《表面活性剂化学与纺织助剂》陆大年 课后习题+答案.pdf 19页

'第一章绪论一、何谓表面活性剂？其化学结构有何特征？表面活性剂是一种加入少量就可以大大降低溶液的表面张力，能在本体相中形成胶团、胶束，能产生润湿与反润湿，乳化与破乳，起泡与消泡，分散与絮凝以及增溶，洗涤等作用的不对称化合物。表面活性剂的分子结构一般有具有碳氢长链的非极性亲油基团与极性亲水基团组成，具有不对称的双亲结构。二、何谓表面活性剂的表面活性？其产生机理是什么？吸附和胶束化作用为表面活性剂的表面活性。产生机理：表面活性剂在表（界）面上疏水基朝着水相的外侧定向排列，即所谓表面活性剂的表（界）面吸附；而一旦表（界）面被表面活性剂的吸附所充满，则在水溶液的本体相中表面活性剂的疏水基会相互靠拢、缔合和聚集体，即所谓表面活性剂的胶束化作用。三、评价表面活性剂应用水平的标志是什么？表面活性剂的发展趋势是什么？评价表面活性剂应用水平的一个标志是表面活性剂的工业化应用水平，而评价表面活性剂的工业化应用水平的一个重要标志是表面活性剂的非表面活性的工业化应用水平。发展趋势：①新型的高性能、多功能的表面活性剂的研发；②表面活性剂及其他化学用剂的复配性能研究；③“绿色生态表面活性剂”的研究。第二章表面活性剂及其分类一、表面活性剂按疏水基分类有哪几种？它们分别有什么特征？答：按疏水基分类有碳氢链、含硅烷、含氟碳链。1、碳氢链：是目前表面活性剂中用量最大，品种最多的一类疏水基。其又可分为烷基类、链稀基类、含极性基烃类，后两类的亲水性高于同碳原子数的烷基。碳氢疏水链对表面活性剂的影响有：a.碳氢疏水基愈长，则其在水中的溶解度愈小，在有机溶剂中的溶解度愈大，会引起紧密聚集，增加吸附与胶束化倾向，提高熔点，增加对反离子的敏感性。b.增加支链与不饱和度，则溶解度增大，熔点降低，引起疏松聚集与抑制液晶形成，不饱和组分易氧化和变色，有支链组分生物降解性下降。c.芳环（脂环）的影响:增加其在极性界面的吸附，降低生物降解性，引起界面膜疏松（脂环更甚）。1 d.聚氧丙烯链可增加其在极性界面的吸附，增加其在有机溶剂的溶解度。2、含硅烷：一般含硅烷的疏水性强于碳氢链，降低表面张力的能力更强。3、含氟碳链：碳氢链的氢部分或全部被氟取代。全氟碳链的疏水性最强，不仅疏水，而且疏油。二、表面活性剂按亲水基分类有哪几种？它们分别有什么特征？答：表面活性剂按亲水基分类一般可以分为单一型和复合型两类，单一型的即只含一种亲水基的表面活性剂，根据其在水中的电离性能又可分为阴离子型、阳离子型、两性离子型和非离子型四种，而复合型表面活性剂则是含有两种以上亲水基的表面活性剂。1、阴离子型：品种最多，价格最低，产量最高，是表面活性剂中的第一大类。2、阳离子型：往往用作平滑，柔软和抗菌剂，用量相对较少，毒性较高，而且价格较贵。3、非离子型：可改善离子型的抗电解质能力。表面活性较高，溶于水、有机溶剂，在带点界面无吸附作用。4、两性离子型：价格最贵，毒性和刺激性都低，在固/液界面上有极佳的吸附性能，是一类很有发展前途的表面活性剂。三、除了传统意义上的表面活性剂之外，还有哪些表面活性剂？它们分别有什么特征？答：1、高分子表面活性剂：与传统低分子表面活性剂相比，其降低表（界）面张力的作用较差，而且相对分子质量大，扩散渗透作用较弱。2、偶联型表面活性剂：容易表（界）面吸附，而且能在表（界）面上堆砌紧密，有利于降低液体的表面张力，也有利于固体表面的平滑；容易形成胶团、胶束，有利于提高其增溶作用，并且能在很宽的浓度范围内形成囊泡和液晶。2、反应性表面活性剂：具有良好的表面活性，而且具有反应活性，一旦在UV光或者引发剂下引发即可发生自聚或者共聚合。3、微生物表面活性剂：生产工艺安全、生态、环境友好，本身无毒、无刺激、生物可降解，拥有较高的表面活性。4、绿色表面活性剂：生产原料绿色、生产过程绿色、产物绿色。无毒、无害、无刺激，可生物降解，生态能循环利用和环境友好。第三章表面活性剂的界面吸附1.固/液界面带电机理是什么？为什么固体表面往往带负电荷？2 答：固/液界面带电机理分四种情况：（1）固体表面基团电离带电；例如离子交换树脂、蛋白质等，在水中电离出反离子后，固/液界面即带相反电荷。（2）固体表面吸附离子带电；该种带点机理是固体表面优先吸附水中某种离子而带电。（3）固体表面晶格交换离子带电；是一种比较特殊的固体表面带电机理。（4）固体表面在非水体系中的摩擦带点；在非水体系中，当固液两相接触分离，由于两相对电子的亲和力不同而引起带点。根据Coehu研究，当不同物质接触时，介电常数大的一相带正电荷，小的一相带负电荷，由于水的介电常数特别大，所以固/液界面往往带负电荷。