表面活性剂化学分散与絮凝作用
表面活性剂的基本性质及作用
表面活性剂分子在水溶液中开始形成胶 束的最低浓度，称临界胶束浓度（cmc， critical micelle concentration）。是表 面活性剂的一个重要参数。表面活性剂水溶 液在cmc前后的各种特性有很大差异。如月桂 醇硫酸钠水溶液的粘度、电导率等许多性质 会在cmc前后发生突变。
润湿、渗透、乳化、分散、增溶 → 洗涤 洗涤是表面活性剂最大的用途。
家庭用（纺织品、服装、厨房、 卫生间、居室、其它）；
工业用（食品、交通、印刷、机械、 精密仪器、医疗设备、其它）。
起泡、捕集 → 浮选：煤炭工业、采矿业 抗静电：合成纤维、塑料、橡胶
柔软：织物柔软整理 防水：防雨具制造：雨伞、雨衣、防雨篷布 絮凝：造纸业、废水治理 杀菌：医疗行业、石油工业 缓蚀：金属清洗，（强化采油）石油工业
再往水中加表面活性剂，由于表面已无空隙，
所以表面活性剂分子只能在水溶液中以另一 种方式维持稳定存在：即开始形成胶束。
(micelle)
表面活性剂分子的亲油基相互靠拢，将亲水 基朝向周围水分子。缔合成一个大的分子团， 并在大分子团中定向排列（即胶束中定向）。
表面活性剂有两个基本性质： 1.表面吸附并定向， 2.形成胶束并在胶束中定向。
表面活性剂的多功能性决定了表面活性 剂可用于各个领域，且少量就能发挥显著功 能。所以被誉为“工业味精”。
表面活性剂性质示意图：
a.极稀溶液
b.稀溶液
c.临界胶束浓度
aLeabharlann b的溶液d.大于临界胶束
浓度的溶液
c
d
表面活性剂的基本结构决定了其分子具 有双亲媒性（亲水、亲油）。从而使表面活 性剂在其溶液中有两个基本性质：
表面活性剂
（一）.Kraft点，浊点（昙点）温度对增溶作用的影响：•★Kraft点：对于离子型表面活性剂，温度增加到某个温度，表面活性剂的溶解度急剧升高，这一温度即Kraft点。
•★浊点（昙点）：对于非离子型表面活性剂，温度增加到某个温度，表面活性剂的溶解度急剧下降，溶液出现浑浊，这一温度即浊点。
•表面活性剂的复配：表面活性剂相互间，或与其它化合物配合使用能提高增溶能力，降低用量。
（二）.CMC★Def：表面活性剂在水中随着浓度增大，表面上聚集的活性剂分子形成定向排列的紧密单分子层，多余的分子在体相内部也三三两两的以憎水基互相靠拢，聚集在一起形成胶束，这开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度。
表面活性剂在溶液中开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度。
胶束形状：球状、棒状、层状★胶束的作用：乳化作用；泡沫作用；分散作用；增溶作用；催化作用润湿：液体和固体表面接触时，原来的固－气界面消失，形成新的固－液界面的现象。
是溶液表面张力下降，溶液表面具有吸附现象的结果。
增溶:脂溶性强的物质在与本身性质相似的胶束中，溶解度可明显增大，形成透明溶液，这一作用称为增溶。
增溶体系为热力学上稳定的各向同性溶液。
一定浓度的表面活性剂溶液中溶解的被增溶物质的饱和浓度称为：增容量乳化：互不相溶的两液相，一相液体以液滴状态分散于另一相中，形成非均匀相液体分散体系（称为乳剂），这一作用称为乳化作用。
表面活性剂在此又称为乳化剂，它使一相液体以非常微小液滴状态均匀分散于另一相中。
泡沫：使空气进入溶液中，液体薄膜包围着气体形成泡，由于溶液浮力而升到溶液表面，最终逸出液面形成双分子薄膜。
是气体分散在液体中的分散体系。
