1. Oberflächenspannung
Die Kontraktionskraft einer beliebigen Einheitslänge der Flüssigkeitsoberfläche wird als Oberflächenspannung bezeichnet, und die Einheit ist N · m –1.
2, oberflächenaktiv und Tensid
Die Eigenschaft, die die Oberflächenspannung eines Lösungsmittels verringern kann, wird als Oberflächenaktivität bezeichnet, und die Substanz mit Oberflächenaktivität wird als oberflächenaktive Substanz bezeichnet.
Oberflächenaktive Substanzen, die Moleküle in wässriger Lösung assoziieren und Assoziationen wie Mizellen bilden können, eine hohe Oberflächenaktivität aufweisen und auch Benetzungs-, Emulgier-, Schaum- und Waschfunktionen haben, werden als Tenside bezeichnet.
3. Molekulare Struktureigenschaften von Tensiden
Tenside sind organische Verbindungen mit speziellen Strukturen und Eigenschaften. Sie können die Grenzflächenspannung zwischen zwei Phasen oder die Oberflächenspannung einer Flüssigkeit (normalerweise Wasser) erheblich verändern. Sie haben Benetzungs-, Schaum-, Emulgier- und Wascheigenschaften.
In Bezug auf die Struktur haben Tenside ein gemeinsames Merkmal, dh das Molekül enthält zwei Gruppen mit unterschiedlichen Eigenschaften, ein Ende ist eine langkettige unpolare Gruppe, die in Öl, aber nicht in Wasser löslich ist, sogenannte Hydrophobe Gruppen oder hydrophobe Gruppen, solche hydrophoben Gruppen sind im Allgemeinen langkettige Kohlenwasserstoffe und manchmal organisches Fluor, Silikon, organischer Phosphor, organische Zinnketten und so weiter. Das andere Ende ist eine wasserlösliche Gruppe, dh eine hydrophile Gruppe oder eine hydrophile Gruppe. Die hydrophile Gruppe muss ausreichend hydrophil sein, um sicherzustellen, dass das gesamte Tensid in Wasser löslich ist und die erforderliche Löslichkeit aufweist. Da Tenside hydrophile und hydrophobe Gruppen enthalten, sind sie in mindestens einer Phase der flüssigen Phase löslich. Diese hydrophile und lipophile Natur eines Tensids wird als amphiphil bezeichnet.
4. Arten von Tensiden
Tensid ist ein amphiphiles Molekül mit sowohl hydrophoben als auch hydrophilen Gruppen. Die hydrophoben Gruppen von Tensiden bestehen im Allgemeinen aus langkettigen Kohlenwasserstoffen wie geradkettigen Alkylgruppen C8 bis C20, verzweigtkettigen Alkylgruppen C8 bis C20, Alkylphenylgruppen (die Anzahl der Alkylkohlenstoffatome beträgt 8 bis 16) usw. . Der Unterschied zwischen hydrophoben Gruppen liegt hauptsächlich in der strukturellen Änderung der Kohlenwasserstoffkette, der Unterschied ist gering und es gibt mehr Arten von hydrophilen Gruppen, so dass die Eigenschaften von Tensiden hauptsächlich mit der Größe und Form der hydrophoben Gruppen zusammenhängen. Es ist auch mit hydrophilen Gruppen verwandt. Die Struktur der hydrophilen Gruppe ändert sich stärker als die der hydrophoben Gruppe, so dass die Klassifizierung von Tensiden im Allgemeinen auf der Struktur der hydrophilen Gruppe basiert. Diese Klassifizierung basiert darauf, ob die hydrophile Gruppe ionisch ist, und sie wird in anionische, kationische, nichtionische, zwitterionische und andere spezielle Arten von Tensiden unterteilt.