2.何谓Stern电位φs？请解释lφsl和lφol哪个更大些及其影响因素。答：（1）Stern电位φs即是固体表面外侧的Stern面至溶液本体相得电位差。（2）Φs不仅与φo有关，还与特性吸附层的特性吸附有关。与固体表面电荷相比，吸附相同电荷离子，则lφsl升高；反之则降低，极端情况下，φs可能反号为相反点位。在Stern面内侧从φo到φs的变化时线性的。3.何谓zeta电位ζ？请解释lζl与lφsl哪个更大些及其影响因素。答：（1）由滑移面至溶液本体相的电位差，即固/液界面的动电位，称为ζ电位。（2）影响ζ电位的因素通常有两方面，一般情况下滑移面的相对位置是固定的，所以电-1位ζ首先与它所在的扩散层的电位梯度，即双电层厚度k有关，溶液的电解质浓度越高，双电层厚度越厚，电位梯度越大，lζl越小；另一方面滑移面外移时，随滑移面外移，即使电位梯度不变，ζ电位的绝对值会降。lζl应比lφsl略低。-1-14.何谓扩散双电层厚度k？请解释k的影响因素。若室温时在0.1mol/LNaCl水溶液中的-1-1k为10A，则在同样摩尔体积浓度的CaCl2水溶液中的k为多少？-1答：k为扩散双电层的理论厚度，同时也是离子氛的半径且电解质浓度越高，离子价数越-1大，k越薄。INaCl=1/2（0.1*1+0.1*1）=0.1mol/LICaCl2=1/2(0.1*4+0.2*1)=0.3mol/L-1kCaCl2=5.77A5.将2g固体粉末放入100ml浓度为0.01mol/L的表面活性剂水溶液，达吸附平衡后溶液浓-32度为7.22×10mol/L。若表面活性剂的分子截面积为60A，则该固体粉末的比表面积为多3 少？2320答：表面活性剂分子个数=（0.01-0.00722）*0.1*6.02*10=1.674*102022固体粉末表面积=1.674*10*60Å=1.004*10Å22-2042固体粉末比表面积比表面积=（1.004*10*10）/0.002=5.02*10m/kg6、简述表面吸附量Γi的物理意义以及在表面活性剂表面吸附中的应用。答：表面吸附超量Γi的物理意义是单位面积上所含i组分的物质的量相对于本体相中相同溶剂所含i组分的物质的量的超量。在表面活性剂表面吸附中的应用:（1）由Gibbs方程−dγ=∑Γidμ，i=1,2,3，…，n，只有当Γi>0，溶液的表面张力γ才会降低，此时才有表面活性。（2）可以用于解释表面活性剂在气液界面上的吸附现象，如在1-1型的表面活性剂溶液中+加入中性盐，则表面活性剂的反离子的吸附量减少，可能是由于本体相中大量Na的吸附超++量下降，也可能是表面层的Na会与本体相的K发生交换，其吸附超量仍会降低。(3)可以用于表示表面活性剂的表面平衡吸附量Γ1和表面饱和吸附量Г∞，同时就可求出表1020面活性剂分子吸附截面积A，由下式表示A=，A表示达吸附平衡时，单个表面活性NAΓ1剂分子在吸附表面所占据的平均面积。27、已知25℃的乙醇水溶液的表面张力服从γ（mN/m）=72-0.5C+0.2C，其中C为乙醇浓度22（mol/L），试问当C=0.5mol/L时，乙醇的表面吸附量（mol/m）和吸附截面积（Å）。2答：C=0.5mol/L时，表面张力γ=72-0.5×0.5+0.2×0.5=71.8mN/m-52表面吸附超量Γ=-Cdγ/RTdC=-0.5×（-0.5+0.4C）/8.314×298=6.05×10mol/m202吸附截面积A=10/NAΓ=27.46Å8、何谓吸附效率？简述影响pC20的各种因素。试根据以下表面活性剂的分子结构，判断其水溶液的表面吸附效率pC20值的大小并排序。答：吸附效率：单位浓度所能达到的吸附量，用Γ2/C2来表示。简单来说就是载体表面吸附了吸附质的面积比上载体的总表面积。吸附效率pC20的影响因素：（1）表面活性剂的结构：①疏水基：在各种疏水基中，氟碳链、硅氧烷和碳氢链型的表面活性剂的pC20是逐个递4 减的。碳氢链中，则碳链愈长，pC20则越大，直链的pC20比其含支链的同分异构物更大。②亲水基：含相同疏水基的表面活性剂中，亲水基的亲水性愈弱，则pC20愈大。所以非离子的pC20为最大，其次为两性离子型，最小的为一般离子型表面活性剂。而对于离子型表面活性剂而言，离子头的有效电荷愈小，则pC20愈大。（2）电解质：加入电解质的结果使离子型表面活性剂的离子氛半径被压缩，亲水性降低，表面活性增加，pC20则随之增加。（3）水结构调节剂水结构促进剂如果糖、木糖等，表现在吸附效率pC20增大。