莫雨 張子建 馬涇鐸 朱玲嘉

摘 要：表面活性劑是一種加入少量物質(zhì)就能夠明顯降低水的表面張力的化學(xué)試劑。表面活性劑具有兩種不對(duì)稱基團(tuán)，一種是非極性的憎水性基團(tuán)，另一種是極性的親水性基團(tuán)。表面活性劑非極性的憎水性基團(tuán)可以起到防水作用，生產(chǎn)防水材料，應(yīng)用于建筑、雨衣的制備等領(lǐng)域。表面活性劑極性的親水性基團(tuán)可以起到潤(rùn)濕作用，廣泛應(yīng)用于農(nóng)藥的研制。本文主要研究表面活性劑非極性的憎水性基團(tuán)和極性的親水性基團(tuán)的性能以及應(yīng)用，目前市場(chǎng)上大部分表面活性劑是有機(jī)化合物，其非極性的憎水性基團(tuán)是8～18個(gè)碳的直鏈烴，對(duì)環(huán)境容易造成污染。本文通過物理改性和化學(xué)改性減弱或增強(qiáng)表面活性劑的潤(rùn)濕效果，增強(qiáng)防水或親水性能。表面張力與溫度呈負(fù)相關(guān)，通過升高溫度的物理方法降低溶液表面張力。表面張力與表面活性劑碳鏈的長(zhǎng)度呈負(fù)相關(guān)，可以通過加長(zhǎng)表面活性劑碳鏈的長(zhǎng)度的化學(xué)方法降低溶液表面張力。研究結(jié)果表明：當(dāng)溫度升高時(shí)，大部分液體的表面張力呈線性下降，達(dá)到臨界溫度時(shí)，表面張力趨近為零;每增加一個(gè)亞甲基，溶液的表面張力降低效應(yīng)平均增加3.2倍。本文通過物理改性和化學(xué)改性彌補(bǔ)了市場(chǎng)上表面活性劑的缺陷，使得它的綜合性能得到提升。

關(guān)鍵詞：表面活性劑;表面張力;潤(rùn)濕;物理改性;化學(xué)改性

1 引言

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和國(guó)家對(duì)節(jié)能環(huán)保提出的新政策，節(jié)能環(huán)保已經(jīng)成為了國(guó)內(nèi)關(guān)注的熱點(diǎn)話題。由于高性能防水材料制備技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)表面活性劑進(jìn)行改良已經(jīng)成為了全球關(guān)注的熱點(diǎn)問題。防水材料是一種可以應(yīng)用于全球居民的材料，影響著人們的生活。目前，國(guó)內(nèi)外的防水材料主要通過表面活性劑起到防水作用。隨著人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的美好生活需求，傳統(tǒng)的防水材料的防水效果逐漸不能滿足人們的需求，迫使人們對(duì)表面活性劑進(jìn)行改性。

1.1 表面活性劑基團(tuán)的概述

1.1.1 表面活性劑憎水性基團(tuán)的概述

表面活性劑憎水性基團(tuán)是由8～18個(gè)碳的直鏈烴組成的非極性基團(tuán)，具有良好的防水效果。表面活性劑憎水性基團(tuán)是親油憎水基團(tuán)，減弱潤(rùn)濕作用，達(dá)到防水效果。表面活性劑憎水性基團(tuán)可以廣泛用于生產(chǎn)防水材料。表面活性劑憎水性基團(tuán)通過大量正吸附，使得溶液在的粒子定向排列。溫度、壓力、溶液的濃度以及直鏈烴的長(zhǎng)度等因素對(duì)溶液的表面張力都有影響，進(jìn)而影響防水材料的防水效果。

1.1.2 表面活性劑親水性基團(tuán)的概述

表面活性劑親水性基團(tuán)是極性基團(tuán)，具有良好的親水效果。表面活性劑憎水性基團(tuán)可以增強(qiáng)潤(rùn)濕效果，使得水滴可以在植物表面進(jìn)行鋪展，可以廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)。同表面活性劑憎水性基團(tuán)一樣，溫度、壓力、溶液的濃度以及直鏈烴的長(zhǎng)度等因素對(duì)溶液的表面張力都有影響，進(jìn)而影響農(nóng)藥的親水的效果。

