郑州市表面活性剂的性质和功能

表面活性剂的基本性质

尽管表面活性剂的结构不尽相同, 但它们具有相同的基本性质——吸附和聚集。溶于水时, 表面活性剂容易在空气/水表面吸附(富集), 形成排列整齐的单层膜(图2(a))。除了空气/水表面, 表面活性剂还能够在油/水界面富集并降低界面张力, 改变油/水界面膜的结构和性质。在表面活性剂的辅助下, 油、水能够形成乳液, 广泛应用于日常生活和工农业生产。它们亦能够吸附于固体表面, 提高固体基底的润湿性。通过吸附降低表/界面张力, 是表面活性剂的基本性质之一。

表面活性剂吸附于空气/水表面形成单分子膜以及表面活性剂水溶液中形成的典型聚集体结构(b)。球形胶束和囊泡的一部分被切除, 以便揭示内部结构。为了更好地展示, 单分子膜和各聚集体尺寸并未按同一表活剂的真实比例给出。

表面活性剂过多、在空气/水表面达到饱和吸附的时候, 则容易在体相聚集(aggregation)。由于多数表面活性剂会首先聚集成胶束(micelle), 因而这一浓度称为临界胶束浓度(critical micellar concentration, cmc)。表面活性剂所形成的聚集体种类多样, 具体与表面活性剂的结构和浓度, 以及外在条件密切相关, 典型的如球形的、棒状的、碟状的和虫状的胶束；单层的或多层的囊泡；层状的、六角状的、立方状的液晶, 以及包含三维网络的凝胶等, 。这种聚集过程, 因为是自发的,因而也被称为自组装(self-assembly)。这些结构是软物质和纳米科技领域的重要研究对象；同时, 由于这种由无序到有序的自发转变与熵增定律背道而驰, 因而具有极高的科学研究价值。

表面活性剂典型功能, 以碳氢表面活性剂为例。(a) 增溶。分别为稀土配合物在两性离子表面活性剂蠕虫状胶束中的增溶(i)[19]和富勒烯C60在嵌段共聚物胶束中的增溶(ii)。(b) 阴离子表面活性剂辅助分散单壁碳纳米管模型(左)及分散液的荧光光谱(右)  。(c) 烷基糖苷乳化甲苯-水体系, 水相被染为绿色, 甲苯被染为红色[22]。(d) 十八烷基蔗糖酯稳定的特级初榨橄榄油泡沫。(e) Pluronic F127作为软模板与硅纳米颗粒作为硬模板协同形成的Pt-Ru纳米颗粒