为水结构破坏剂，例如尿素、甲酰胺、N-甲基乙酰胺、胍盐等，pC20减小。（4）温度：温度对表面活性剂的吸附效率影响可分为两类：离子型包括两性离子型表面活性剂的吸附效率pC20随温度升高而下降。非离子型表面活性剂特别是聚氧乙烯醚型的非离子型表面活性剂在10～40℃范围内的吸附效率pC20是随温度升高而增加的。PC20大小排序：（d）<（c）<（a）<（b）<（e）9、何谓吸附效能？简述影响Γ∞的各种因素。试根据以下表面活性剂的分子结构，判断其水溶液的表面吸附效能Γ∞值的大小并排序。答：吸附效能是界面所能达到的最大吸附量，即饱和吸附量Γ∞。吸附效能的影响因素：（1）疏水基相对于其它因素，疏水基的长度对吸附效能的影响极小，只有当16个碳以上的直链，随着链长的增加，吸附效能才有明显下降。此外，支化度高的同系物的也会减小。（2）亲水基一般来讲，具有相同疏水基的非离子型表面活性剂与离子型相比，由于其极性头之间的排斥力更小，吸附效能应更大。但这不包括聚氧乙烯醚型非离子表面活性剂，由于随着乙氧基的摩尔数增加，其亲水基的亲水性提高，体积变大，分子截面积A∞增加，致使其吸附效能减小。而如果乙氧基的摩尔数不变，则其吸附效能将随疏水基链的增加而增加。（3）添加剂如果在离子型表面活性剂中加入中性盐，则压缩离子头的离子氛半径，离子间的库仑力减小，吸附效能Γ∞随之增加。相比较而言，加入中性盐也能增加非离子型表面活性剂的吸附效能Γ∞，但影响较小。5 （4）温度提高温度的结果是增加分子的热运动，从而增加单个分子在界面上占据的面积，所以通常表面活性剂的吸附效能随之减小。吸附效能Γ∞大小排序：（d）<（a）≈（b）≈（c）<（e）10.表面张力降低效能πCMC与吸附效能之间存在什么关系？简述影响CMC/C20的各种因素。答：1.πCMC与吸附能之间的关系：表面压为20mN/m的浓度C20点在γ-lnC曲线上已经处于线性部分，这说明此时表面吸附已达到饱和，故该线性部分的Gibbs方程可进一步简化为：Δγ=-nRTΓ∞ΔlnC若浓度上下限为C20和CMC，则相应的表面压为20mN/m和πCMC，代入上式即为：πCMC=20+nRTΓ∞ln（CMC/C20）πCMC不仅与Γ∞有关，也是CMC/C20的函数。2.影响CMC/C20比值的因素：（1）对于直链的离子型表面活性剂，CMC/C20随R增长，增大极为有限；（2）若在直链表面活性剂中引入支链或将亲水基移至中间，则增大；（3）对于聚氧乙烯醚非离子型表面活性剂来讲，指定疏水基，增加POE链长的增大，指定POE链，增加疏水链长的减小；（4）对于离子型表面活性剂来说，离子强度增加或者加入能与之形成缔合作用的反离子（如6个碳以上的表面活性反离子），则其明显增大；（5）在常温下温度升高，表面活性剂的则减小。（6）用氟碳链或者硅氧烷替代碳氢链的表面活性剂的显著增加；（7）用油/水界面替代气/水表面，则表面活性剂的的变化须视其疏水基与油相的相似性而定，相似者明显增加，反之则会稍稍降低。第四章表面活性剂的溶液性质1.何谓临界胶束浓度？简述影响CMC值的各种因素。试根据以下表面活性剂的分子结构，判断其在水中的CMC值大小并排序。答：1.表面活性剂分子在溶剂中缔合形成胶束的最低浓度即为临界胶束浓度，用CMC表示。2.影响CMC值的因素为：（1）在水溶液中显著影响的CMC的因素①疏水基直链离子型表面活性剂而言，每增加一个亚甲基可使CMC下降一半。对非离子型表面活性剂而言，每增加二个亚甲基可使CMC下降至原值的十分之一。支化度增加或者极性基的位置向链中间移动时，CMC会随之增加。6 ②亲水基离子型表面活性剂CMC>非离子型表面活性剂CMC。离子型表面活性剂一般其极性基的极性越小，则CMC越小。比如具有相同k的羧酸盐、磺酸盐和硫酸酯盐的CMC是依次降低的。非离子型聚氧乙烯醇类及烷基酚类，在水介质中的CMC和分子中氧乙烯单元数的关系：logCMC=A’+B’R（2）电解质在水溶液中电解质使CMC降低阴离子型与阳离子型﹥两性型﹥非离子型（3）有机添加剂①第一类极性有机物——少量加入，CMC降低，而且，碳链愈长，下降愈明显；②第二类水结构调节剂——用量较大，主要通过与水的混合改变水结构来影响CMC,特别对非离子型表面活性剂CMC的影响更明显。（4）温度温度对表面活性剂在水解质中的CMC的影响是有限的、复杂的。一般先随温度增加而下降，达到了最低值，继续上升温度时数值又上升。根据数据分析，离子型表面活性剂最低CMC的温度～25℃；聚氧乙烯醚非离子表面活性剂的CMC随温度升高而单调降低。