1. napięcie powierzchniowe
Siła skurczowa dowolnej długości jednostkowej powierzchni cieczy nazywa się napięciem powierzchniowym, a jednostką jest N • m-1.
2, środek powierzchniowo czynny i środek powierzchniowo czynny
Właściwość, która może zmniejszyć napięcie powierzchniowe rozpuszczalnika, nazywa się aktywnością powierzchniową, a substancję o aktywności powierzchniowej nazywa się substancją powierzchniowo czynną.
Substancje powierzchniowo czynne, które mogą łączyć cząsteczki w roztworze wodnym i tworzyć asocjacje, takie jak micele, mają wysoką aktywność powierzchniową, a także mają funkcje zwilżające, emulgujące, pieniące i myjące, nazywane są środkami powierzchniowo czynnymi.
3. Charakterystyka struktury molekularnej środków powierzchniowo czynnych
Surfaktanty to związki organiczne o specjalnych strukturach i właściwościach. Mogą znacznie zmienić napięcie międzyfazowe między dwiema fazami lub napięcie powierzchniowe cieczy (zwykle wody). Mają właściwości zwilżające, pieniące się, emulgujące i myjące.
Pod względem struktury surfaktanty mają wspólną cechę, tj. Cząsteczka zawiera dwie grupy o różnych właściwościach, jeden koniec to długołańcuchowa grupa niepolarna, która jest rozpuszczalna w oleju, ale nie w wodzie, tak zwana hydrofobowa grupy lub grupy hydrofobowe, takie grupy hydrofobowe są zwykle długołańcuchowymi węglowodorami, a czasem organicznym fluorem, silikonem, organicznym fosforem, organicznymi łańcuchami cyny i tak dalej. Drugi koniec to grupa rozpuszczalna w wodzie, to znaczy grupa hydrofilowa lub grupa hydrofilowa. Grupa hydrofilowa musi być wystarczająco hydrofilowa, aby zapewnić, że cały środek powierzchniowo czynny jest rozpuszczalny w wodzie i ma niezbędną rozpuszczalność. Ponieważ środki powierzchniowo czynne zawierają grupy hydrofilowe i hydrofobowe, są one rozpuszczalne w co najmniej jednej fazie fazy ciekłej. Ta hydrofilowa i lipofilowa natura środka powierzchniowo czynnego nazywa się amfifilowym.
4.Rodzaje surfaktantów
Surfaktant jest cząsteczką amfifilową z grupami zarówno hydrofobowymi, jak i hydrofilowymi. Hydrofobowe grupy środków powierzchniowo czynnych składają się na ogół z długołańcuchowych węglowodorów, takich jak prostołańcuchowe grupy alkilowe C8 do C20, rozgałęzione grupy alkilowe C8 do C20, grupy alkilofenylowe (liczba atomów węgla alkilu wynosi 8 do 16) itp. . Różnica między grupami hydrofobowymi polega głównie na zmianie strukturalnej łańcucha węglowodorowego, różnica jest niewielka i istnieje więcej rodzajów grup hydrofilowych, więc właściwości surfaktantów są głównie związane z rozmiarem i kształtem grup hydrofobowych. Jest również związany z grupami hydrofilowymi. Struktura grupy hydrofilowej zmienia się bardziej niż grupa hydrofobowa, więc klasyfikacja środków powierzchniowo czynnych zasadniczo opiera się na strukturze grupy hydrofilowej. Ta klasyfikacja opiera się na tym, czy grupa hydrofilowa jest jonowa i dzieli się na anionowe, kationowe, niejonowe, dwubiegunowe i inne specjalne rodzaje środków powierzchniowo czynnych.
