表面活性劑物質(zhì)與表面活性劑(一)

　　1．基本概念

　　1. 1 界面

　　如果物質(zhì)是不完全分散成極小微粒的凝聚體，它就必然要與氣體、液體或固體接觸。凝聚體與氣體的接觸面稱為表面，而凝聚體之間的接觸面稱為界面，也可簡單地通稱為界面或表面。其接觸方式有 5 種：氣/液，液/液，液/固，氣/固，固/固。

　　1. 2 表面現(xiàn)象

　　由于凝聚體界面上的分子與其內(nèi)部分子所處狀況不同，因而表面會出現(xiàn)許多特殊的現(xiàn)象，這些現(xiàn)象稱為表面現(xiàn)象。例如，落在荷葉上的雨滴或露珠都會成為球形;樹木中因有許多細(xì)小的毛細(xì)管，樹根吸收的水分才會自然地上升并到達(dá)樹葉上。荷葉上的水滴之所以總成球形，是因?yàn)樗肿娱g有吸引力。水滴表面水分子向內(nèi)的吸引力會自發(fā)地使水滴的表面積減到最小;而同體積的物體中，球狀物的表面積最小，因而荷葉上的液滴總是盡量成為球體。同樣，認(rèn)為現(xiàn)代宇宙由大爆炸而形成，而宇宙大爆炸時散落的物質(zhì)聚在一起所形成的星體(如地球、太陽、月亮等)也都是圓球體，這也屬于表面現(xiàn)象。

　　1. 3 表面張力

　　作用于界面每單位邊緣長度上的力，就稱為表面張力或界面張力。研究各種表面現(xiàn)象都會從表面張力入手，其大小取決于物質(zhì)自身和與其接觸的另一種物質(zhì)的性質(zhì)。

　　1. 4 吸附

　　界面上濃度改變的現(xiàn)象稱為吸附現(xiàn)象。界面上的濃度大于內(nèi)部時的作用稱為正吸附作用，反之則稱為負(fù)吸附作用。

　　1. 5 脫附

　　在固/液界面(如電鍍時的工件表面)上產(chǎn)生正吸附后，當(dāng)固體的性質(zhì)發(fā)生變化(如工件表面負(fù)電荷量改變)時，被吸附上的物質(zhì)又可能從表面上脫落下來，這一現(xiàn)象稱為脫附。

　　1. 6 表面活性及相關(guān)物質(zhì)

　　因界面發(fā)生正吸附而使液體表面張力下降的性質(zhì)稱為表面活性。能夠降低表面張力從而具有表面活性的物質(zhì)稱為表面活性物質(zhì)。電鍍采用的多種有機(jī)物質(zhì)和部分無機(jī)物(如氰化物)都具有表面活性，能發(fā)生正吸附作用而使其附著在工件表面，起到細(xì)化鍍層結(jié)晶，使鍍層光亮化、平整化或去除故障等作用。能較大幅度降低表面張力的物質(zhì)又稱為表面活性劑，如電鍍中廣泛采用的OP乳化劑、十二烷基硫酸鈉、鉻霧抑制劑等。市售低溫除油劑(粉)、脫蠟水，各種洗衣粉、洗滌劑等，主要由多種表面活性劑復(fù)配而成。

　　2．表面活性劑分子的特殊結(jié)構(gòu)

　　表面活性物質(zhì)，特別是表面活性劑的分子具有特殊的結(jié)構(gòu)。正是這一特殊結(jié)構(gòu)，使其在介面上易產(chǎn)生正吸附而大大降低表面張力。在表面活性劑的同一個分子中具有相互矛盾的兩部分：一是對水有親合作用、能吸引極性水分子而對油有排斥作用的基團(tuán)，稱為親水基(又叫憎油基);另一部分則剛好相反，對水有排斥作用，而對油(或非水相)有親和作用，稱為憎水基(又叫疏水基或親油基)。有些表面活性劑分子(如電鍍常用的高分子量聚 乙二醇)中同時有多個親水基與多個憎水基，而不限于各僅一個，能以折線式或螺旋狀平躺吸附在界面上。

　　3．表面活性劑分子在水溶液中的存在狀態(tài)

　　表面活性劑分子溶于水后會不停地旋轉(zhuǎn)，最終找到親水基與憎水基的恰當(dāng)位置而基本固定下來，即憎水基指向非水的固相、氣相或與水不相同的另一液相(如油)。實(shí)在不行的則相互聚在一起，各自指向不同的相而定向排列起來。

　　(1)在氣/液界面上，親水基朝向水溶液，憎水基朝向氣體。

　　(2) 在液/固界面上，親水基朝向水溶液，憎水基朝向固體物。

　　(3)在油/水界面上，親水基朝向水溶液，憎水基 朝向油。

　　(4)相互靠在一起，形成形狀、大小不一的膠束或膠團(tuán)。這種情況更容易在逐漸提高表面活性劑濃度而達(dá)到某一個濃度數(shù)值以上時發(fā)生。該濃度稱為臨界膠束濃度(常用CMC 表示)。

　　4．關(guān)于“濁點(diǎn)”與鹽析

　　表面活性劑的親水性與液溫有關(guān)。隨著溫度升高，其親水性逐漸減小，最后表面活性劑在水中變得突然不溶而析出，原先透明的溶液變成了白色渾濁的乳狀液。此時的溫度稱為濁點(diǎn)。濁點(diǎn)主要與表面活性劑特性有關(guān)，也與溶液 pH 等條件有關(guān)。在氯化鉀鍍鋅中，作為“載體光亮劑”的表面活性劑，其濁點(diǎn)低了不行。而所謂高溫載體，就是指濁點(diǎn)高的這類添加劑組分。

　　在氯化鉀鍍鋅液中，若氯化鉀加入過多，添加劑的溶解度也會下降而導(dǎo)致其析出，且呈油狀浮在液面上。這種因鹽類過多而析出的現(xiàn)象稱為鹽析。pH 越低，鹽析越嚴(yán)重。酸性亮銅液中的染料，在氯化鈉的作用下，也會因鹽析而聚沉。

　　5．表面活性劑的分類

　　表面活性劑用途廣泛，品種繁多，性能各異，且有多種分類方法。用得最多的是以下所介紹的按離子類型的分類法。

　　(1)非離子表面活性劑，是指溶于水后不電離生成離子，即仍呈分子狀的表面活性劑，如OP 乳化劑、聚乙二醇、平平加等。

　　(2)離子型表面活性劑，指溶于水后能夠生成離子的表面活性劑。其中又可分為3類：一、陰離子型表面活性劑，其溶于水后親水基是陰離子，如肥皂、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉等;二、陽離子型表面活性劑，其溶于水后親水基是陽離子(多為銨離子);三、兩性離子表面活性劑，其溶于水后親水基上同時具有陰離子和陽離子。

　　電鍍中用得最多的是非離子型與陰離子型表面活性劑。注意：陰離子型與陽離子型表面活性劑不能混用，否則二者易相互結(jié)合，生成沉淀而失效。

　　6．表面活性劑的作用

　　表面活性劑的特殊分子結(jié)構(gòu)及其在溶液中的存在形態(tài)，賦予其不少特殊的功效。