排序：d＞c＞a＞e＞b＞f2.何谓胶束的聚集数？简述影响聚集数N的各种因素。现有非离子型表面活性剂CH3(CH2)nO(C2H4O)mH,简述其在水中的聚集数N随n、m、温度以及加入电解质的变化趋势。答：1.聚集数即缔合成胶束的表面活性剂分子数。2.影响聚集数N的因素：(1)离子型表面活性剂的聚集数n在50~60之间，而非离子型表面活性剂的聚集数n≥400。(2)对于聚氧乙烯型非离子表面活性剂，若聚氧乙烯链长增加，而碳氢链长不变时，则表面活性剂的胶束聚集数n减小。(3)表面活性剂与溶剂之间的不相似性越大，则聚集数越大。在水溶液中，当表面活性剂的亲水性变弱时，胶束聚集数就大为增加。(4)离子型表面活性剂水溶液中添加中性电解质，会使聚集数增加。(5)升温导致离子型表面活性剂水溶液聚集数下降少，但对聚氧乙烯醚型非离子表面活性剂，聚集数增加很多。(6)增溶作用通常会使胶束的聚集数增加，当胶束的增溶物质的量增加时，聚集数继续增加，直至达到增溶极性限为止。7 3、何谓增溶？简述表面活性剂的增溶作用机理？答：增溶：不溶解于水的物质，在不使用醇及其它溶剂的情况下，由于添加少量表面活性剂而透明地溶解于水的现象称为增溶。机理：（1）夹芯型增溶：增溶质的被增溶位置在胶束的内核。（2）栅栏型增溶：增溶质被增溶的位置在胶束内核的外部，与极性基相连的a—亚甲基之间形成“栅栏”结构区。（3）吸附型增溶：即增溶质被吸附于胶束表面（4）聚氧乙烯醚链间增溶：增溶质增溶于PEO链之间，此类增溶方式只存在于聚氧乙烯醚非离子型表面活性剂的胶束溶液，相应的增溶质有苯酚，苯胺等。4、说出增溶作用的三种应用，请解释表面活性剂溶液的γ−C曲线上为什么常常会出现最低点。答：应用：乳液聚合、石油生产、洗涤过程、染料分散、制药。最低点的原因：实验证明，最低值现象是杂质引起的。5、何谓离子型表面活性剂的Krafft温度？影响Tk的物理意义及其影响因素。答：定义：离子型表面活性剂的Krafft温度：离子型表面活性剂的溶解度随温度增加而急剧增大这一温度称为Krafft点。物理意义：Tk是离子型表面活性剂表满活性作用的一个临界温度，所以Tk成为临界胶束温度。只有T>Tk是，离子型表面活性剂在界面才有可能吸附达到饱和，界面张力达到最低，本体相中才能形成胶束，表面活性达到充分发挥。另一方面Tk又可以看成是形成胶束的最低温度——临界胶束化温度。影响因素：（1）离子型表面活性剂结构的影响：临界溶解温度的Tk高低与其亲水性密切相关。（2）中性电解质的影响：添加无共同离子的中性电解质，影响离子氛，压缩双电层，分子亲水性降低Tk升高，价数越高，升高越大。（3）水结构调节剂的影响：影响水的有序结构，，从而影响亲水基的亲水性，影响Tk。促进剂使Tk升高，结构破坏剂使之降低。6、何谓非离子型表面活性剂的浊点？解释其产生的原因及影响因素。8 答：定义：聚聚氧乙烯醚非离子型表面活性剂在水中溶解度随升高温度而降低，而且升达某温度时会发生混浊分相，通常称此温度为浊点，浊点也是一个可逆的相转变点。产生原因：这种行为直接与其乙氧基的链结构有关，在水中的乙氧基链往往呈现醚基朝外的曲折行构象，朝外的醚基与水生成弱化学键——氢键，而且每个醚基能吸引20~30个水化水。升高温度，分子链的热运动加剧，则会脱去氢键，乙氧基链的亲水性降低，最终由水中析出而相分离。影响因素：（1）疏水基：碳链越长，浊点越低。（2）亲水基：随乙氧基的增加，浊点升高。（3）电解质：对电解质不敏感，但其亲水性也会相应的降低，浊点降低。但随着加入HCl则相反，浊点会升高，而LiCl几乎无作用。（4）极性有机物：加入极性有机物，则聚氧乙烯醚非离子型表面活性剂的Tp明显降低，而且，脂肪醇的碳链愈长，Tp降幅愈大。（5）水结构调节剂：影响亲水基。加入促进剂，亲水性降低，Tp降低。反之加入破坏剂，则亲水性提高，Tp上升。第六章表面活性剂的润湿作用1、简述润湿过程的沾湿、浸湿和铺展及其相应的润湿功。答：沾湿：又称黏附润湿，是指液体与基质固体接触、变液/气界面和固/液界面为固/液界面的过程。润湿功−Δ==+−=GWγγγγθ(cos+1)aSGLGSLLG000润湿09<<θ0不润湿θ>90浸湿：是指固体浸入液体中的过程。润湿功−Δ==−=GWγγγθ(cos)iSGSLLG00浸湿θ<90当θ=90时浸湿达到极限。铺展：是指在固/界面代替固/气界面的同时，液体表面也同时扩展。润湿功−Δ==−−=GWγγγγθ(cos−1)sSGLGSLLG0铺展θ=02、何谓前进接触角、后退接触角以及接触角滞后。