★影响CMC的因素：1）表面活性剂的结构：主要包括表面活性剂的碳氢链链长（C↑，CMC↓），碳氢链分支数目（分支多，烃链间作用力↓，CMC↑）、极性基位置（极性基位于烃链中间，CMC↑）、碳氢链中其它取代基（烃链中有极性基团时，CMC↑）、亲水基团（CMC离子> CMC非离子）2）外部条件：温度（T↑，CMC非离子↓）（三）. HLB值：（表面活性剂亲水亲油平衡值）★Def：表示分子内部平衡后整个分子的综合倾向是亲水的还是亲油的。
涂料分散剂的概述
涂料分散剂的概述在涂料的组成部分中，有成膜物质，溶剂（水）、顔填料及助剂，其中涂料助剂占涂料组成部分中比重是最小的，但是它也是涂料产品中很重要的组成材料，对提高和改善涂料和涂膜的性能起到十分关键的作用，。
其中常见的涂料助剂有分散剂、流平剂、乳化剂、防腐剂（防霉剂）、润湿剂、成膜助剂、消泡剂、增稠剂、多功能助剂等等。
今天我们就先来了解一下涂料助剂中的分散剂。
分散剂是一种能够提高和改善固体或液体物料分散性能的涂料助剂，是一种高聚物表面活性剂，它具有很高的抗絮凝能力。
在固体涂料研磨时，加入分散剂，有助于颗粒粉碎并阻止已碎颗粒凝聚而保持分散体稳定。
不溶于水的油性液体在高剪切力搅拌下，可分散成很小的液珠，停搅拌后，在界面张力的作用下很快分层，而加入分散剂后搅拌，则能形成稳定的乳浊液。
加入分散剂的作用就是通过降低液体表面张力效应、起泡倾向和润湿作用使涂料在高固形物含量下具有较低的粘度，从而保障涂料具有好的流变性。
分散剂的种类的很多，据初步估算，现存世界上有10000多种物质具有分散的作用。
如果按其结构来区分，可以分为阴高子型、阳离子型、非离子型、两性型、电中性型、高分子型（包括高中低分子量）。
而阴离子是用得最多的。
而涂料中常用的顔料分散剂有合成高分子类、多价羧酸类、偶联剂类、硅酸盐类等。
在涂料中使用顔料分散剂，可以增加涂膜的光泽，改善流平性，提高涂料的着色和遮盖力，防止浮色、沉降，提高生产效率和涂料的贮存稳定性。
虽然说分散剂在涂中使用量很少，但是它的效果是很显著的，是不可缺少的。
那么应该怎样选择一种适合涂料用的分散剂呢？怎么样才能选择到一种质优价廉的涂料分散剂产品呢?涂料用的分散剂应该要具备以下条件：1、分散性能好，防止填料粒子之间相互聚集；2、与树脂、填料有适当的相容性；热稳定性良好；3、成型加工时的流动性好；不引起颜色飘移；4、不影响制品的性能；无毒、价廉。
5、分散剂的最佳分散浓度（ODC）为5%。
而要想选择到一款质优价廉的涂料分散剂，那么就要从以下两个方面去考虑了：1，不能完全以最低剪切粘度对应用量确定好坏，而是应该以最少的用量获得最低的粘度为最优；2，要考察分散涂料的放置稳定性的耐老化性。
表面活性剂及其作用原理
不稳定 用量少
稳定 用量多，常需使 用助表面活性剂
稳定 浓度超过临界 胶束浓度即可
表面活性剂的主要性能－分散作用
♣
分散作用：把一种物质分散于另一种物质中
以形成分散体系的作用。
♣
分散体系的分类：
粗分散体系：质点大小大于0.5µm 胶体分散体系：质点大小为0.5µm～1nm 分子分散溶液：质点大小小于1nm
表面活性剂及其作用原理 朱海洋
40
60
温度
80
离子型表面活性剂溶解度与温度的关系
非离子表面活性剂的浊点
浊点（Cloud point）
非离子表面活性剂的水溶液随温度的升高会突然出现
混浊，这时的温度称为浊点。
影响浊点的因素
表面活性剂分子结构 浓度 电解质
表面活性剂及其作用原理 朱海洋
有机添加剂
表面活性剂的主要性能－微乳液
♣
微乳液定义：
由不相混溶的油、水和表面活性剂自发形成的外观均匀、 透明、稳定的液体。
