表面活性剂的性质和应用

5.1.5　表面活性剂的性质和应用

表面活性剂由于其特殊的结构，形成了一系列独特的理化性质，具有乳化、发泡、分散、破乳、增溶、润湿、洗涤等作用。我们就其在日用化学中常见的性质及其应用进行探讨。

1.乳化作用

把一种液体以极其细小的液滴（直径约0.1至数十微米）均匀分散到另一种与之不相混溶的液体中的过程称为乳化。所形成的体系称为乳状液。将两种纯的互不相溶的液体（如水和油）放在一起用力振荡（或搅拌）能看到许多液珠分散在体系中，这时界面面积增加了，构成了热力学不稳定体系。静置后水珠迅速合并变大，又分为两层，得不到稳定的乳状液。若想得到较稳定的乳状液，通常加入稳定剂，称为乳化剂。它的作用在于能显著降低表（界）面张力。由于表面活性剂分子在“液滴”，即胶束表层定向排列，使“液滴”表层形成了具有一定机械强度的薄膜，可阻止“液滴”之间因碰撞而合并。若用离子型表面活性剂，因为带同性电荷，胶束间相斥阻止了液滴的聚集。

在膏霜类化妆品中，这是一种常见的表面活性剂的作用。而在食品工业中，为了防止添加剂与溶液分层，也需要使用乳化剂。

2.发泡作用

发泡是指改变液体和气体之间的表面张力，使得混合过程中出现泡沫的现象。最典型的发泡现象就是使用洗衣粉时，用力搓洗将会出现大量的泡沫；而纯水不易起泡。能使泡沫稳定的物质为起泡剂。泡沫是未溶气体分散于液体或熔融固体中形成的分散系。气体进入液体（水）中被液膜包围形成气泡。表面活性剂富集于气液界面，以它的疏水基伸向气泡内，它的亲水基指向溶液，形成单分子层膜。这种膜的形成降低了界面的张力，而使气泡处于较稳定的热力学状态。

专家提示

洗衣粉并非泡沫越多越好

洗衣粉由于种类较多，特点各不相同，人们往往很难正确选购和使用，以至于造成浪费和影响使用效果。据专家介绍，洗衣粉主要由表面活性剂、聚磷酸盐、4A沸石、水溶性硅酸盐、酶等助洗剂、分散剂经复配加工而成。洗衣粉按其洗涤效能又可分为普通和浓缩洗衣粉。普通洗衣粉（A型）颗粒大而疏松，溶解性好，泡沫较为丰富，但去污力相对较弱，不易漂洗，一般适合于手洗。浓缩洗衣粉（B型）颗粒小，密度大，泡沫较少，但去污力至少是普通洗衣粉的两倍，易于清洗，节约水，一般适于机洗。有的消费者错误地认为洗衣粉泡沫越多越好，实际上泡沫的多少和去污力没有直接联系，泡沫的多少不是衡量洗衣粉质量、清洗程度、用量的标准。用量少、去污力强、高效低泡洗衣粉近年来在国内陆续出现，如“活力28”、熊猫牌超浓缩无泡高级洗衣粉等。这种洗衣粉由多种表面活性剂、高效助剂配制而成，功效比普通洗衣粉高四倍，无泡沫，易漂洗，可以节省洗衣粉用量，又具有较强的去污力。

3.分散作用

分散是指不溶于溶剂的固体借助表面活性剂的作用，均匀分散于溶剂中的现象。早期指甲油（如20世纪90年代之前使用的指甲油）往往由于没有恰当的分散剂，故存放过程中，其瓶子底部常出现固体粉末沉淀，一般要求摇匀使用，这是因为指甲油的主体溶剂一般是油状体或水性体，而各种美化指甲用的添加剂，如荧光增白剂、颜料等一般都为难溶于溶剂的固体。但是，在今天，因为适用的分散剂已经开发并广泛用于指甲油工业，故所使用的指甲油若在使用过程中仍然出现沉淀，这只能说明指甲油配方或质量不合格。

4.破乳作用

破乳是指使乳化体系中的油、水分层，消除乳化现象。比如为获得具有更低脂肪含量的牛奶，在牛奶中加入少量的破乳剂，使得牛奶中的脂肪破乳分层，去除油脂层后，我们就得到所需的脱脂牛奶（或低脂牛奶）。

