38磷化處理技術(shù)教案（3） ——表面活性劑
磷化處理技術(shù)教案（3）
5、表面活性劑
表面活性劑又叫界面活性劑。狹義上講是指在很低含量時(shí)就能顯著的降低水的表面張力的物質(zhì)稱為表面活性劑。廣義上是指凡是能夠使體系的表面狀態(tài)發(fā)生明顯變化的物質(zhì)，都稱之為表面活性劑。
表面活性劑的分子是由易溶于油的親油基和易溶于水的親水基倆種集團(tuán)所組成。親油基以長(zhǎng)的碳?xì)滏湠榇怼６H水基團(tuán)是極性的基團(tuán)，如羥基、羧基、氨基、磺酸基和醚基等為代表。這倆種基團(tuán)的不同親和力各自獨(dú)立作用而又同時(shí)發(fā)生。這種特點(diǎn)，使液體表面發(fā)生許多性能上的變化，表現(xiàn)在表面或界面上的吸附，表面力與界面張力的降低及潤(rùn)濕、凈洗、分散增溶、乳化、潤(rùn)滑等性能上。
表面活性劑的親油基結(jié)構(gòu)上的差別較小，一般是由長(zhǎng)鏈烴構(gòu)成，包擴(kuò)下列結(jié)構(gòu)：
1） 直鏈烷基（C8~C20）
2） 支鏈烷基（C8~C20）
3） 烷基苯基（烷基碳原子數(shù)為8~16）
4） 烷基萘基（烷基碳原子數(shù)為3以上）
5） 松香衍生物
6） 高相對(duì)分子質(zhì)量聚氧丙烯基
7） 長(zhǎng)鏈全氟（或氯代）烷基
8） 全氟聚氧丙烯基（低的相對(duì)分子質(zhì)量）
9） 硅氧烷基等
他的親水基部分的基因種類繁多，差別較大。表面活性劑性質(zhì)的差異除與烴基大小、形狀有關(guān)外，還主要與親水基的不同有關(guān)。因而表面活性劑的分類一般是以其親水基團(tuán)的結(jié)構(gòu)為依據(jù)，即按表面活性劑溶于水時(shí)的離子類型來分類，可分為四大類：陽離子型、陰離子型、倆性型和非離子型。在工業(yè)生產(chǎn)中用陰離子型和非離子型倆類。
表面活性劑的親水基親油基的強(qiáng)弱與其潤(rùn)濕、洗滌、乳化性有關(guān)系，主要表現(xiàn)在HLB值上及臨界膠束濃度(CMC)。
臨界膠束濃度是指表面活性劑形成膠束的***低濃度。當(dāng)在水中加入少量表面活性劑時(shí)，為使親油基團(tuán)不被水分子排斥，他的極性基傾向于留在水中，而非極性基傾向于翹出水面，造成表面活性劑分子在水面整齊的取向排列，不在是原來純水的表面，因而水溶液的表面張力下降，當(dāng)表面活性劑濃度增加到一定值時(shí)，表面不能再容納更多的表面活性劑分子，表面濃度達(dá)到***大值時(shí)，表面張力達(dá)***小值，此時(shí)多余的表面活性劑分子轉(zhuǎn)向液體內(nèi)部，出現(xiàn)成團(tuán)結(jié)構(gòu)。親油基向里，親水基向外，以減少親油基與水的接觸面積，這種成團(tuán)結(jié)構(gòu)稱為“膠束”。開始形成膠束的濃度稱為臨界膠束濃度（CMC）。大于臨界膠束濃度時(shí)，溶液中猶如添加了許多“袋子”，把不溶的油污裝入“袋子”，產(chǎn)生增溶作用。CMC越小，表面活性越大，而CMC的大小與結(jié)構(gòu)有關(guān)，與雙親程度有關(guān)：
1） 憎水基鏈越長(zhǎng)，越易形成膠束，CMC越小。
2） 親水基越強(qiáng)，電荷越多，靜電排斥力越大，越不易形成膠束，CMC越大。故CMC值順序是：離子型>倆性型>非離子型 一般表面活性劑CMC值都很低，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)大多在0.02%~0.4%范圍內(nèi)。使用表面活性劑時(shí)，一定要保證他的濃度大于CMC，才能充分發(fā)揮其性能。