♣
微乳液与乳状液、胶团溶液性质对比
性质
外观 分散度
乳状液
乳白，不透明 大于0.1µm， 不均匀
微乳液
透明或稍带乳光 小于0.1µm，比 较均匀
胶团溶液
透明 小于0.1µm
稳定性 表面活性剂用量
a
散时，优先吸附在表面或界面上，
使表面或界面张力显著降低；当 它达到一定浓度时，在溶液中缔 合成胶团。如图中的中的c线。
表 面 张 力
b
c 溶质浓度
表面活性剂及其作用原理 朱海洋
表面活性剂分子结构特点
疏水基
亲水基
表面活性剂分子由两部分组成，一部分溶于水，具有亲水 性，称作亲水基；另一部分不溶于水而溶于油，具有亲油 性，称作亲油基，也称疏水基；
表面活性剂性能参数
Chapter Six
19
表面化学基本热力学关系式：
dU TdS PdV dA BdnB
B
dH TdS VdP dA BdnB
B
dF SdT PdV dA BdnB
Chapter Six
21
dU TdS PdV dA BdnB
B
dH TdS VdP dA BdnB
B
dF SdT PdV dA BdnB
B
dG SdT VdP dA BdnB
B
(2) 广义定义：保持体系相应变量不变 时，可逆改变单位表面积所引起系统 热力学函数的变化。
Ps总是指向 球面的球心
Chapter Six
41
请注意：
2
Ps R'
(1)液滴愈小，R΄愈大，所产生的Ps也 就愈显著。
(2)水平液面，Rˊ = ∞，Ps = 0。
(3)空气中的肥皂泡的球形液膜有内、 外两个弯曲表面，均产生向球心的附 加压力，因此附加压力为：
4
Ps R
Chapter Six
表面张力一般随压力的增加而下降。
(4) 与另一相物质有关
物质
γ/(N/m)
水 —正庚烷
0.0502
水—苯
0.0350
水 —汞
0.415
Chapter Six
29
例题
水在20℃时的表面张力7.28×10-2N•m－1，
在此温度和 p 下，将水的表面积可逆地
增大10cm2时，系统的ΔG等于多少？
解：等温、等压可逆情况下
比表面Av/（m2/m3） 6 ×102 6 ×103 6 ×105 6 ×107 6 ×109
表面活性剂
一、名词解释1.表面与界面：界面是指物质的相与相之间的交界面（约几个分子厚的过渡区）。
若其中一项为气体，这种界面通常称为表面。
2.表面活性剂：表面活性剂是这样一种物质，它活跃于表面和界面上，具有极高的降低表、界面张力的能力和效率。
在一定浓度以上的溶液中形成分子有序组合体，从而具有一系列应用功能。
3.表面活性：这种因表面正吸附而使液体表面张力降低的性质称为表面活性。
表面活性剂所具有的润湿和反润湿，渗透和防水，乳化和破乳，分散和凝聚，起泡和消泡，洗涤，抗静电，润滑以及增溶等一系列作用称为表面活性。
4.临界胶束浓度（cmc）：表面活性剂在水中随着浓度增大，表面上聚集的活性剂分子形成定向排列的紧密单分子层，多余的分子在体相内部也三三两两的以憎水基互相靠拢，聚集在一起形成胶束，这开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度（critical micelle concentration, cmc）。
5.Krafft点与浊点：对离子型表面活性剂，在温度较低时，表面活性剂的溶解度一般都较小，当达到某一温度时，表面活性剂的溶解度突然增大，这一温度被称为Krafft点。
对非离子型表面活性剂则不同，它存在浊点（cloud point），即一定浓度的表面活性剂溶液在加热过程中，表面活性剂突然析出使溶液浑浊的温度点。
