表面活性剂

表面活性剂称为表面活性物质,因为他们能降低液体表面张力或者两相的界面张力

背景

结构

绝大多数表面活性剂的一个共同结构特征是最少存在一个(非全极性)疏水端和最少一个(极性)亲水端。由于不同表面活性剂的链长不同,通常分为亲水端“头部”和疏水端“尾巴”。

一个表面活性剂分子的结构示意图

当界面发生吸附时,界面上,区域内小的对外相吸引力会伸出,而那些吸引力大的就会朝体积相内排列。表面活性剂大多数分散在水相中,所以疏水端会朝外排列。

表面活性剂按照亲水性来分类:

  • 阴离子表面活性剂:阴离子基团结合(例如:羧化物或者磺酸盐),通常以碱性金属盐的形式存在。
  • 阳离子表面活性剂:阳离子基团结合,例如:季胺。
  • 两性活性剂:阴离子基团和阳离子基团结合,经常是羧酸盐和季胺组。
  • 非离子表面活性剂:非离子、极性基团结合。例如:乙醇、醚和乙氧基化物。

工作原理

表面张力从能量的观点来看,液体分子更倾向于留在体相中,而不是在表面或者界面上。与此相反,根据表面活性剂的结构,存在于液体中界面上的分子容易到达表面。因此当表面活性剂形成新的表面(表面张力)需要做的功会减少。

当表面被表面活性分子完全覆盖、聚集,会在体积相中形成所谓的胶束。胶束可以合并那些并不溶于液体的物质(例如水包油)。清洗过程就是表面活性剂基于此原理实现的。

胶束开始形成的过渡浓度我们称之为临界胶束浓度(CMC)。CMC是表面活性剂非常重要的一个特性。

意义

表面活性剂在工业上具有极大的重要性。他们被用于任何两相之间接触或者混合需要改进的地方。如:清洗、润湿和涂料,在乳化行业,分散和浮色应用。表面活性剂在泡沫的形成中也扮演了重要的角色。

表面活性剂对界面和表面的活性的影响作用还有CMC我们可以通过表面张力仪来测量得到。表面活性剂对固体润湿影响作用研究可以通过接触角来得到。