5. Eigenschaften der wässrigen Tensidlösung
① Adsorption von Tensid an der Grenzfläche
Tensidmoleküle haben lipophile und hydrophile Gruppen und sind amphiphile Moleküle. Wasser ist eine stark polare Flüssigkeit. Wenn ein Tensid in Wasser gelöst wird, sind seine hydrophilen Gruppen aufgrund ihrer Hydrophilie und Wasserphase auf der Grundlage der Prinzipien ähnlicher Polarität und Abstoßung in Wasser löslich. Die Phase stößt ab und verlässt das Wasser. Infolgedessen werden die Tensidmoleküle (oder Ionen) an der Grenzfläche der beiden Phasen adsorbiert, wodurch die Grenzflächenspannung zwischen den beiden Phasen verringert wird. Je mehr Tensidmoleküle (oder Ionen) an der Grenzfläche adsorbiert werden, desto größer ist die Abnahme der Grenzflächenspannung.
②Einige Eigenschaften der Adsorptionsmembran
Oberflächendruck der Adsorptionsmembran: Das Tensid wird an der Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche adsorbiert, um eine Adsorptionsmembran zu bilden. Wenn beispielsweise ein reibungsloser beweglicher Schwimmer auf der Grenzfläche angeordnet ist, wird die Adsorptionsmembran vom Schwimmer entlang der Lösungsoberfläche gedrückt, und die Membran erzeugt einen Druck auf den Schwimmer. Dieser Druck wird Oberflächendruck genannt.
Oberflächenviskosität: Wie der Oberflächendruck ist auch die Oberflächenviskosität eine Eigenschaft unlöslicher molekularer Filme. Hängen Sie einen Platinring mit einem dünnen Metalldraht auf, lassen Sie seine Ebene die Wasseroberfläche der Spüle berühren, drehen Sie den Platinring, der Platinring wird durch die Viskosität des Wassers behindert und die Amplitude nimmt allmählich ab. Auf dieser Basis kann die Oberflächenviskosität gemessen werden, indem zunächst an der Oberfläche von reinem Wasser gemessen wird. Ein Experiment wurde durchgeführt, um die Amplitudenabschwächung und dann die Abschwächung zu messen, nachdem der Oberflächenfilm gebildet wurde. Die Viskosität des Oberflächenfilms wurde aus der Differenz zwischen den beiden erhalten.
Die Oberflächenviskosität hängt eng mit der Festigkeit des Oberflächenfilms zusammen. Da der Adsorptionsfilm Oberflächendruck und Viskosität aufweist, muss er elastisch sein. Je höher der Oberflächendruck und je höher die Viskosität des Adsorptionsfilms ist, desto größer ist sein Elastizitätsmodul. Der Elastizitätsmodul des Oberflächenadsorptionsfilms ist für den Stabilisierungsprozess von großer Bedeutung.
③ Bildung von Mizellen
Die verdünnte Lösung des Rheniumtensids folgt den Regeln, denen die ideale Lösung folgt. Die Adsorptionsmenge des Tensids auf der Lösungsoberfläche nimmt mit zunehmender Lösungskonzentration zu. Wenn die Konzentration einen bestimmten Wert erreicht oder überschreitet, steigt die Adsorptionsmenge nicht mehr an. Diese überschüssigen Tensidmoleküle sind in der Lösung ungeordnet, oder es gibt einen regelmäßigen Weg. Praxis und Theorie haben gezeigt, dass sie in Lösung Assoziationen bilden, die Mizellen genannt werden.
Kritische Mizellenkonzentration: Die minimale Konzentration eines Tensids zur Bildung von Mizellen in einer Lösung wird als kritische Mizellenkonzentration bezeichnet.
④ cmc-Wert üblicher Tenside.
6. Hydrophil-lipophiles Gleichgewicht
HLB ist eine Abkürzung für das Gleichgewicht des hydrophilen Lipophils und repräsentiert den Wert des hydrophilen-lipophilen Gleichgewichts der hydrophilen Gruppe und der lipophilen Gruppe des Tensids, dh den HLB-Wert des Tensids. Ein großer HLB-Wert zeigt an, dass das Molekül stark hydrophil und schwach lipophil ist; ansonsten ist die Lipophilie stark und die Hydrophilie schwach.