9 答：前进接触角θ：液滴在倾斜的固体表面，测量时，在固/液界面扩展后测量的接触角度。A后退接触角θ：液滴在倾斜的固体表面，测量时，在固/液界面缩小后测量的接触角度。R接触角滞后：液滴的前进角与后退角的数值往往是不等的，θ>θ，两者的AR差值θ−θ叫做接触角滞后。AR3、影响接触角滞后的因素是什么？是如何影响的？答：影响因素：在恒温恒压下，液滴在平滑的，干净的，均匀的，不变形的理想固体表面上所形成的平衡接触角为一定值。而在表面粗糙、不均匀的、表面被污染的固体表面上就会出现前进角不等于后退角的现象。只是接触角滞后的主要原因。表面粗糙度的影响：粗糙表面的cos"θ的绝对值总是大于平滑表面。这就是说当00θ>90时，表面粗化将使接触角变得更大，而θ<90时，表面粗化将使接触角变小。4、临界表面张力γ的物理意义是什么？γ与γ存在什么关系？ccLG答：γ物理意义：同系物液体在同一低能表面固体上的接触角随液体表面张力降低而变小。c相应液体的下限γ值叫做该低能表面固体的润湿临界表面张力，用γ。LGcγ与γ的关系：经验范围内，凡是液体的表面张力γ>γ者，皆不能在固体表面上cLGcLG自行铺展，而只有当γ<γ才能铺展。而且γ至越低，能在此固cLGc体表面上铺展的液体越少，其润湿性能越差。5、何谓高能表面及其自憎现象？答：高能表面：高能表面应为一般液体所铺展，例如将水、煤油等液体滴在干净的玻璃、金属表面上时会自动铺展。通常液体的表面张力都在100mN/m一下，以此为界，当固/气表面张力γ≥100mN/m时，则称其表面为高能表面，常见的有金属SG及其氧化物、硫化物、无机盐等。自憎现象：有一些有机液体，其表面张力并不高，在金属以及玻璃等高能表面上区不能展开，这些有机液体分子在高能表面上发生了定向吸附，形成碳氢基朝向空气的定向排列吸附膜。从而使原来的高能表面成为实际上的低能表面，导致10 其临界表面张力比液体的表面张力还低，只是这种液体不能在其自身的吸附膜上铺展，这种现象称为自憎现象。6、简述表面活性剂在润湿过程中所起到的作用以及润湿剂分子的结构特征？答：润湿作用：根据杨氏方程cosθ=（γSG－γSL）/γLG，表面活性剂可以吸附在各种界面上通过改变界面张力来影响固体的润湿性。通常表面活性剂在溶液表面疏水基定向吸附，γLG降低，|cosθ|增大，从而加剧润湿性能的变化。表面活性剂在固体表面的吸附取向是影响液体在固体表面润湿的关键因素。同时也受到固体表面性质及其他环境因素的影响。结构特征：疏水链应具有侧链疏水结构，且亲水基位于中部，或者碳氢链为较短的直链，亲水基位于末端。7、试解释为什么棉纤维在阴离子型表面活性剂水溶液中的润湿时间往往比在聚氧乙烯醚非离子型表面活性剂水溶液的短，而涤纶则相反？答：对于棉纤维，分子中含有大量的亲水基团羟基可以形成氢键，本身就比较容易亲水润湿，加入阴离子型的表面活性剂可以更好的降低水的表面张力，利于分散润湿。对于涤纶，其本身是聚酯纤维，表面是疏水性的，与HLB值小的表面活性剂更好的吸附，润湿更快。第七章表面活性剂的乳化作用及其破乳1、乳液有几种类型？如何鉴别乳液的类型？答：根据分散相与分散介质的性质，乳液一般可分为两种类型，水包油（o/w）型，即油相或者有机相分散在水相或水溶液，和油包水（w/o）型，即水相或水溶液分散在油相的乳液。此外，还有一类多重乳液，包括水包油包水（w/o/w）型和油包水包油型（o/w/o）型。鉴别方法（主要针对o/w和w/o）：（1）稀释法：易于水稀释的为o/w型反之为w/o。（2）电导率法：与水相近为o/w型，远小于水的电导率的为w/o。（3）染色法：油溶性染料易于使w/o型乳液着色，水溶性染料易于使o/w型着色。（4）折射率法：粒径咋在0.25微米以上的乳液，可以用光学显微镜直接观察乳滴。（5）滤纸法：一般滤纸都是亲水的，将少量乳液滴于滤纸表面，能展开的为O/w型，反之为w/o型。2、以乳滴粒径分类，乳液可分为哪几类？它们各有什么特性？11 答：①乳液粒径大于0.1μm，通常为球形，乳白不透明，用量少，不必加助表面活性剂，动力学稳定三组分：表面活性剂、油和水相，o/w型乳液与油不混溶w/o型乳液与水不混溶②微乳液粒径0.01~0.1μm，球形，半透明或透明，用量多，需加助表面活性剂，热力学稳定三组分：非离子型表面活性剂、油和水（或盐水）相四组分：离子型表面活性剂、助表面活性剂、油和水（或盐水）相，与油、水在一定范围内都能混溶③胶束增溶溶液粒径小于0.01μm，低浓度时为球形，透明，超过CMC所需的量即可，热力学稳定三组分：表面活性剂、油和水相，未达到增溶饱和值前可与油、水混溶3、影响乳液稳定性的主要因素及其机理是什么？