6.特劳贝（Traube）规则：在稀水溶液中，当c很小时，γ-c略成直线，每增加一个一CH2一基团时，其负斜率约为原来的三倍。
7.效率和有效值：表面活性剂的效率(efficiency)由测定表面活性剂使水的表面张力明显下降至一定值时的所需浓度来度量的。
有效值(effectiveness) 是表面活性剂能使溶液的表面张力降低到可能达到的(一般在cmc附近)最小值（γcmc)。
8.酸值：是指中和1克脂肪中的游离脂肪酸所需的氢氧化钾的毫克数。
9.皂化值：是指水解1克油脂所需要氢氧化钾的克数。
10.冰山结构（iceberg sturcture）：表面活性剂溶于水后，使水中原来的氢键结构重新排列，亲油基周围也形成一“整齐结构”，即所谓“冰山结构”。
表面活性剂化学复习题
表面活性剂化学复习题一．名词解释1.表面活性：因溶质在表面发生吸附（正吸附）而使溶液表面张力降低的性质。
2.界面：当任意两相接触时, 两相之间决非是一个没有厚度的纯几何面,而是一个具有相3.4.子所处的能量状态和受力情况等方面均有差别，由此而产生的各种物理和化学现象称之为表面(界面)现象。
5.表面张力：垂直通过液面上任一单位长度、与液面相切的收缩表面的力，简称为表面张力，其单位为mN/m。
6.表面活性剂：在浓度极低时就能明显地降低溶液的表面张力。
7.胶束：表面活性剂溶于水中，当其浓度较低时呈单分子分散或被吸附在溶液的表面上而降低表面张力。
当表面活性剂的浓度增加至溶液表面已经饱和而不能再吸附时，表面活性剂的分子即开始转入溶液内部，由于表面活性剂分子的疏水部分与水的亲和力较小，而疏水部分之间的吸引力较大，当达到一定浓度时，许多表面活性剂分子（一般50~150个）的疏水部分便相互吸引，缔合在一起，形成缔合体，这种缔合体称为胶团或胶束。
8.吸附：水溶液中的表面活性剂分子由于其疏水作用，能自发地从溶液内部迁移至表面，采取亲水基伸向水中、疏水基伸向空气的排列状态。
这种从水内部迁至表面，在表面富集的过程叫吸附。
9.表面过剩：其意义是若自1cm2的溶液表面和内部各取一部分，其中溶剂的数目一样多，则表面部分的组分i比内部所多的摩尔数，记为Γi 。
10.双水相体系：是指某些物质的水溶液在一定条件下自发分离形成的两个互不相溶的水相。
11.低表面能固体：表面能小于100mJ/m2的固体称为低表面能固体，聚合物和固态有机物。
12.高表面能固体：无机固体和金属的表面能多大于100mJ/m2，称为高表面能固体。
13.临界胶束浓度：表面活性剂溶液中开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度，14.亲水—亲油平衡值HBL：亲水基和疏水基之间在大小和力量上的平衡程度的量度。
15.克拉夫特点（krafft）：溶解度随温度的变化存在明显的转折点，即在较低的一段温度范围内溶解度随温度上升非常缓慢，当温度上升到某一定值时溶解度随温度上升而迅速增大，把该温度称为克拉夫特点(又称临界溶解温度)。
表面活性剂的分散与絮凝作用
在混凝土制造过程中，使用分散剂可以改善砂石 料的分散性，提高混凝土的工作性能和耐久性。
03
CATALOGUE
絮凝作用
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
絮凝作用原理
表面活性剂的吸附
表面活性剂通过吸附在固体颗粒表面 ，降低颗粒间的界面张力，使颗粒易 于聚集。
桥联与网捕作用
絮团的稳定性
絮团在形成过程中会受到外力作用， 如搅拌、流动等，其稳定性与絮团内 部结构和表面活性剂的性质有关。
