表面活性剂的润湿性能

表面活性剂的润湿性能

一、润湿功能

例子：水润湿玻璃，加入表面活性剂润湿容易；水滴在石蜡上，石蜡几乎不被润湿，加入少量表面活性剂石蜡就容易被润湿了；较厚的毛毡或棉絮放入水中，很难渗透，加入一些表面活性剂就容易浸透了。

表面活性剂具有渗透作用或润湿作用

所谓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。

润湿过程往往涉及三相，其中至少两相为流体。

1.润湿过程润湿作用是一个过程。润湿过程主要分为三类：沾湿、浸湿和铺展。产生的

条件不同。其能否进行和进行的程度可根据此过程热力学函数变化判断。在恒温恒压条件下可方便使用润湿过程体系自由能变化表征。

（1）沾湿主要指液-气界面和固-气界面上的气体被液体取代的过程，在此过程中消失的固-气界面的大小与其后形成的固-液界面的大小是相等的。如喷洒农药，农药附着于植物的枝叶上。

沾湿附着发生条件：△G A=γSL-γSG-γLG＜0

W A=γSG-γSL+γLG≥0 （沾湿）

式中：γSG、γSL和γLG分别为气-固、液-固和气-液界面的表面张力

（2）浸湿浸湿是指固体浸入液体的过程，原有的固气界面空气被固液取代。如洗衣时衣物泡在水中；织物染色前先用水浸泡过程

浸湿发生条件：△G i=γSL-γSG≤0

W i=γSG-γSL≥0 （W i：浸湿功）

（3）铺展液体取代固体表面上的气体，固-气界面被固-液界面取代的同时液体表面能够扩展的现象。

铺展发生条件为：△G S=γSL+γLG-γSG≤0

S=γSG-γSL-γLG≥0 （S：铺展功）

一般，若液体能够在固体表面铺展，则沾湿和浸湿现象必然能够发生。

从润湿方程可以看出：固体自由能γSG越大，液体表面张力γLG越低，对润湿越有利。

2.接触角和润湿方程（杨氏方程）

接触角：固、液、气三相交界处自固-液界面经过液体内部到气液界面处的夹角。

接触角与固-液，固-气和液-气表面张力的关系可表示为：

γSG-γSL=γLG COSθ杨氏方程

COSθ=（γSG-γSL）/γLG

加入表面活性剂，γLG↓γSL↓COSθ↑θ↓

θ＞90°不润湿θ＜90°润湿θ越小润湿越好

θ=0°或不存在→铺展

将杨氏方程代入W A W i S

W A =γLG （1+ COS θ）≥0 θ≤180°

W i =γLG COS θ ≥0 θ≤90°

S =γLG （ COS θ-1） ≥0 θ≤0°

纤维特性

γSL +γLG COS θ θ前进接触角

由于液体表面曲率，液体在毛细管中提升力大小

为2πr γLG COS θ。其值等于液柱重力πr 2△P （压强）

液体进入毛细管产生压强为： △ P=2πr γLG COS θ/πr 2=2γLG COS θ/r=2（γSG -γSL ） /r

90°，△P 才能为正值，液体润湿毛细管。加入表面活性剂γSG ↓→COS θ↑；θ＞0°，△P 取决于γSG -γSL ，γSG 不变，γSL ↓ △P ↑有利于毛细管润湿。

3. 表面活性剂润湿作用

表面活性剂具有双亲分子结构，纯移在界面发生定向吸附，降低液体的表面张力→导致润湿作用

（1） 在固体表面发生定向吸附

硅酸盐矿物 表面活性剂在固体表面吸附状态是影响表面 特性的重要因素。

（2）提高液体的润湿能力

水不能在低能固体铺展，加入表面活性剂，降低水表面张力 γLG ，使其润湿固体的

表面。

4. 影响润湿作用的因素

（1） 温度 一般来说温度↑，润湿性能↑。高温下短链表面活性剂润湿性能不如长链表面

活性剂。（原因：温度↑长链表面活性剂溶解度↑）；低温下短链表面活性剂润湿性能好于长链表面活性剂。

非离子表面活性剂，温度接近浊点，润湿性能最佳

0.1% OP-15： 25℃ 润湿性能50s

70℃ 润湿性能17s

（2） 表面活性剂浓度

c ＜cmc 润湿时间对数与㏑c 呈线性关系。㏑c ↑润湿性能↑

原因:c ＜cmc 表面活性剂未达到饱和吸附,增加润湿性能浓度需要大些

c ＞cmc 不再呈线形 。浓度对固/液界面吸附影响不大，故一般浓度略高于cmc 即可

（3） 分子结构

a. 疏水基：直链烷烃亲水基在链末端，直链碳原子数为C 12-C 18润湿性能最佳；相同亲

水基团，随C ↑ HLB ↓ HLB ：7-15润湿性能最佳，例如烷基硫酸酯R-OSO 3Na R 为C 12-C 14润湿性能最佳；直链烷基苯磺酸钠以C 10润湿性能最佳；支链烷基苯磺酸钠润湿性能较直链好，其中以2-丁基辛基最有效；磷酸酯盐以烷基为双亲基的润湿性能最好。

b. 亲水基：亲水基在分子中间者的润湿性能比末端的好，如琥珀酸二异辛酯磺酸钠结构、

渗透剂OT ；

非离子表面活性剂：R ：C 7-C 10润湿能力最佳，

EO 不同润湿性能也有变化

C 8-C 9 EO=10-12润湿能力最佳

EO ＞12润湿能力急剧变差

EO 较低润湿性能也差

聚丙二醇环氧乙烷加成物，EO 使用分数为40-50%为好

当聚丙二醇相对质量约为1600最好

5. 润湿剂

分子结构要求：①碳氢链应具有分支结构

②亲水基应位于长链碳的中部

目前，润湿剂主要有阴离子和非离子型表面活性剂

（1） 阴离子型润湿剂

烷基苯磺酸盐3Na

a-烯烃磺酸盐 a-烯烃经磺化制得

① 磺酸盐型 琥珀酸酯磺酸盐 琥珀酸单酯磺酸盐

高级脂肪酰胺磺酸盐 C 17332CH 2SO 3Na

烷基萘磺酸盐

② 硫酸盐型 R-OSO 3Na

③ 羧酸盐型 R-COOH 如：硬脂酸钠 ④ 磷酸酯 以磷酸单酯为主C 9H 19-O （CH 2 （2） 非离子型润湿剂

① 烷基酚聚氧乙烯醚 （CH 2H