磷化处理技术教案（3）

  5、表面活性剂

表面活性剂又叫界面活性剂。狭义上讲是指在很低含量时就能显著的降低水的表面张力的物质称为表面活性剂。广义上是指凡是能够使体系的表面状态发生明显变化的物质，都称之为表面活性剂。

表面活性剂的分子是由易溶于油的亲油基和易溶于水的亲水基俩种集团所组成。亲油基以长的碳氢链为代表。而亲水基团是极性的基团，如羟基、羧基、氨基、磺酸基和醚基等为代表。这俩种基团的不同亲和力各自独立作用而又同时发生。这种特点，使液体表面发生许多性能上的变化，表现在表面或界面上的吸附，表面力与界面张力的降低及润湿、净洗、分散增溶、乳化、润滑等性能上。

表面活性剂的亲油基结构上的差别较小，一般是由长链烃构成，包扩下列结构：

1） 直链烷基（C8~C20）

2） 支链烷基（C8~C20）

3） 烷基苯基（烷基碳原子数为8~16）

4） 烷基萘基（烷基碳原子数为3以上）

5） 松香衍生物

6） 高相对分子质量聚氧丙烯基

7） 长链全氟（或氯代）烷基

8） 全氟聚氧丙烯基（低的相对分子质量）

9） 硅氧烷基等

他的亲水基部分的基因种类繁多，差别较大。表面活性剂性质的差异除与烃基大小、形状有关外，还主要与亲水基的不同有关。因而表面活性剂的分类一般是以其亲水基团的结构为依据，即按表面活性剂溶于水时的离子类型来分类，可分为四大类：阳离子型、阴离子型、俩性型和非离子型。在工业生产中用阴离子型和非离子型俩类。

表面活性剂的亲水基亲油基的强弱与其润湿、洗涤、乳化性有关系，主要表现在HLB值上及临界胶束浓度(CMC)。

临界胶束浓度是指表面活性剂形成胶束的***低浓度。当在水中加入少量表面活性剂时，为使亲油基团不被水分子排斥，他的极性基倾向于留在水中，而非极性基倾向于翘出水面，造成表面活性剂分子在水面整齐的取向排列，不在是原来纯水的表面，因而水溶液的表面张力下降，当表面活性剂浓度增加到一定值时，表面不能再容纳更多的表面活性剂分子，表面浓度达到***大值时，表面张力达***小值，此时多余的表面活性剂分子转向液体内部，出现成团结构。亲油基向里，亲水基向外，以减少亲油基与水的接触面积，这种成团结构称为“胶束”。开始形成胶束的浓度称为临界胶束浓度（CMC）。大于临界胶束浓度时，溶液中犹如添加了许多“袋子”，把不溶的油污装入“袋子”，产生增溶作用。CMC越小，表面活性越大，而CMC的大小与结构有关，与双亲程度有关：

1） 憎水基链越长，越易形成胶束，CMC越小。

2） 亲水基越强，电荷越多，静电排斥力越大，越不易形成胶束，CMC越大。故CMC值顺序是：离子型>俩性型>非离子型 一般表面活性剂CMC值都很低，其质量分数大多在0.02%~0.4%范围内。使用表面活性剂时，一定要保证他的浓度大于CMC，才能充分发挥其性能。

表面活性剂有着润湿、乳化、增溶、起泡、絮凝等多种作用，要使表面活性剂起到某一种作用，就须***选出一种合适的表面活性剂来使用，可以借助HLB值来考虑。HLB值的概念是：

HLB=亲水基的亲水性/亲油基的亲油性

HLB值与表面活性剂性质的关系

一般说来，HLB值越大，亲水性愈强，即在水中的溶解性愈好。按表面活性剂在水中的溶解情况，可以估计HLB值如下：

表面活性剂在水中的溶解情况 HLB值范围

在水中不分散 1~4

少量分散 3~6

强烈搅拌后成乳状分散 6~8

稳定的乳状分散 8~10

半透明至透明分散 10~13

透明溶液 13

根据金属表面油污及油脂的HLB值，选用恰当的乳化剂，和清洗剂进行脱脂，则能脱出的干干净净。

泡沫及消泡

含有表面活性剂的脱脂液的表面张力很低，界面能小，因而当空气混入到溶液中，表面活性剂分子就按照一定的顺序排列吸附于气液界面上，使形成的气泡具有一定的黏度而趋向稳定，大量的气泡仅以薄层液膜分开而大量聚集就形成泡沫，适量的泡沫有帮助悬浮油污的作用，对脱脂起里见解的作用。但如果泡沫过多，就会冒出清洗机，不但污染场地，而且造成脱脂液流失，液面降低，而液面降低和泡沫过多，都会使喷射泵不能正常运行，影响喷射压力和流量，甚至无法工作。因此须***控制泡沫的含量。在脱脂剂的配方中，消泡主要从俩方面入手：添加消泡剂或靠调整配方消泡。常用的消泡剂都是易在气泡表面铺展的液体。消泡剂在气泡膜液面铺展时，会带走邻近表面层的液体，使液膜局部变薄，于是液膜破裂而达到消泡的目的。一般情况下，消泡剂在表面铺展越快，消泡作用就越强，能在表面铺展，起消泡作用的液体，大多数表面张力都较低，易于吸附于溶液表面，易于铺展，一方面带走表面液体，另一方面。取代了表面膜中的起泡剂分子，使气泡破裂。常用的消泡剂有：

1） 醇类 低级醇消泡持久性较差，挥发后就无消泡作用，高级醇（如辛醇、壬醇）较丁醇、乙醇等低级醇好，但使用时需不断添加。更高级的醇（如油醇），具有非常有效的消泡作用，他不挥发，但也不水溶，需要溶于较低的额醇中一起添加。

2） 磷酸脂类 如磷酸三丁脂，消泡效果也不持久。

3） 硅油类 表面张力极低，易于在溶液表面铺展，是非常有效的消泡剂。使用浓度低，只要百万分之几十就见效果。缺点是价格贵，而且水后清洗不******，会影响涂层的外观和附着力。

4） 聚醚类 目前使用***广泛的一种，是良好的消泡剂，并能抑制泡沫再产生。被广泛的应用在前处理线上。

5） 挥发性的石油溶剂 如松香水或煤油， 其加入量为清洗溶液质量分数的0.02~0.1%，当这些溶剂挥发时，泡就破灭。这种消泡剂也是不能持久。

6） 某些防锈油及石油副产品

含有表面活性剂的碱性脱脂剂使用***广泛，其脱脂效率也很高，常常把碱性无机物（碳酸钠、硅酸钠、聚合磷酸钠等）称为助洗剂。助洗剂的助洗作用来自于：

1） 降低表面活性剂的胶束浓度，提高表面活性剂的活性。

2） 增加溶液的碱性，以利于中和酸性污物或使动植物油脂皂化。

3） 许多碱性助洗剂能起到软化硬水的作用，特别是磷酸盐和硅酸盐的效果更好。

4） 有的助洗剂在溶液中分散形成胶体，起着吸附、悬浮和分散污物的作用。

5） 表面活性剂的增强或胶体物质的形成，都产生防止污物再附着的作用。