THANKS
感谢观看
化妆品
用于制作洗发水、沐浴露、护 肤品等。
医药领域
用于药物的制备和给药系统， 如乳化剂、增溶剂等。
农业领域
用于农药的分散剂、乳化剂等 ，提高农药的利用率和防治效
果。
02
CATALOGUE
分散作用
分散作用原理
降低表面张力
表面活性剂能够降低水的 表面张力，使固体颗粒更 容易分散。
形成保护膜
表面活性剂吸附在固体颗 粒表面，形成一层保护膜 ，防止颗粒间的聚集。
总结词
改善涂膜性能
详细描述
表面活性剂作为分散剂可以改善涂膜的平滑性、硬度和耐 水性等性能。它们能够将颜料和填料均匀地附着在基材上 ，形成均匀一致的涂膜。
总结词
提高生产效率和降低成本
详细描述
使用表面活性剂作为分散剂可以简化生产流程和提高生产 效率，同时降低生产成本。由于颜料和填料的分散效果好 ，可以减少研磨时间和能耗，从而降低生产成本。
表面活性剂分子在多个颗粒间形成桥 联，将颗粒连接成较大的絮团。
絮凝剂的种类与特性
无机絮凝剂
如明矾、三氯化铁等，价格便宜，但使用后易产生二次污染。
有机高分子絮凝剂
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和第二极小值和一个势垒，势垒是指凝聚或絮凝的最大障碍。 若要使体系处于分散稳定状态就需要设法升高此势垒增加排斥能，
加大质点间距为聚沉（congulation）， 而在第二极小值处发生的聚结叫做絮凝（flocculation）。
10.2.1胶体稳定性的DLVO理论
亲液胶体粒子表面覆盖有溶剂化层，可以防止粒子聚 集。同时大部分亲液胶体粒子表面也带有电荷，粒子 间也可存在电性斥力，从而使得粒子难以聚集。
疏液胶体体系稳定性最著名的理论就是由Derjaguin、 Landau、Verwey和Overbeek四人提出的DLVO理 论
4电解质对溶胶稳定性的影响
再带电现象
电解质对溶胶稳定性的影响与反离子的价数有关。在浓度相等 时，反离子的价数越高其 聚沉能力越强。
以一价阳离子作为反离子聚沉能力随水化半径增大而递减： H+>Cs+>Rb+>K+>Na+>Li+
以一价负离子作为反离子聚沉能力顺序如下： F—>IO3—>H2PO 4—>BrO3—>Cl—>ClO3—>Br—>I—>CNS－·
10.3 表面活性剂的分散稳定作用
(1)降低液体介质的表面张力γLV固液界面张力γSL和液体在固体上的接触角θ， 提高其润湿性质并降低体系的界面能。同时可提高液体向固体粒子孔隙中渗 透的速度，以利于表面活性剂在固体界面的吸附，并产生其它利于固体粒子 聚集体粉碎、分散的作用。
(2)离子型表面活性剂在某些固体粒子上的吸附可增加粒子表面电势，提高粒 子间的静电排斥作用，利于分散体系的稳定。
10.3.1表面活性剂在水介质中的分散稳定作用
1对非极性固体粒子的分散作用
图10-17 炭黑的分散过程 (a)吸附阴离子表面活性剂提高电能障； (b)吸附非离子表面活性剂提高空间阻碍
阴离子型表面活性剂：不仅能提供电能障而且由于表面活性剂 分子在固体粒子表面上的定向作用——非极性基团吸附于 固体粒子表面，极性基伸入水中而使固—液界面张力降低 ，也更有利于固体粒子在水相中分散，这种吸附效率是随 着憎水基团的碳链的增长而增加的，因此可以推测，在这 种情况下，长碳链的离子型表面活性剂，比短碳链的更有 效。
非离子表面活剂：可以改善非极性固体粒子在水中的 润湿性，如聚氧乙烯醚作为亲水基团的这类表面活性 剂虽然不能提供电能障，但它却可以通过柔顺的聚氧 乙烯链提供熵排斥力，形成空间位阻。
