节剂三类化学药 剂按需要适当地配制的。 1）捕集剂 将亲水的矿物表面变为疏水的表面。 黄药是目前应用最广泛的硫化矿捕集剂．其通式为
2）起泡剂
珀酸二辛酯磺酸钠（OT），十二烷基苯磺酸钠， 月桂醇聚氧乙烯醚硫酸盐等。尤其OT的润湿渗透 性在阴离子表面活性剂中最好。
6.5.2非离子型
1.聚氧乙烯烷基酚醚
2.聚氧乙烯脂肪仲醇醚
直链仲醇的EO加成物是目前各国应用较广泛的 一大类非离子型润湿剂和渗透剂，也是软型洗净 剂的新资源。
6.6润湿剂的应用
沾湿过程就是当液体与固体接触后，将液-气和固气界面变为固-液界面的过程。
图6-4 沾湿过程
体系的自由能：
G SV LV SL Wa
式中，Wa为粘附功。 粘附功代表液体与固体分子间相互作用力大小的表 征。
两个液柱的接触过程中，体系的自由能降低值为：
G LV LV 0 2 LV WC
／棉纺织物的丝光加工。
2)壬基酚聚氧乙烯(12)醚磷酸单酯
具有良好的润湿，渗透，净洗，分散性。适用于 农药、纺织、皮革、造纸工业，作润湿渗透，乳化分 散剂。
5脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐（AES）
R-(OCH2CH2)nOSO3Na
C12～C18,n=2～4
阴离子表面活性剂中，常用作润湿渗透剂的有琥