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表面活性劑是由至少兩種以上極性或親媒性顯著不同的官能團(tuán)所構(gòu)成的化合物。
例如肥皂分子(硬脂酸鹽),它是由非極性(親油或疏水性)原子團(tuán)的長鏈烴基和極性相當(dāng)高的親水性原子團(tuán)羧基所組成,這種構(gòu)造賦予它兩種基本性質(zhì):
雖然具有雙重親媒結(jié)構(gòu),但溶解度較低。在通常濃度下大部分以膠束(締合體)形式存在于溶劑中。
在溶液與它相接的界面上,基于官能團(tuán)作用而產(chǎn)生定向吸附,使界面(或表面)的狀態(tài)或性質(zhì)發(fā)生顯著變化,可大大降低表面張力或界面張力。
涂料中大量地使用表面活性劑,就是上述的兩種特性的原因。
例如,應(yīng)用于乳液聚合中的乳化劑,顏料分散中的潤濕劑、穩(wěn)定劑以及流平劑等。
根據(jù)表面活性劑的極性基和非極性基的性質(zhì),可分為四大類:
1、陰離子表面活性劑
陰離子表面活性劑的極性基團(tuán)為陰離子,它們一般是水溶性的,水溶液呈堿性,主要有長鏈羧酸基,如肥皂,高級醇硫酸鹽(如十二烷基硫酸鈉),烷基苯磺酸鹽(如十二烷基苯磺酸鈉)等,主要用于水介質(zhì)。
2、陽離子表面活性劑
極性基團(tuán)為陽離子,主要有脂肪胺與羧酸形成的銨鹽、四級銨鹽等。
陽離子表面活性劑很貴,它和表面具有負(fù)電荷的金屬氧化物、玻璃和紙等有很強(qiáng)的作用力,從而容易置換出表面上已吸附的水汽。它和顏料作用時,其極性基與顏料表面作用,非極性基朝向介質(zhì),使顏料表面成為親油的,因而易于使顏料潤濕,切記:
陽離子和陰離子表面活性劑不能混用
3、非離子表面活性劑
它在水中無離解,其極性部分一般為羥基或醚基,它們水合的情況比離子化的極性基團(tuán)低,但由于這種非離子基的數(shù)目很多,因而也可取得同等的水合量,主要有酯型,醚型,胺型和酰胺型等,如
聚氧化乙烯烷基酯醚
多元醇烷基酯(甘油單酯)
聚氧化乙烯烷醚
聚氧化乙烯芳基醚
非離子表面活性劑在水中溶解度隨聚氧乙烯鏈的增長而增加,可分為三類:
油溶性或微溶于水
在水中可自分散
溶于水中
水溶性非離子表面活性劑可代替大部分離子型表面活性劑的應(yīng)用,它具有泡沫小的特點。
低氧乙烯基含量的非離子表面活性劑可用于有機(jī)介質(zhì)中顏料的潤濕。
在水介質(zhì)中非離子表面活性劑經(jīng)常和負(fù)離子表面活性劑合用,有非常好的協(xié)同效應(yīng)。
4、兩性表面活性劑
同時含有堿性基團(tuán)和酸性基團(tuán)的表面活性劑,在酸性介質(zhì)中可以形成陽離子,在堿性介質(zhì)中可離解成陰離子。豆油精制時的副產(chǎn)物卵磷脂(lecithin)是一種便宜的兩性表面活性劑。
HLB值是用來衡量親水和親油部分對表面活性劑性質(zhì)所做貢獻(xiàn)的物理量,每一種表面活性劑都有一特定的HLB值,一般在1~40之間。HLB值越高,親水性越高,HLB值越小,親油性越高。
為確定HLB值,需首先確定親水基團(tuán)和親油基團(tuán),然后查得基團(tuán)常數(shù)并計算出數(shù)值。
HLB值不同,性質(zhì)不同,用途也不同,總結(jié)于下表