阴离子表面活性剂：通过范德华相吸力克服静电排斥力或 通过镶嵌方式而被吸附于缝隙的表面，使表面因带同种电荷使 排斥力增强，以及渗透水产生渗透压共同作用使微粒间的绞结 强度降低，减少了固体粒子或粒子团碎裂所需的机械功，从而 使粒子团被碎裂或使粒子碎裂成更小的晶体，并逐步分散在液 体介质中。
非离子表面活性剂：通过范德华力被吸附于缝隙壁上，非 离子表面活性剂存在不能使之产生电排斥力但能产生熵斥 力及渗透水化力使粒子团中微裂缝间的绞结强度下降而有 利于粒子团碎裂。
(3)在固体粒子表面上亲液基团朝向液相的表面活性剂定向吸附层的形成利于 提高疏液分散体系粒子的亲液性，有时也可以形成吸附溶剂化层。
(4)长链表面活性剂和聚合物大分子在粒子表面吸附形成厚吸附层起到空间稳 定作用。
(5)表面活性剂在固体表面结构缺陷上的吸附不仅可降低界面能，而且能在表 面上形成机械蔽障，有利于固体研磨分散。
低能表面,液体在其毛细管壁上的接触角θ >900，因此ΔP为负 值，与固—液界面扩展的方向相反对渗透起阻止作用。
当表面活性剂加入后，θ>900变为θ<900结果使毛管力由ΔP<0变为
ΔP>0而加速了液体在缝隙中渗透。 渗透速度：
式中，l是t时间内液体沿孔隙渗入的距离； r是粉体缝隙。
η 是液体粘度。
1质点间的范得华相吸能（VA） 当两个球形质点的体积相等，距离非常小的情况下，它们
之间的吸引能VA可以用下式表示：
VA1A2rH
式中A－Hamaker常数； r－质点的半径； H－质点间的最短距离。
吸引能与之点半径成正比。粒径大的质点吸引能也大。吸引能 随着质点间的最短距离的减小而增大。
2.双电层的排斥（VR）
阳离子表面活性剂：可以通过静电相吸力吸附于缝 隙壁上，以季铵阳离子吸附于缝隙壁带负电荷的位 置上而以疏水基伸入水相，使缝隙壁的亲水性下降， 接触角θ 增大甚至θ >900，导致毛管力为负，阻止 液体的渗透，所以阳离子表面活性剂不宜用于固体 粒子的分散。
3）阻止固体微粒的重新聚集
表面活性剂吸附在固体微粒的表面上，增加了防止微 粒重新聚集的能障，并且由于所加的表面活性剂降低 了固—液界面的界面张力，即增加分散体系的热力学 稳定性。
表面活性剂化学分散与絮凝 作用
10.1分散体系的形成
10.1.1分散法
1固体粒子的分散过程 使粉体润湿，将附着于粉体上的空气以液体介质取代； 使固体粒子团簇破碎和分散; 阻止已分散的粒子再聚集
1）固体粒子的润湿
当铺展系数SL/S>o时，固体粒子就会被介质完全润湿，此 时接触角θ＝00
高能表面，液体在毛管壁的接触角一般θ <900，毛管力ΔP会 加速液体的渗透，加之表面活性剂能使γLV降低，因此有利于 渗透过程的进行。
3质点间的相互作用能VT
当两个带电质点相互靠近时，质点间的相互作用能等于吸引能和
排斥能之和: VT＝VA ＋ VR
在质点间的距离处于很小和很大时，相互势能VT以吸引能为主，
体系易形成絮凝体； 当质点间的距离处于中等程度时，相互作用以排斥能为主，质点
处于稳定状态，不易形成絮凝体；质点相距很远时，吸引能和排
质点的排斥能VR： VR＝ rDu2ln[1+exp(-kH)]
式中，VR－质点间的排斥力； r－质点的半12 径； D－水的介电常数；
u－吸附层和扩散层界面上的电位；
1 －扩散层的厚度；
k
H－质点间的最短距离。
排斥能与吸附层和扩散层界面上的电势和质点半径成正比； 吸附层和扩散层界面的电势越高，排斥能越大，质点越不易靠近， 质点越易分散稳定； 粒径小时，排斥能也小，质点容易靠近，易于絮凝； 排斥能随之质点间的距离的增加，而以指数的形式下降。