答：影响因素：（1）乳化剂的性质，油溶性乳化剂倾向于生成w/o型乳液，反之为o/w。（2）相的加入次序，水加到含乳化剂的油中，可得到w/o型，反之为o/w。（3）相体积比，Ostwald几何观点，分散相最大的体积分数只能为74.02%。（4）溶解乳化剂的相（5）系统的温度，对于聚氧乙烯醚非离子型表面活性剂的o/w型乳液，升高温度有利于w/o型乳液的形成。而离子型表面活性剂的一些乳液，在冷却是可能变成为w/o。（6）电解质和其他添加剂，离子型表面活性剂为乳化剂，o/w型乳液加入电解质，特别是高价反离子，通过中和和交联表面活性剂，会压缩其离子氛半径，降低亲水性，促使变形为w/o型乳液。对于阴离子型乳化剂，阳性反离子的变型效能大小有33222222++++++++Al>>>>≈≈≈CrNiPbSrCaFeMg（7）乳化器壁性质。机理：（1）定向楔理论：相楔一样形成致密膜利于乳化。（2）聚结速度理论：水聚快利于形成o/w，油聚快有利于形成w/o，亲油性的阻止水聚结，亲水性阻止油聚合。（3）优先润湿理论：许多固体粉末也可以用作乳化剂，它们通过在油/水界面形12 成固态膜乳化。若固体粉末易被水润湿，则大头朝水相，小头留在油相，可以定向楔那样的作用，形成o/w型乳液。反之，已被油相所润湿的固体则有利于生成w/o型。4、何谓HLB值？简述各种表面活性剂HLB值的估算以及最佳乳化剂的筛选方法？答：定义：乳化剂的亲水基和亲油基应该有一定的比例，即乳化剂有一定的亲水亲油平衡，定义为HLB。HLB的估算：（1）非离子型表面活性剂对于多元醇脂肪酸酯：HLB=20（1-S/A）S皂化值，A酸值对于皂化值不易测定的物质或其他非离子表面活性剂：HLB=20（E+P）E分子乙氧基的质量分数，P多元醇的质量分数（2）离子型表面活性剂HLB=7+∑HLBGi（3）混合表面活性剂加权平均值HLB=∑()ωii×HLB筛选方法：（1）确定乳化系统最适宜的HLB值。（2）确定乳化剂的最佳效率。首先能迅速的吸附于油水界面，第二能形成致密、牢固的界面吸附膜，第三能产生强烈的电能类和立体能垒等基本原则，第四奖励选择HLB值大的和小的表面活性剂混合使用。5、预制备o/w型石蜡乳液，乳化剂CHOCHOH()和CHOCHOH()的质量12252421225248比为多少最佳？答：已知在o/w型乳液中，乳化效率在HLB值为10.5处有极大值。CHOCHOH()E=105/274=0.38，P=0，HLB=20*0.38=7.61225242CHOCHOH()E=369/538=0.69，P=0。HLB=20*0.69=13.8122524810.5=x*7.6+（1-x）*13.8x=0.532即质量比CHOCHOH()：CHOCHOH()=0.532:0.468122524212252486、PIT的定义是什么，简述影响PIT的各种因素以及利用PIT配置乳液的方法。答：定义：温度变化对表面活性剂的亲水亲油平衡会有影响，特别是非离子型表面活性剂，随着温度升高，其亲水基的水化程度减少，亲水性降低，亲油性升高，最终会从13 o/w型转变为w/o型乳液，而这个引起乳液类型转变的温度即相转变温度，缩写为PIT。影响因素：（1）表面活性剂的亲水性，PIT与HLB基本呈线性关系。（2）油相的性质，随油相的极性减少而升高。（3）添加剂，一类为油相添加剂，加非极性有机物，油相极性降低而升高，加芳烃或极性有机物，油相极性升高而降低；另一类为水相添加剂，加入电解质使PIT降低。7、破乳剂的破乳机理是什么？答：乳液是热力学不稳定系统，所以破乳是自发过程。乳液一般从失稳定到破乳分相一般可以分三个阶段。1、分层：分层是由于油水两相的密度差引起的乳液沉降或上浮，是乳液分成两层。2、絮凝：絮凝是乳液的乳滴通过范德华力相互吸引，聚集形成松散絮团的过程。3、聚结：处于絮团的乳滴，当其界面膜受到破坏时，乳滴会发生合并，有小液滴变成大液珠，界面积减少，最后乳液完全破坏。8、微乳液的形成机理是什么？答：在表面活性剂和助表面活性剂足够量时，可以产生瞬时的负界面张力，由于负界面张力是不能存在的，因此系统将自发扩展界面，使更多的表面活性剂和助表面活性剂吸附于界面而使其浓度降低，直至界面张力恢复至零或微小的正值，这种瞬时负界面张力导致的界面自发扩展的结果就形成了微乳液。第八章表面活性剂的起泡与消泡作用1、简述泡沫破裂的机理。答：泡沫破裂的机理主要有泡沫液膜的排液和泡沫中空气的扩散两种情况。（1）、泡沫液膜的排液，泡沫液膜强度直接与其膜的厚度有关，而液膜的排液是造成液膜变薄的主要原因。