表面活性剂的润湿性能
一、润湿功能
例子：水润湿玻璃，加入表面活性剂润湿容易；水滴在石蜡上，石蜡几乎不被润湿，加入少量表面活性剂石蜡就容易被润湿了；较厚的毛毡或棉絮放入水中，很难渗透，加入一些表面活性剂就容易浸透了。
表面活性剂具有渗透作用或润湿作用
所谓润湿是指一种流体被另一种流体从固体表面或固液界面所取代的过程。
润湿过程往往涉及三相，其中至少两相为流体。
1.润湿过程润湿作用是一个过程。
润湿过程主要分为三类：沾湿、浸湿和铺展。
产生的
条件不同。
其能否进行和进行的程度可根据此过程热力学函数变化判断。
在恒温恒压条件下可方便使用润湿过程体系自由能变化表征。
（1）沾湿主要指液-气界面和固-气界面上的气体被液体取代的过程，在此过程中消失的固-气界面的大小与其后形成的固-液界面的大小是相等的。
如喷洒农药，农药附着于植物的枝叶上。
沾湿附着发生条件：△G A=γSL-γSG-γLG＜0
W A=γSG-γSL+γLG≥0 （沾湿）
式中：γSG、γSL和γLG分别为气-固、液-固和气-液界面的表面张力
（2）浸湿浸湿是指固体浸入液体的过程，原有的固气界面空气被固液取代。
如洗衣时衣物泡在水中；织物染色前先用水浸泡过程
浸湿发生条件：△G i=γSL-γSG≤0
W i=γSG-γSL≥0 （W i：浸湿功）
（3）铺展液体取代固体表面上的气体，固-气界面被固-液界面取代的同时液体表面能够扩展的现象。
铺展发生条件为：△G S=γSL+γLG-γSG≤0
S=γSG-γSL-γLG≥0 （S：铺展功）
一般，若液体能够在固体表面铺展，则沾湿和浸湿现象必然能够发生。
从润湿方程可以看出：固体自由能γSG越大，液体表面张力γLG越低，对润湿越
γ
LG COS θ γSG θ S γSL 有利。
2. 接触角和润湿方程（杨氏方程）
接触角：固、液、气三相交界处自固-液界面经过液体内部到气液界面处的夹角。
接触角与固-液，固-气和液-气表面张力的关系可表示为： γSG -γSL =γLG COS θ 杨氏方程 COS θ=（γSG -γSL ）/γLG
加入表面活性剂，γLG ↓ γSL ↓ COS θ↑ θ↓
θ＞90°不润湿 θ＜90°润湿 θ越小润湿越好 θ=0°或不存在→铺展
将杨氏方程代入W A W i S
W A =γLG （1+ COS θ）≥0 θ≤180° W i =γLG COS θ ≥0 θ≤90° S =γLG （ COS θ-1） ≥0 θ≤0° 纤维特性
2r γSG =γSL +γLG COS θ θ前进接触角
由于液体表面曲率，液体在毛细管中提升力大小 L 为2πr γLG COS θ。
其值等于液柱重力πr 2
△P （压强）
液体进入毛细管产生压强为：
△ P=2πr γLG COS θ/πr 2
=2γLG COS θ/r=2（γSG -γSL ） /r
COS θ为正值，θ＜90°，△P 才能为正值，液体润湿毛细管。
加入表面活性剂γSG ↓→COS θ↑；θ＞0°，△P 取决于γSG -γSL ，γSG 不变，γSL ↓ △P ↑有利于毛细管润湿。
3. 表面活性剂润湿作用
表面活性剂具有双亲分子结构，纯移在界面发生定向吸附，降低液体的表面张力→导致润湿作用
（1） 在固体表面发生定向吸附
硅酸盐矿物
表面活性剂在固体表面吸附状态是影响表面 特性的重要因素。
（2）提高液体的润湿能力