①Anforderung des HLB-Wertes
Der HLB-Wert ist ein relativer Wert. Wenn Sie also den HLB-Wert als Standard festlegen, wird der HLB-Wert von Paraffinwachs ohne hydrophile Eigenschaft als 0 angegeben, und der HLB-Wert von Natriumlaurylsulfat mit starker Wasserlöslichkeit beträgt 40. Daher Der HLB-Wert des Tensids liegt im Allgemeinen im Bereich von 1 bis 40. Im Allgemeinen sind Emulgatoren mit einem HLB-Wert von weniger als 10 lipophil, während Emulgatoren von mehr als 10 hydrophil sind. Daher beträgt der Wendepunkt von Lipophilie zu Hydrophilie etwa 10.
7. Emulgierung und Solubilisierung
Zwei Arten von ineinander unlöslichen Flüssigkeiten, von denen eine durch in der anderen dispergierte Mikropartikel (Tröpfchen oder Flüssigkristalle) gebildet wird, werden Emulsion genannt. Da das Grenzflächenprodukt der beiden Flüssigkeiten bei der Bildung der Emulsion zunimmt, ist dieses System thermodynamisch instabil. Um die Emulsion zu stabilisieren, muss eine dritte Komponente, ein Emulgator, hinzugefügt werden, um die Grenzflächenenergie des Systems zu verringern. Emulgatoren sind Tenside, deren Hauptfunktion darin besteht, als Milch zu wirken. Die Phase, in der die Tröpfchen in der Emulsion vorhanden sind, wird als dispergierte Phase (oder interne Phase, diskontinuierliche Phase) bezeichnet, und die andere Phase, die zu einem Stück verbunden ist, wird als Dispersionsmedium (oder externe Phase, kontinuierliche Phase) bezeichnet.
Emulgatoren und Emulsionen
Übliche Emulsion, eine Phase ist Wasser oder wässrige Lösung, und die andere Phase ist mit Wasser nicht mischbares organisches Material wie Öl und Wachs. Durch Wasser und Öl gebildete Emulsionen können entsprechend ihrer Dispersion in zwei Typen unterteilt werden: Öle werden in Wasser dispergiert, um Öl-in-Wasser-Emulsionen zu bilden, die in O / W (Öl / Wasser) ausgedrückt werden: Wasser-in-Öl-Formen Wasser-in-Öl-Emulsion wird in W / O (Wasser / Öl) ausgedrückt. Darüber hinaus ist es auch möglich, komplexe Wasser-in-Öl-in-Wasser-W / O / W- und Öl-in-Wasser-in-Öl-O / W / O-Mehrkomponentenemulsionen zu bilden.
Emulgatoren stabilisieren Emulsionen, indem sie die Grenzflächenspannung verringern und einen monomolekularen Grenzflächenfilm bilden.
Anforderungen an Emulgatoren bei der Emulgierung: a: Der Emulgator muss an der Grenzfläche der beiden Phasen adsorbieren oder anreichern können, um die Grenzflächenspannung zu verringern. b: Der Emulgator muss die Partikel aufladen und eine elektrostatische Abstoßung zwischen den Partikeln verursachen. Andernfalls wird ein stabiler, hochviskoser Schutzfilm um die Partikel gebildet. Daher müssen als Emulgatoren verwendete Substanzen amphiphile Gruppen aufweisen, um eine Emulgierung zu bewirken. Tenside können diese Anforderung erfüllen.
② Herstellungsverfahren der Emulsion und Faktoren, die die Emulsionsstabilität beeinflussen
Es gibt zwei Methoden zur Herstellung von Emulsionen: Eine besteht darin, mechanische Methoden zu verwenden, um Flüssigkeiten als feine Partikel in einer anderen Flüssigkeit zu dispergieren, die in der Industrie hauptsächlich zur Herstellung von Emulsionen verwendet wird; Die andere besteht darin, Flüssigkeiten in einem molekularen Zustand zu lösen. In einer anderen Flüssigkeit wird sie dann richtig aggregiert, um eine Emulsion zu bilden.
Die Emulsionsstabilität bezieht sich auf die Fähigkeit, einer Partikelaggregation zu widerstehen, die zur Phasentrennung führt. Emulsionen sind thermodynamisch instabile Systeme mit großer freier Energie. Daher bezieht sich die sogenannte Emulsionsstabilität tatsächlich auf die Zeit, die das System benötigt, um das Gleichgewicht zu erreichen, dh die Zeit, die eine Flüssigkeit benötigt, um sich im System abzutrennen.