排液有两类：第一类是重力排液，由于气体和液体的密度不同造成，重力作用下，液体沿液膜自上而下的流动，造成商城液膜变薄而破裂。第二类是表面张力排液，在气泡交汇处会形成Plateau交界，凸液面膜处于泡内会有一定的压力差，主要是由于附加压力造成大小为2γR，在压力差的作用下，液体有高压区向低压区流动，造成液膜变薄破裂。液膜的排液作用，特别是表面张力的排液作用是泡沫破裂的主要原因。（2）、泡沫中气体的扩散，根据Laplace公式，气泡内外的压力差等于液膜的附加压力，14 即PPP−=Δ=4γR，R越小，压力差越大。所以，小气泡内的药理则比大气泡大。气体存在由小气泡透过液膜向大气泡扩散的趋势。一旦发生，则小气泡更小，大气泡更大，最终到时气泡兼并，乃至泡沫破坏。2、何谓表面活性剂的起泡性和稳泡性？用什么方法表征？答：起泡性：是指是指表面活性剂在生成泡沫的倾向以及生成泡沫的稳定性能。稳泡性：是指表面活性剂对生成的气泡在静置条件下使气泡稳定存在的能力。表征方法：通常用Ross-Miles法测定泡沫的高度来表征。起泡性用泡沫瞬时最大高度来表征，稳泡性用五分钟时泡沫的高度来表征。3、表面活性剂的稳泡作用主要表现在什么地方？答：1、表面活性剂作用对泡沫的影响（1）降低表面张力的作用：加入表面活性剂能使溶液表面张力大幅降低，不仅容易起泡，而且，系统的表面能也大幅降低，从而降低了泡沫的热力学不稳定性，有利于泡沫稳定。（2）提高液膜黏度的作用：液膜的粘度主要分为本体黏度和表面黏度。表面黏度是指起泡液膜的表面吸附层黏度，是表征泡沫液膜强度的一种度量。表面活性剂可以提高液膜的内聚力是分子间想回吸附力增强，吸附膜密度增大，从而增加液膜的表面粘度和强度，提高泡沫的稳定性。（3）吸附膜的气体密闭作用：表面活性剂可以提高液膜的密闭性，使气体不易透过。一般来说，表面活性剂的疏水链越长，亲水链越短，扩散作用越小，致密性越好。（4）表面张力修复作用：加入表面活性剂后液膜具有自修复作用，又称为Gibbs-Marangoni效应。（5）表面电荷作用：当使用离子型表面活性剂时，表面活性离子吸附于液膜的两边，其反离子则分布于液膜溶液中分别构成双电层。双电层的相互排斥作用会是组织液膜的进一步收缩以至于破裂。2、表面活性剂的结构对泡沫稳定性的影响表面活性剂的表面活性越大，吸附层分子的内聚力越大，越致密，则液膜的表面粘度越高，弹性越好，自修复能力越强，泡沫越稳定。不过内聚力太强时，会使形成固态膜，脆性增大，泡沫稳定性反而降低。（1）疏水基：直链的稳泡性好于支链的，而且一般对于在不同的温度下，会有一个最佳链长。15 （2）亲水基：离子型的表面活性剂优于非离子型的。4、试解释当浓度接近CMC时，液膜的弹性最大的原因。答：当可逆的表面功W恒定时，WA=λΔ，表面活性剂降低溶液的表面张力效率越大，或者说CMC越小者，其起泡性越大。5、简述泡沫在纺织工业中的应用。答：（1）泡沫上浆（2）泡沫处理（3）泡沫染色（4）泡沫印花（5）泡沫整理6、试介绍两种消泡剂的消泡机理。答：（1）破泡剂：是加到已形成的泡沫中使泡沫破裂的添加剂，天然油脂，低聚醇类，非离子表面活性剂中的脂肪酸多元醇酯和聚氧乙烯醚酯类（2）抑泡剂：是起泡前预先加入而阻止气泡的添加剂，如聚醚及有机硅类在某些场合这两种消泡剂有叠加作用，其混合物会现实很好的消泡性能。第九章表面活性剂的分散与絮凝作用1、简述DLVO理论要点。答：DLVO理论的基本观点是微粒在介质中的分散稳定性取决于两种相反的作用，即当微粒相聚较远时，主要收到由VanDerWaals长程力引起的相互吸引作用以及微粒相互趋近至一点间距时，由双电层发生重叠产生的排斥作用。位能曲线：（1）微粒间的吸引位能：微粒间相互吸引作用的范德华力，本质上是构成不同微粒间大−A−2量的分子间范德华力的总和。可以用经验公式求得，E=h，h为粒间距；A为12π表观Hammer常数。（2）微粒间排斥位能：微粒间的排斥位能来自其表面电荷，当相互趋近时，双电层会发生重叠。在重叠区，反离子因局部浓度增加而向未重叠区扩散，造成离子间脱反离子屏蔽作用，使得带相同电荷的微粒因相互排斥而分离（3）微粒间的总位能曲线：其终位能应等于吸引位能EA和排斥位能ER的总和。2、解释离子型表面活性剂在水介质中对固体微粒的分散作用。16 答：由于其亲水基也带负电荷，是指在微粒的固/液界面上发生疏水基定向吸附，而这种带同种负电荷的亲水基朝着水相定向排列产生的隙壁静电排斥力，加上附加压力产生的介质的渗透力都会对微隙产生劈裂作用，而且微隙间的间隙越小，这种劈裂作用越大，可以减少固体微粒因解聚结所需的机械功。