环境友好型表面活性剂的性能研究与应用

2019-10-30莫雨张子建马泾铎朱玲嘉

科学与财富 2019年30期

莫雨张子建马泾铎朱玲嘉

摘要：表面活性剂是一种加入少量物质就能够明显降低水的表面张力的化学试剂。表面活性剂具有两种不对称基团，一种是非极性的憎水性基团，另一种是极性的亲水性基团。表面活性剂非极性的憎水性基团可以起到防水作用，生产防水材料，应用于建筑、雨衣的制备等领域。表面活性剂极性的亲水性基团可以起到润湿作用，广泛应用于农药的研制。本文主要研究表面活性剂非极性的憎水性基团和极性的亲水性基团的性能以及应用，目前市场上大部分表面活性剂是有机化合物，其非极性的憎水性基团是8～18个碳的直链烃，对环境容易造成污染。本文通过物理改性和化学改性减弱或增强表面活性剂的润湿效果，增强防水或亲水性能。表面张力与温度呈负相关，通过升高温度的物理方法降低溶液表面张力。表面张力与表面活性剂碳链的长度呈负相关，可以通过加长表面活性剂碳链的长度的化学方法降低溶液表面张力。研究结果表明：当温度升高时，大部分液体的表面张力呈线性下降，达到临界温度时，表面张力趋近为零;每增加一个亚甲基，溶液的表面张力降低效应平均增加3.2倍。本文通过物理改性和化学改性弥补了市场上表面活性剂的缺陷，使得它的综合性能得到提升。

关键词：表面活性剂;表面张力;润湿;物理改性;化学改性

1 引言

近年来，随着科学技术的发展和国家对节能环保提出的新政策，节能环保已经成为了国内关注的热点话题。由于高性能防水材料制备技术的进步，对表面活性剂进行改良已经成为了全球关注的热点问题。防水材料是一种可以应用于全球居民的材料，影响着人们的生活。目前，国内外的防水材料主要通过表面活性剂起到防水作用。随着人们日益增长的美好生活需求，传统的防水材料的防水效果逐渐不能满足人们的需求，迫使人们对表面活性剂进行改性。

1.1 表面活性剂基团的概述

1.1.1 表面活性剂憎水性基团的概述

表面活性剂憎水性基团是由8～18个碳的直链烃组成的非极性基团，具有良好的防水效果。表面活性剂憎水性基团是亲油憎水基团，减弱润湿作用，达到防水效果。表面活性剂憎水性基团可以广泛用于生产防水材料。表面活性剂憎水性基团通过大量正吸附，使得溶液在的粒子定向排列。温度、压力、溶液的浓度以及直链烃的长度等因素对溶液的表面张力都有影响，进而影响防水材料的防水效果。

1.1.2 表面活性剂亲水性基团的概述

表面活性剂亲水性基团是极性基团，具有良好的亲水效果。表面活性剂憎水性基团可以增强润湿效果，使得水滴可以在植物表面進行铺展，可以广泛应用于农业。同表面活性剂憎水性基团一样，温度、压力、溶液的浓度以及直链烃的长度等因素对溶液的表面张力都有影响，进而影响农药的亲水的效果。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

目前，表面活性剂在各个国家的研究已经取得了较大的突破，但是表面活性剂的性能还不算理想。表面活性剂的应用领域十分广泛，主要应用于防水、亲水、去污以及乳化作用等领域。国外的科研工作者及其相关领域爱好者通过对表面活性剂的化学性质进行改性，使得表面活性剂的性能得到提高，但是防水效果还是没有达到人们的预期期望。

1.2.2 国内研究现状

中国是一个科技大国，随着中国科学的崛起，表面活性剂的研究也取得了飞跃式的突破。国内表面活性剂的研究主要集中于防水材料、农药研究去污试剂等领域，这些领域都是跟每个居民的生活息息相关，因此，表面活性剂在中国有良好的发展前景。国内表面活性剂的性能研究还不完善，需要更多的科研人员以及相关领域爱好者对表面活性剂的性能进行化学改性和物理改性，使得表面活性剂的性能更好。

2 表面活性剂的分子结构与工作机理

2.1 表面活性剂的分子结构

表面活性剂分子由非极性的憎水性基团和极性的亲水性基团组成，如下图所示：支链代表憎水性基团，圆代表亲水性基团。

2.2 表面活性剂的工作机理

液体在固体表面上可以润湿也可以不润湿，有界面张力的大小决定。如图2.2所示，以AM和AN分别代表气液界面张力γg-l和液固表面张力γl-s，气液界面和液固表面的夹角为接触角θ，根据杨氏方程可知：W=-γg-l（cosθ+1），接触角θ>900，不润湿，有利于防水;接触角θ<900，润湿，有利于亲水;接触角θ=00，全润湿，亲水性最大。

3 应用前景预测及技术经济效益分析

3.1 应用前景预测

表面活性剂的应用主要在防水和亲水两大领域。表面活性剂憎水性基团主要用于生产防水材料，防水材料影响着人们的生活，无论是建筑行业还是防水雨衣的研制，在中国都有良好的应用前景和广阔的销售市场。

表面活性剂亲水基团主要用于农药的研制，增强农药与植物表面的润湿程度，使得农药在叶子上可以进行铺展。表面活性剂亲水基团的应用主要在农业，中国是农业大国。因此，表面活性剂亲水基团在中国有与时俱进的发展趋势和十分广阔的销售市场。

3.2 技术经济效益分析

世界各国都在对表面活性剂进行改良，改良的方法参差不齐，各有各的优点和缺点。本文采用物理改性和化学改性结合表面活性剂的机理，不仅使得表面活性剂的性能显著提高，还解决了污染环境问题。因此，改性技术具有良好的经济效益，环境效益和社会效益。

4 结论

（1）通过对表面活性剂进行物理改性和化学改性，可以使得表面活性剂的性能显著提高，而且对环境不造成污染。

（2）通过化学改性对表面活性剂的影响明显大于物理改性的影响。

（3）根据杨氏方程可知：接触角θ>900，不润湿，有利于防水;接触角θ<900，润湿，有利于亲水;接触角θ=00，全润湿，亲水性最大。

参考文献：

[1]佚名.表面活性剂对表面等离子体共振分析的影响[J].实验技术与管理，2019，36（2）：89-92.