2　表面活性與吸附定理

2.1　表面活性

通常情況下，把能使溶液表面張力下降的物質(zhì)稱為表面活性物質(zhì)。在諸多的表面活性物質(zhì)中，在濃度很低的情況下，能顯著降低液體表面張力或兩相間界面張力的物質(zhì)稱為表面活性劑（surface active agents）。

2.1.1　結(jié)構(gòu)特征

表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)由兩部分組成：分子結(jié)構(gòu)中含有一個(gè)對(duì)溶劑吸引力強(qiáng)的親液基團(tuán)和一個(gè)對(duì)溶劑幾乎不具吸引力的疏液基團(tuán)。一般所用的溶劑為水，將易溶于水，具有親水性質(zhì)的極性基團(tuán)稱為親水基；將不溶于水而易溶于油，具有親油性質(zhì)的非極性基團(tuán)稱為疏水基或親油基。同時(shí)具有親水和疏水基團(tuán)的分子稱為兩親分子（或稱為雙親分子），因此，表面活性劑分子都是兩親化合物。疏水基通常是由長(zhǎng)鏈烴基構(gòu)成的非極性基團(tuán)，可以是直鏈，或帶支鏈的脂肪烴基（烷基、烯基）、芳香烴基或脂肪烴一芳香烴基，有時(shí)是鹵代或氯化烴基。而親水基的種類繁多，差別較大。常見(jiàn)的親水基有：—COO Na、—SO3Na、—OSO3Na、—OPO（O Na）2、—OH、—NH2、—CN、—SH、—NHCONH2、—CH2OCH2—等極性基團(tuán)。例如，人們?nèi)粘Ｉ钪杏玫谋砻婊钚詣┓试砑词歉呒?jí)脂肪酸的鈉鹽，其分子式為C17H35COONa，分子中—C17H35為疏水基的長(zhǎng)鏈烴基（用一長(zhǎng)線表示），—COONa為親水基（用圓圈表示），表面活性劑通常可以表示為“——O”。

2.1.2　分類

表面活性劑的分類方法很多，可按用途和化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類，而最常用、最簡(jiǎn)便的分類方法是按其在水溶液中的離子特性來(lái)分類。當(dāng)表面活性劑溶于水時(shí)，能夠電離成離子的，稱為離子型表面活性劑；而不能電離成離子，只能以分子狀態(tài)存在的，稱為非離子表面活性劑。離子型表面活性劑還可按所生成具有表面活性作用的離子種類，分為陰離子表面活性劑、陽(yáng)離子型表面活性劑和兩性離子型表面活性劑三種。

2.1.2.1　陰離子表面活性劑

陰離子表面活性劑（anionic surfactants，anionic surface active agents）是表面活性劑中應(yīng)用最早、最久、種類最多、用途最廣的表面活性劑，至今仍然是產(chǎn)量最高的一類表面活性劑。

陰離子表面活性劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，就是當(dāng)它溶解于水中時(shí)，與憎水基相連的起表面活性作用的親水基團(tuán)是陰離子。例如，肥皂是高級(jí)脂肪酸的鈉鹽，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為CH3—（CH2）16—COONa，當(dāng)其溶于水中時(shí)發(fā)生電離：

親水端的—COO-帶負(fù)電荷。

屬于這一類的表面活性劑有以下幾種：羧酸鹽（RCOO-Na+），如肥皂等；硫酸酯鹽（），如酰胺類和酯類的硫酸鹽、烷基硫酸鹽（脂肪醇硫酸酯）等；磺酸鹽（），如烷基磺酸鹽、烷基芳基磺酸鹽、琥珀酸酯磺基衍生物等；膦酸酯鹽（）。

國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的商品有肥皂、太古油（土耳其紅油）、拉開(kāi)粉、滲透劑M、滲透劑OT、擴(kuò)散劑NNO、胰加漂T、209洗滌劑、雷米邦A(yù)、凈洗劑LS、601洗滌劑、合成洗滌劑、烷基苯磺酸鈉、脂肪醇硫酸鈉等。其中十二烷基苯磺酸鈉是合成洗滌劑最主要的品種之一。