3、解释非离子型表面活性剂在水介质中对固体微粒的分散作用。答：尽管其亲水基不带电荷，但它同样会在微隙的固/液界面上发生疏水基定向吸附，而朝着水相的聚氧乙烯醚链发生的立体排斥作用以及截至的渗透力，不仅有利于固体微粒团的劈裂解聚结，而且也有利于防止微粒的在聚集。4、解释高分子型表面活性剂在水介质中对固体微粒的分散作用。答：高分子的表面活性剂的渗透认识作用不如小分子表面活性剂，高分子表面活性剂，高分子表面活性剂一旦吸附于固/液界面，则分子链中的一部分亲固体的基团或链节会在固/液界面平铺（Trains）吸附，使大分子链锚固在固体表面；而另一部分亲液则指向液相形成环状（Loops）和尾状（Tails）亲液层，使固液之间的滞留层变厚，滑移界面外移，从而产生比小分子表面活性剂更高的立体能垒和电能垒，起到更有效的分散作用。5、分析阳离子型表面活性剂在固体微粒分散和絮凝过程中的作用。答：絮凝作用：由于亲水基带正电荷，其在微隙固/液界面上的吸附状态与阴离子型和非离子型表面活性剂，为亲水基定向吸附，即阳离子基与固体表面的负电荷中心发生静电吸引作用，使表面电荷被中和，不仅大大减小隙壁间静电排斥力，而且，朝向水相定向排列的疏水基又降低了隙壁的亲水基，使接触角增大，甚至大于90度，阻止介质渗入微粒团，所以可以用作絮凝剂。分散作用：阳离子表面活性剂作为分散剂，主要是用于一些阴离子表面活性剂不宜被吸附的带强表面负电荷的固体微粒来讲，可以通过适当的提高阳离子表面活性剂的用量来改善其对微粒在水介质中的分散性能。机理是在加入少量阳离子表面活性剂时，在带负电的固体微粒表面发生亲水基的定向吸附，使得表面电位降低趋近于零，表面疏水性提高，发生威力将疏水链作用吸附，架桥絮凝，分散稳定性降低。但当更多的加入阳离子型表面活性剂时，后续吸附于微粒固液界面的活性阳离子会发生疏水相互作用吸附，使固体微粒重新带电，而且亲水性也提高，微粒分散稳定性能提高。6、下列表面活性剂中，哪一种能在己烷中有效分散表面带正电的亲水性固体微粒？为什么？17 （a）CHOCHOH()1225242（b）CHOCHOH()1225248+−（c）CHNCHCl()122533（d）木质素磺酸盐答：可用a和d，由于本题中是将固体微粒分散于己烷中，己烷为油相，所以选用的表面活性剂应该为发生亲水基定向吸附，疏水基朝向油相，这样才能达到良好好的分散效果，所以可以选用亲油性更大的聚氧乙烯醚类，又因为固体微粒为正电荷，可以选用阴离子型的表面活性剂使之发生亲水基的正负离子吸引作用，从而使亲油性疏水链朝向外边使之能较好的分散在己烷之中。第十章表面活性剂的洗涤作用1、简述表面活性剂在液体油污去除过程中的作用。答：（1）润湿作用：评估油污的基质在洗浴中的润湿性，可以采用洗浴取代油污在基质的铺展系数S=-->γγγ0BOSSOSBBO（2）液体污垢的卷落作用：一旦铺展自动发生，原来界面张力之间的平衡被打破，油污开始卷缩，并达到新的平衡。（3）防止再沾污的作用：油珠在洗浴中的稳定分散方法有两种，乳化和溶解，通过这两个作用来防止油污的再次形成。2、简述表面活性剂在液体固体去除过程中的作用。答：（1）固体污垢的润湿：固体污垢表面的铺展系数为S=-->γγγ0BPPGPBBG（2）固体污垢的撬离（3）防止再沾污3、解释为什么洗涤作用极差的阳离子型表面活性剂在酸性介质中可以用作洗涤剂。答：在酸性介质中，水介质中带正电荷，阳离子型表面活性剂可以发生疏水基定向吸附，从而改善基质和污垢的润湿性能，提高了洗涤效果。4、解释在偏碱性的水介质中，利用阴离子型表面活性剂去除织物污垢时，为什么加入少量阳离子型表面活性剂会产生增效作用。答：偏碱性的水介质，水体的负电性较高，pH值太小也不利于表面活性剂的洗涤作用，一般在中性偏碱的条件下固液界面往往带负电，有利于洗涤去污。加入阳离子型的表面活18 性剂可以中和掉部分的负电性，更有利于阴离子型的表面活性剂发生疏水基定向吸附，从而产生增效作用。5、何谓助洗剂？有哪些类型？分别在洗涤中起什么作用？答：助洗剂是协助表面活性剂提高洗涤作用的一些添加剂。类型：分为有机型和无机型两类。有机型表面活性剂作用一般有三种：（1）碱性缓冲剂作用，维持洗浴的pH大于等于7；（2）高价金属离子的螯合作用，软化水；（3）固体污垢的分散作用，防止再沉淀。无机型表面活性剂作用：碳酸钠、硅酸钠类（1）增加洗浴的pH，使基质和污垢尽可能带负电荷，有利于洗涤；（2）与钙镁离子形成难容盐，软化水。合成沸石（1）通过离子交换来软化水；（2）通过与污垢共沉淀来防止再沾污的。19'