5.增溶作用

当表面活性剂用量超过临界胶束浓度后，形成的胶束将携带其中一相的物质溶入溶剂，使得低溶解度的物质溶解度“增加”，这就是增溶。它常用于提高溶剂中一些低溶解度的助剂的含量。其作用与乳化类似，将磨细的固体微粒（粒径0.1至几十微米）分散到液体中时，加入少量的表面活性剂可增加液体对固体的润湿程度，抑制固体微粒凝聚成团的倾向，从而能很好地均匀地分散在液体中。

6.润湿作用

润湿是指固体与液体接触时，扩大接触面而相互附着的现象，是不同表面与界面张力作用的综合结果。可以用表面张力与液相夹角关系以及液相夹角θ大小来描述润湿的情况，见图5-4。比如把水滴在玻璃表面上，它很容易铺展开，在固液交界处有较小的接触角θ，当θ＝0°，称为完全润湿（如玻璃上的水膜）；然而如把水滴滴在固体石蜡上，水滴则呈椭圆球形，θ呈钝角，若接触面趋于缩小不能附着，则称不润湿；当θ＝180°时，表示液体完全不润湿固体（尚未发现有该物质）。可见，θ接触角越小，液体对固体润湿得越好；θ接触角越大，表明固体不容易被液体所润湿。倘若加入表面活性剂，改变液体的表面张力，则接触角θ随之改变，液体对固体的润湿性也就改变。能被液体所湿润的固体称为亲液性固体；反之称为憎液性固体。一般极性液体容易润湿极性固体物质。极性固体皆亲水，如硫酸盐、石英等。而非极性固体多数是憎水的，如石蜡、石墨等。当被洗涤物容易被润湿后，清洗将变得非常容易。

图5-4　表面张力与液相夹角关系图

7.洗涤作用

从固体表面除掉污渍的过程为洗涤。洗涤作用主要是基于表面活性剂降低界面的表面张力而产生的综合效应，以物理和化学并用的方法，将附着在被洗物表面上的不需要物体或者有害物体除掉，从而使被洗物表面清洁。洗涤是表面活性剂的各种作用的综合结果。污物在洗涤剂（即表面活性剂）溶液中浸泡一定时间后，由于表面活性剂明显降低了水的表面张力，故使油污易被湿润。表面活性剂夹带着水润湿并渗透到污物表面，使污物与洗涤剂溶液中的成分相溶，经揉洗及搅拌等机械作用，污物随之乳化、分散和增溶进入洗涤液中，部分还随着产生的泡沫浮上液面，经清水反复漂洗便达到去污的目的。此外，为了增加洗涤效果，我们往往在洗涤剂中添加一些功能性的助剂。

表面活性剂的理化性质与表面活性剂的用量在一定程度上是相关的。如图5-5所示，随着表面活性剂的用量的加大，水的表面张力会逐步减小，但是到达临界胶束浓度后，继续增加表面活性剂的浓度，对改变表面张力将没有明显的帮助。而表面活性剂的增溶作用则是在达到临界胶束浓度后，才开始具有并增长的。表面活性剂对污垢的洗涤能力则是伴随着表面活性剂的用量增大而逐渐增强的，当表面活性剂的用量达到临界胶束浓度后，其洗涤能力几乎达到最大，此后洗涤能力不再有明显的上升。

图5-5　表面活性剂部分理化性质与其浓度的关系曲线

生活小贴士　　　　

洗涤过程中，并不是洗涤剂用得越多，洗涤能力就会越强。因为，从图5-5我们可以知道当洗衣粉的用量达到临界胶束浓度时，洗涤能力达到最大；继续加入过量的洗衣粉，洗涤能力不会有明显的上升。这也是为什么现在市场中出售的洗衣粉往往都有建议用量，一般会建议多少公斤（或多少件）衣服使用多少洗衣粉。例如，立白的高效超浓缩无磷洗衣粉，其机洗建议用量为8～12件衣服/勺，手洗用量为5～8件衣服/勺。因此，洗衣服时并非洗涤剂越多越好，只要按照建议用量使用即可，用太多是完全没有必要的。