5. Charakterystyka wodnego roztworu środka powierzchniowo czynnego
① Adsorpcja środka powierzchniowo czynnego na interfejsie
Cząsteczki środka powierzchniowo czynnego mają grupy lipofilowe i hydrofilowe i są cząsteczkami amfifilowymi. Woda jest silnie polarną cieczą. Gdy środek powierzchniowo czynny rozpuszcza się w wodzie, jego grupy hydrofilowe są rozpuszczalne w wodzie z powodu ich hydrofilowości i fazy wodnej, w oparciu o zasady o podobnej polarności i odpychaniu. Faza odpycha i opuszcza wodę. W wyniku tego cząsteczki (lub jony) środka powierzchniowo czynnego są adsorbowane na granicy faz dwóch faz, co zmniejsza napięcie międzyfazowe między dwiema fazami. Im więcej cząsteczek (lub jonów) środka powierzchniowo czynnego jest zaadsorbowanych na interfejsie, tym większy spadek napięcia międzyfazowego.
②Niektóre właściwości membrany adsorpcyjnej
Ciśnienie powierzchniowe membrany adsorpcyjnej: Surfaktant jest adsorbowany na granicy faz gaz-ciecz, tworząc membranę adsorpcyjną. Na przykład, jeżeli na interfejsie zostanie umieszczony beztarciowy ruchomy pływak, membrana adsorpcyjna jest popychana wzdłuż powierzchni roztworu przez pływak, a membrana wytwarza ciśnienie na pływak. Ten nacisk nazywa się naciskiem powierzchniowym.
Lepkość powierzchniowa: Podobnie jak ciśnienie powierzchniowe, lepkość powierzchniowa jest właściwością wykazywaną przez nierozpuszczalne błony molekularne. Zawieś platynowy pierścień za pomocą cienkiego metalowego drutu, skieruj jego płaszczyznę na powierzchnię wody zlewu, obróć pierścień platynowy, pierścień platynowy jest utrudniony przez lepkość wody, a amplituda stopniowo maleje. Na tej podstawie lepkość powierzchni można zmierzyć najpierw na powierzchni czystej wody. Przeprowadzono eksperyment w celu zmierzenia tłumienia amplitudy, a następnie zmierzenia tłumienia po utworzeniu filmu powierzchniowego. Lepkość filmu powierzchniowego uzyskano z różnicy między nimi.
Lepkość powierzchni jest ściśle związana z twardością błony powierzchniowej. Ponieważ film adsorpcyjny ma nacisk powierzchniowy i lepkość, musi być elastyczny. Im wyższe ciśnienie powierzchniowe i wyższa lepkość filmu adsorpcyjnego, tym większy jest jego moduł sprężystości. Moduł sprężystości powierzchniowej warstwy adsorpcyjnej ma ogromne znaczenie w procesie stabilizacji.
③ Tworzenie miceli
Rozcieńczony roztwór renu powierzchniowo czynnego podlega regułom, po których następuje idealne rozwiązanie. Ilość adsorpcji środka powierzchniowo czynnego na powierzchni roztworu wzrasta wraz ze wzrostem stężenia roztworu. Gdy stężenie osiągnie lub przekroczy określoną wartość, ilość adsorpcji nie będzie już wzrastać. Te nadmiarowe cząsteczki środka powierzchniowo czynnego są nieuporządkowane w roztworze lub w jakiś sposób istnieje normalny sposób. Praktyka i teoria wykazały, że tworzą one w roztworze asocjacje, zwane micelami.
Krytyczne stężenie miceli: minimalne stężenie środka powierzchniowo czynnego do utworzenia miceli w roztworze jest nazywane krytycznym stężeniem miceli.
④ cmc popularnych surfaktantów.
6. Równowaga hydrofilowo-lipofilowa
HLB jest skrótem hydrofilowej równowagi lipofilowej i reprezentuje wartość równowagi hydrofilowo-lipofilowej grupy hydrofilowej i grupy lipofilowej środka powierzchniowo czynnego, to znaczy wartość HLB środka powierzchniowo czynnego. Duża wartość HLB wskazuje, że cząsteczka jest silnie hydrofilowa i słabo lipofilowa; w przeciwnym razie lipofilowość jest silna, a hydrofilowość jest słaba.