1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀

目前，表面活性劑在各個(gè)國(guó)家的研究已經(jīng)取得了較大的突破，但是表面活性劑的性能還不算理想。表面活性劑的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，主要應(yīng)用于防水、親水、去污以及乳化作用等領(lǐng)域。國(guó)外的科研工作者及其相關(guān)領(lǐng)域愛好者通過對(duì)表面活性劑的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行改性，使得表面活性劑的性能得到提高，但是防水效果還是沒有達(dá)到人們的預(yù)期期望。

1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

中國(guó)是一個(gè)科技大國(guó)，隨著中國(guó)科學(xué)的崛起，表面活性劑的研究也取得了飛躍式的突破。國(guó)內(nèi)表面活性劑的研究主要集中于防水材料、農(nóng)藥研究去污試劑等領(lǐng)域，這些領(lǐng)域都是跟每個(gè)居民的生活息息相關(guān)，因此，表面活性劑在中國(guó)有良好的發(fā)展前景。國(guó)內(nèi)表面活性劑的性能研究還不完善，需要更多的科研人員以及相關(guān)領(lǐng)域愛好者對(duì)表面活性劑的性能進(jìn)行化學(xué)改性和物理改性，使得表面活性劑的性能更好。

2 表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)與工作機(jī)理

2.1 表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)

表面活性劑分子由非極性的憎水性基團(tuán)和極性的親水性基團(tuán)組成，如下圖所示：支鏈代表憎水性基團(tuán)，圓代表親水性基團(tuán)。

2.2 表面活性劑的工作機(jī)理

液體在固體表面上可以潤(rùn)濕也可以不潤(rùn)濕，有界面張力的大小決定。如圖2.2所示，以AM和AN分別代表氣液界面張力γg-l和液固表面張力γl-s，氣液界面和液固表面的夾角為接觸角θ，根據(jù)楊氏方程可知：W=-γg-l（cosθ+1），接觸角θ>900，不潤(rùn)濕，有利于防水;接觸角θ<900，潤(rùn)濕，有利于親水;接觸角θ=00，全潤(rùn)濕，親水性最大。

3 應(yīng)用前景預(yù)測(cè)及技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益分析

3.1 應(yīng)用前景預(yù)測(cè)

表面活性劑的應(yīng)用主要在防水和親水兩大領(lǐng)域。表面活性劑憎水性基團(tuán)主要用于生產(chǎn)防水材料，防水材料影響著人們的生活，無論是建筑行業(yè)還是防水雨衣的研制，在中國(guó)都有良好的應(yīng)用前景和廣闊的銷售市場(chǎng)。

表面活性劑親水基團(tuán)主要用于農(nóng)藥的研制，增強(qiáng)農(nóng)藥與植物表面的潤(rùn)濕程度，使得農(nóng)藥在葉子上可以進(jìn)行鋪展。表面活性劑親水基團(tuán)的應(yīng)用主要在農(nóng)業(yè)，中國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)。因此，表面活性劑親水基團(tuán)在中國(guó)有與時(shí)俱進(jìn)的發(fā)展趨勢(shì)和十分廣闊的銷售市場(chǎng)。

3.2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益分析

世界各國(guó)都在對(duì)表面活性劑進(jìn)行改良，改良的方法參差不齊，各有各的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。本文采用物理改性和化學(xué)改性結(jié)合表面活性劑的機(jī)理，不僅使得表面活性劑的性能顯著提高，還解決了污染環(huán)境問題。因此，改性技術(shù)具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，環(huán)境效益和社會(huì)效益。

4 結(jié)論

（1）通過對(duì)表面活性劑進(jìn)行物理改性和化學(xué)改性，可以使得表面活性劑的性能顯著提高，而且對(duì)環(huán)境不造成污染。

（2）通過化學(xué)改性對(duì)表面活性劑的影響明顯大于物理改性的影響。

（3）根據(jù)楊氏方程可知：接觸角θ>900，不潤(rùn)濕，有利于防水;接觸角θ<900，潤(rùn)濕，有利于親水;接觸角θ=00，全潤(rùn)濕，親水性最大。

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