陰離子表面活性劑的作用，多為乳化作用、潤(rùn)濕及滲透作用、去污及凈洗作用。因此，陰離子型表面活性劑在麻的脫膠、絹紡原料的精練、羊毛的洗滌、炭化工程以及經(jīng)紗上漿工程中都有廣泛的應(yīng)用，不過(guò)在使用中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

①陰離子表面活性劑對(duì)堿性染料有中和、沉淀作用，因?yàn)閴A性染料具有陽(yáng)離子，所以不能和堿性染料共用；

②對(duì)陽(yáng)離子型表面活性劑有中和、沉淀作用，因此也不能和陽(yáng)離子型表面活性劑共用；

③對(duì)纖維素纖維的親和力較小，但對(duì)蛋白質(zhì)纖維在酸性介質(zhì)中有較強(qiáng)的親和力。

2.1.2.2　陽(yáng)離子型表面活性劑

陽(yáng)離子型表面活性劑（cationic surfactants，cationic surface active agents）的應(yīng)用歷史、應(yīng)用范圍及其種類都不及陰離子型表面活性劑，但它所具有的特殊功能也是其他表面活性劑所不能及的，因而陽(yáng)離子型表面活性劑近年來(lái)發(fā)展較快。

陽(yáng)離子型表面活性劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，就是當(dāng)其溶解于水中時(shí)，發(fā)生電離，與憎水基相連的起表面活性作用的親水基團(tuán)是陽(yáng)離子。陽(yáng)離子型表面活性劑主要有高級(jí)烷基胺鹽型和季銨鹽型，其中季銨鹽型應(yīng)用較廣。

例如，烷基三甲基溴化銨，在水溶液中電離：

其親水端—N+（CH3）3帶正電荷。

陽(yáng)離子型表面活性劑具有乳化、纖維柔軟、抗靜電和殺菌等作用，可用于織物的特種整理和印刷的潤(rùn)濕液，也可作為織物防霉防蛀整理劑，防縮、防皺、抗菌衛(wèi)生整理劑和抗靜電劑等。例如，對(duì)錦綸、滌綸、腈綸等合成纖維有良好消除靜電作用的抗靜電劑SN（十八烷基二甲基羥乙基銨硝酸鹽），即屬于季銨鹽型陽(yáng)離子型表面活性劑。在市場(chǎng)上常見(jiàn)的商品有1631表面活性劑、1227表面活性劑、索羅明A、薩帕明A、抗靜電劑SN、抗靜電劑TM等。

在使用中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

①對(duì)直接染料、酸性染料有沉淀作用，因?yàn)檫@兩種染料均具有陰離子，所以不能與這兩類染料共用，但可作為固色劑，提高這兩類染料的濕處理牢度；

②不能與陰離子表面活性劑共用，否則有沉淀作用，降低兩者的表面活性；

③對(duì)纖維素纖維有較強(qiáng)的親和力，在中性和堿性介質(zhì)中對(duì)蛋白質(zhì)纖維亦有較強(qiáng)的親和力。

2.1.2.3　兩性離子型表面活性劑

兩性型表面活性劑（zwitterionic surfactants，amphoteric surface active agents）是指在一個(gè)分子結(jié)構(gòu)中同時(shí)具有兩種離子性質(zhì)的表面活性劑。這兩種離子的組合可能有三種情況：

①陰離了和陽(yáng)離子組合，如。

②陰離子和非離子組合，如 R—P（CH2—CH2—O）nS。

③陽(yáng)離子和非離子組合，如。

酒精（CH3—CH2—OH）是一種特殊分子結(jié)構(gòu)的兩性型表面活性劑，烴基表現(xiàn)為非極性，而羥基則表現(xiàn)為極性。在分類中把它分為非離子表面活性劑，在膠印印刷中作為潤(rùn)濕液的主劑，具有很好的對(duì)印版表面潤(rùn)濕的作用。