EquWymaganie wartości HLB
Wartość HLB jest wartością względną, więc przy ustalaniu wartości HLB jako standardu wartość HLB wosku parafinowego bez właściwości hydrofilowych jest określana jako 0, a wartość HLB laurylosiarczanu sodu o silnej rozpuszczalności w wodzie wynosi 40. Dlatego też wartość HLB środka powierzchniowo czynnego jest na ogół w zakresie od 1 do 40. Ogólnie mówiąc, emulgatory o wartości HLB mniejszej niż 10 są lipofilowe, podczas gdy emulgatory większe niż 10 są hydrofilowe. Dlatego punkt zwrotny od lipofilności do hydrofilowości wynosi około 10.
7. Emulgacja i solubilizacja
Dwa rodzaje wzajemnie nierozpuszczalnych cieczy, jedna tworzy się z mikrocząstek (kropelek lub ciekłych kryształów) zdyspergowanych w drugiej, nazywa się emulsją. Ponieważ produkt międzyfazowy dwóch cieczy zwiększa się podczas tworzenia emulsji, układ ten jest niestabilny termodynamicznie. Aby ustabilizować emulsję, należy dodać trzeci składnik, emulgator, aby zmniejszyć energię międzyfazową układu. Emulgatory to środki powierzchniowo czynne, których główną funkcją jest działanie jak mleko. Faza, w której kropelki występują w emulsji, nazywana jest fazą zdyspergowaną (lub fazą wewnętrzną, fazą nieciągłą), a drugą fazę połączoną w jeden element nazywamy ośrodkiem rozpraszającym (lub fazą zewnętrzną, fazą ciągłą).
M Emulgatory i emulsje
Zwykła emulsja, jedna faza to woda lub roztwór wodny, a druga faza to niemieszalna z wodą materia organiczna, taka jak olej i wosk. Emulsje utworzone przez wodę i olej można podzielić na dwa typy zgodnie z ich dyspersją: oleje są rozproszone w wodzie z wytworzeniem emulsji olej w wodzie, co wyraża się w O / W (olej / woda): formy woda w oleju Emulsja woda w oleju jest wyrażana w W / O (woda / olej). Ponadto możliwe jest również tworzenie złożonych wieloskładnikowych emulsji typu woda w oleju w wodzie w / o / w i olejów w wodzie w oleju w / w / o.
Emulgatory stabilizują emulsje, zmniejszając napięcie międzyfazowe i tworząc monomolekularną warstwę pośrednią.
Wymagania dotyczące emulgatorów w procesie emulgowania: a: emulgator musi być zdolny do adsorpcji lub wzbogacenia na granicy faz dwóch faz, aby zmniejszyć napięcie międzyfazowe; b: emulgator musi nadawać cząsteczkom ładunek i powodować odpychanie elektrostatyczne między cząsteczkami, lub wokół cząstek tworzy się stabilna, bardzo lepka warstwa ochronna. Dlatego substancje stosowane jako emulgatory muszą mieć grupy amfifilowe w celu uzyskania emulgowania. Środki powierzchniowo czynne mogą spełnić ten wymóg.
Method Metoda przygotowania emulsji i czynniki wpływające na stabilność emulsji
Istnieją dwie metody przygotowywania emulsji: jedna polega na zastosowaniu metod mechanicznych do rozproszenia cieczy jako drobnych cząstek w innej cieczy, która jest najczęściej stosowana w przemyśle do przygotowywania emulsji; druga polega na rozpuszczeniu cieczy w stanie molekularnym. W innej cieczy jest ona następnie odpowiednio agregowana z wytworzeniem emulsji.
Stabilność emulsji odnosi się do zdolności do przeciwdziałania agregacji cząstek prowadzącej do rozdziału faz. Emulsje to układy niestabilne termodynamicznie z dużą swobodną energią. Dlatego tak zwana stabilność emulsji w rzeczywistości odnosi się do czasu wymaganego do osiągnięcia przez układ równowagi, to znaczy czasu potrzebnego do oddzielenia się cieczy w układzie.