表面活性劑有著潤(rùn)濕、乳化、增溶、起泡、絮凝等多種作用，要使表面活性劑起到某一種作用，就須***選出一種合適的表面活性劑來使用，可以借助HLB值來考慮。HLB值的概念是：
HLB=親水基的親水性/親油基的親油性
HLB值與表面活性劑性質(zhì)的關(guān)系
一般說來，HLB值越大，親水性愈強(qiáng)，即在水中的溶解性愈好。按表面活性劑在水中的溶解情況，可以估計(jì)HLB值如下：
表面活性劑在水中的溶解情況 HLB值范圍
在水中不分散 1~4
少量分散 3~6
強(qiáng)烈攪拌后成乳狀分散 6~8
穩(wěn)定的乳狀分散 8~10
半透明至透明分散 10~13
透明溶液 13
根據(jù)金屬表面油污及油脂的HLB值，選用恰當(dāng)?shù)娜榛瘎颓逑磩┻M(jìn)行脫脂，則能脫出的干干凈凈。
泡沫及消泡
含有表面活性劑的脫脂液的表面張力很低，界面能小，因而當(dāng)空氣混入到溶液中，表面活性劑分子就按照一定的順序排列吸附于氣液界面上，使形成的氣泡具有一定的黏度而趨向穩(wěn)定，大量的氣泡僅以薄層液膜分開而大量聚集就形成泡沫，適量的泡沫有幫助懸浮油污的作用，對(duì)脫脂起里見解的作用。但如果泡沫過多，就會(huì)冒出清洗機(jī)，不但污染場(chǎng)地，而且造成脫脂液流失，液面降低，而液面降低和泡沫過多，都會(huì)使噴射泵不能正常運(yùn)行，影響噴射壓力和流量，甚至無法工作。因此須***控制泡沫的含量。在脫脂劑的配方中，消泡主要從倆方面入手：添加消泡劑或靠調(diào)整配方消泡。常用的消泡劑都是易在氣泡表面鋪展的液體。消泡劑在氣泡膜液面鋪展時(shí)，會(huì)帶走鄰近表面層的液體，使液膜局部變薄，于是液膜破裂而達(dá)到消泡的目的。一般情況下，消泡劑在表面鋪展越快，消泡作用就越強(qiáng)，能在表面鋪展，起消泡作用的液體，大多數(shù)表面張力都較低，易于吸附于溶液表面，易于鋪展，一方面帶走表面液體，另一方面。取代了表面膜中的起泡劑分子，使氣泡破裂。常用的消泡劑有：
1） 醇類 低級(jí)醇消泡持久性較差，揮發(fā)后就無消泡作用，高級(jí)醇（如辛醇、壬醇）較丁醇、乙醇等低級(jí)醇好，但使用時(shí)需不斷添加。更高級(jí)的醇（如油醇），具有非常有效的消泡作用，他不揮發(fā)，但也不水溶，需要溶于較低的額醇中一起添加。
2） 磷酸脂類 如磷酸三丁脂，消泡效果也不持久。
3） 硅油類 表面張力極低，易于在溶液表面鋪展，是非常有效的消泡劑。使用濃度低，只要百萬分之幾十就見效果。缺點(diǎn)是價(jià)格貴，而且水后清洗不******，會(huì)影響涂層的外觀和附著力。
4） 聚醚類 目前使用***廣泛的一種，是******的消泡劑，并能抑制泡沫再產(chǎn)生。被廣泛的應(yīng)用在前處理線上。
5） 揮發(fā)性的石油溶劑 如松香水或煤油， 其加入量為清洗溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0.02~0.1%，當(dāng)這些溶劑揮發(fā)時(shí)，泡就破滅。這種消泡劑也是不能持久。
6） 某些防銹油及石油副產(chǎn)品
含有表面活性劑的堿性脫脂劑使用***廣泛，其脫脂效率也很高，常常把堿性無機(jī)物（碳酸鈉、硅酸鈉、聚合磷酸鈉等）稱為助洗劑。助洗劑的助洗作用來自于：
1） 降低表面活性劑的膠束濃度，提高表面活性劑的活性。
2） 增加溶液的堿性，以利于中和酸性污物或使動(dòng)植物油脂皂化。
3） 許多堿性助洗劑能起到軟化硬水的作用，特別是磷酸鹽和硅酸鹽的效果更好。
4） 有的助洗劑在溶液中分散形成膠體，起著吸附、懸浮和分散污物的作用。
5） 表面活性劑的增強(qiáng)或膠體物質(zhì)的形成，都產(chǎn)生防止污物再附著的作用。