實(shí)際上，通常所說(shuō)的兩性離子型表面活性劑是指親水基團(tuán)是由陰離子和陽(yáng)離子結(jié)合在一起的表面活性劑。通常兩性離子型表面活性劑中，陽(yáng)離子部分是胺鹽和季銨鹽，陰離子部分是羧酸鹽、磺酸鹽和硫酸鹽，其中以羧酸鹽陰離子和季銨鹽陽(yáng)離子構(gòu)成的應(yīng)用較廣。例如，二甲基十二烷基甜菜堿可用作洗滌劑、縮絨劑、染色助劑、纖維柔軟劑和抗靜電劑等。

兩性離子型表面活性劑與一般的陰離子型、陽(yáng)離子型和非離子型表面活性劑不同之處就在于，兩性離子型表面活性劑中兩種離子的強(qiáng)度往往不同，在不同的介質(zhì)條件下可以表現(xiàn)為陰離了型特性，也可以表現(xiàn)為陽(yáng)離子型特性。當(dāng)溶液處于酸性介質(zhì)條件下，兩性離子型表面活性劑中陰離子的數(shù)量多，表現(xiàn)為陰離子型表面活性劑。由于兩性離子型表面活劑的分子中有兩種電性相反的離子性基團(tuán)，而在不同的介質(zhì)條件下既可表現(xiàn)為陽(yáng)離子性，也可表現(xiàn)為陰離子性，因此，兩性離子型表面活性劑與蛋白質(zhì)一樣，也具有等電點(diǎn)（isoelectric point）。當(dāng)溶液處于等電點(diǎn)的介質(zhì)條件下，兩性離子型表面活性劑表現(xiàn)為非離子型表面活性劑。不同結(jié)構(gòu)類型的兩性離子型表面活性劑的等電點(diǎn)如表2-1所示。利用兩性離子型表面活性劑具有等電點(diǎn)的特性，可對(duì)羊毛實(shí)施等電洗滌，亦可對(duì)絹紡原料進(jìn)行等電精練，也可對(duì)印刷使用的潤(rùn)濕液濃度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以利于充分發(fā)揮其潤(rùn)濕作用。

兩性離子型表面活性劑有以下特性：

①能和任何類型的表面活性劑混合使用，在酸性、堿性溶液中均可分散溶解并呈現(xiàn)良好的表面活性；

②兩性離子型表面活性劑除具有一般表面活性劑的潤(rùn)濕、乳化、洗滌等作用外，還有良好的殺菌作用，且毒性極小，對(duì)皮膚的刺激性輕微，故可用于食具殺菌、洗滌；

③耐硬水，即使在多價(jià)金屬離子存在的情況下仍具有良好的洗滌性能。

2.1.2.4　非離子型表面活性劑

非離子型表面活性劑（nonionic surfactants，nonionic surface active agents）是使用范圍僅次于陰離子型表面活性劑的一大類表面活性劑。非離子型表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)與離子型表面活性劑一樣，也是由親水基和疏水基兩部分組成。但其親水基是在水中不電離的羥基和醚鍵組成。屬于這一類的表面活性劑主要有聚氧乙烯型和脂肪酸多元醇型兩類。

在市場(chǎng)上常見(jiàn)的有：平平加O、乳化劑OP、乳化劑EL、Tx-10、柔軟劑SC、柔軟劑1014、滲透劑JFC、尼凡丁AN、凈洗劑JU、凈洗劑105、凈洗劑6501，以及司盤（Span）、吐溫（Tween）等。

非離子型表面活性劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，就是在水溶液中不起電離作用，因此對(duì)各種纖維均無(wú)親和力。所以，用后容易洗滌清潔印版，并且可與陰離子型或陽(yáng)離子型表面活性劑混用，而不影響其表面活性。

非離子型表面活性劑通常具有乳化作用、滲透作用及洗滌作用。其特點(diǎn)：

①對(duì)各種纖維一般無(wú)親和力；

②極易溶解于水，對(duì)酸、堿作用較穩(wěn)定；

③可與各種類型的表面活性劑共用。