表面活性剂基本理论知识

一、润湿作用

当固体与液体接触时，原来的固、气、液气界面消失而形成了新的固、液界面，这一过程称为润湿。如纺织纤维是一种多孔性物质，有着巨大的表面，当溶液沿着纤维铺展时，会进入纤维间的空隙，并将空气驱赶出去，把原来的空气、纤维界面变成液体、纤维界面，就是一个典型的润湿过程；而溶液同时会进入纤维内部，这一过程则称为渗透。帮助润湿和渗透作用发生的表面活性剂称为润湿剂和渗透剂。

把不同液体滴在同一固体表面，可以看到两种不同的现象。一种是液滴很快在固体表面铺展开形成液/固新界面，这种情况叫润湿。把气/液界面通过液体与固/液界面之间的夹角称为接触角，可以看出在润湿的情况下接触角小于90°。另一种情况是液体不在固体表面上铺展，而是在固体表面缩成一液珠，如把水滴加到固体石蜡表面所形成的现象，这种情况叫不润湿，此时的接触角大于90°。

通常可通过液体在固体表面受力达到平衡时所形成的接触角的大小来判断润湿或不润湿。当在水滴中加入表面活性剂时，由于表面活性剂具有降低气、液界面张力和液、固界面张力的作用，会改变上述受力关系，导致水滴可以在石蜡表面铺展，由不润湿变为润湿。

二、乳化作用

乳化作用是指两种互不相溶液的液体（如油和水），其中一种液体以极小的粒子（粒径为10-8~10-5m）均匀地分散到另一种液体中形成乳状液的作用。把油滴分散到水中称为水包油型乳状液（O/W），水滴分散到油中则称为油包水型乳状液体（W/O）。把能帮助乳化作用的表面活性剂称为乳化剂。作乳化剂使用的表面活性剂有稳定和保护两种作用。

(1)稳定作用

乳化剂有降低两种液体间界面张力而使混合体系达到稳定的作用。因为当油（或水）在水（或油）中分散成许多微小粒子时，扩大了它们之间的接触面积，导致体系能位增加而处于不稳定状态。当加入乳化剂时，乳化剂分子的亲油基吸附在油滴微粒表面而亲水基伸入水中，并在油滴表面定向排列形成一层亲水性分子膜，使油/水界面张力降低，降低了体系的能位并且减少了油滴间吸引力，防止油滴聚集后重新分为两层。

(2)保护作用

表面活性剂在油滴表面形成的定向排列分子膜是一层坚固的保护膜，能防止油滴碰撞而聚集。如果是由离子型表面活性剂形成的定向排列分子膜，还会使油滴带上同种电荷，使相互间的斥力增加，防止油滴在频繁碰撞中发生聚集。

三、洗涤去污作用

由于表面活性剂的乳化作用，使得从固体表面脱离下来的油脂污垢颗粒能被稳定地乳化分散在水溶液中，并且不再沉积到被洗净的表面形成再污染。

下面以液体油污从表面上去除的过程说明表面活性剂的作用。液体油污原来是在固体表面铺展的，当加入表面活性剂后，由于它具有很低的表面张力，所以表面活性剂水溶液很快在固体表面铺展而润湿固体，并逐渐把油污顶替下来，原来平铺在固体表面的油污逐渐卷缩成油滴（接触角逐渐加大，由润湿变为不润湿）。该过程称为“卷缩”。

在机械作用或水流冲击下，“卷缩”的液体油滴脱离物体表面进入水溶液中被表面活性剂乳化并稳定分散在洗涤液中。由于固体表面已被表面活性剂分子占据，所以油污不会再沉积到固体表面形成再污染。

四、悬浮分散作用

不溶性固体以极小微粒分散到溶液中形成悬浮液的过程叫分散。有促进固体分散并形成稳定悬浮液作用的该表面活性剂称为分散剂。实际上，半固体态油脂在溶液中乳化分散时很难区分某一过程是乳化还是分散，而且乳化剂和分散剂通常是同一种物质，所以在实际使用过程中把两者放在一起统为乳化分散剂。

分散剂的作用原理与乳化剂基本相同，不同之处在于被分散的固体颗粒一般比被乳化的液滴稳定性稍差。

固体污垢从物体表面的去除过程与液体油垢的去除过程稍有不同。固体污垢黏附在物体表面主要靠分子间作用力的吸引作用。在洗涤过程中，表面活性剂水溶液首先将固体污垢及物体表面润湿，接着表面活性剂分子吸附到固体污垢和物体表面上，由于表面活性剂形成的吸附层加大了污垢粒子和物体表面间的距离，从而削弱了两者间的吸引力。如果为阴离子型表面活性剂，表面活性剂在污垢粒子和物体上的吸附导致它们带有相同的负电荷而产生排斥，使两者的黏附强度减弱。在外力（机械力）作用下，污垢更容易从物体表面脱落而稳定地分散在水溶液中。所以使用阴离子型表面活性剂作洗涤剂，对固体污垢的去除效果更好。

固体污垢颗粒越大越易被去除，而粒径小于0.1μm的污垢颗粒，由于被牢固地吸附在物体表面而很难去除。在固体污垢去除过程中，除了表面活性剂的润湿、吸附、分散作用外，机械力作用也很重要。

五、发泡作用

气体分散在液体中的状态称为气泡。如果某种液体容易成膜且不易破裂，这种液体在搅拌时就会产生许多泡沫。泡沫产生后体系中的气/液表面积大为增加，使得体系变得不稳定，因此泡沫易于破裂。当溶液中加入表面活性剂后，表面活性剂分子吸附在气/液界面，不但降低了气/液两相间的表面张力，而且形成一层具有一定力学强度的单分子薄膜从而使泡沫不易破裂。

表面活性剂水溶液都有不同程度的发泡作用，一般阴离子型表面活性剂的发泡性更强，而非离子型表面活性剂的发泡性较弱，特别是在浊点以上使用时。

由于泡沫表面对污垢有极强的吸附作用，使洗涤的耐久力提高，也可防止污垢在物体表面再沉积。所以人们总是认为发泡性好的洗涤剂去污能力强，因此很多液体洗涤剂，会降低喷射泵的压力，同时还不利于漂洗，因此在这种场合应使用低泡型的非离子型表面活性剂。

六、增溶作用

增溶作用是指表面活性剂有增加难溶性或不溶性物质在水中溶解度的作用，例如苯在水中的溶解度为0.09％（体积分数），若加入表面活性剂（如油酸钠），苯的溶解度即可增加到10％。