水不能在低能固体铺展，加入表面活性剂，降低水表面张力 γLG ，使其润湿固体的
表面。
4. 影响润湿作用的因素
（1） 温度 一般来说温度↑，润湿性能↑。
高温下短链表面活性剂润湿性能不如长链表面
活性剂。
（原因：温度↑长链表面活性剂溶解度↑）；低温下短链表面活性剂润湿性能好于长链表面活性剂。
非离子表面活性剂，温度接近浊点，润湿性能最佳 % OP-15： 25℃ 润湿性能50s 70℃ 润湿性能17s
（2） 表面活性剂浓度
c ＜cmc 润湿时间对数与㏑c 呈线性关系。
㏑c ↑润湿性能↑ 原因:c ＜cmc 表面活性剂未达到饱和吸附,增加润湿性能浓度需要大些
c ＞cmc 不再呈线形 。
浓度对固/液界面吸附影响不大，故一般浓度略高于cmc 即可
（3） 分子结构
a. 疏水基：直链烷烃亲水基在链末端，直链碳原子数为C 12-C 18润湿性能最佳；相同亲水
基团，随C ↑ HLB ↓ HLB ：7-15润湿性能最佳，例如烷基硫酸酯R-OSO 3Na R 为C 12-C 14润湿性能最佳；直链烷基苯磺酸钠以C 10润湿性能最佳；支链烷基苯磺酸钠润湿性能较直链好，其中以2-丁基辛基最有效；磷酸酯盐以烷基为双亲基的润湿性能最好。
b. 亲水基：亲水基在分子中间者的润湿性能比末端的好，如琥珀酸二异辛酯磺酸钠结构、
渗透剂OT ；
非离子表面活性剂：R ：C 7-C 10润湿能力最佳， EO 不同润湿性能也有变化 C 8-C 9 EO=10-12润湿能力最佳
EO ＞12润湿能力急剧变差 EO 较低润湿性能也差
聚丙二醇环氧乙烷加成物，EO 使用分数为40-50%为好
当聚丙二醇相对质量约为1600最好
5. 润湿剂
分子结构要求：①碳氢链应具有分支结构
②亲水基应位于长链碳的中部
目前，润湿剂主要有阴离子和非离子型表面活性剂
（1） 阴离子型润湿剂
烷基苯磺酸盐3Na a-烯烃磺酸盐 a-烯烃经磺化制得 ① 磺酸盐型 琥珀酸酯磺酸盐 琥珀酸单酯磺酸盐
高级脂肪酰胺磺酸盐 C 17H 33CH 2SO 3Na
烷基萘磺酸盐 ② 硫酸盐型 R-OSO 3Na
③羧酸盐型 R-COOH 如：硬脂酸钠月桂酸钠
④磷酸酯以磷酸单酯为主C9H19（CH2CH2
（2）非离子型润湿剂
①烷基酚聚氧乙烯醚（CH2CH2
②脂肪醇聚氧乙烯醚R-O（CH2CH2
③失水山梨醇聚氧乙烯醚单硬脂酸酯
④聚氧乙烯-聚氧丙烯嵌段共聚物H（OCH2OCH22
6.纤维加工渗透剂要求
强碱性丝光用的渗透剂
弱碱性一般煮练用的渗透剂
pH 接近于中性树脂加工、退浆及抗菌整理加工用渗透剂弱酸性次氯酸漂白用渗透剂
强酸性碳化（carbonization）用渗透剂
强碱性渗透剂不能带酯基（COOR）。
如渗透剂OT（原因是化学反应）
强酸性渗透剂不能用硫酸酯基型表面活性剂。
如C12H25OSO3Na在强酸性条件下会分解为十二醇与硫酸
溶液的pH和渗透剂种类的关系
中性——碱性用阴离子渗透剂较好 中性——酸性用非离子渗透剂较好
（1阴离子型: 渗透剂OT C 4922
C 43Na
十二烷基苯磺酸钠C 3Na
十二烷基硫酸钠C 12H 25OSO 3Na 拉开粉
油酸丁酯硫酸钠CH 3(CH 2)7COOC 4H 9
非离子型：OP-7,OP-10 壬基酚聚氧乙烯醚
TX-7辛基酚聚氧乙烯醚
酶退浆：一般用非离子，OP 类较多，因阴、阳离子对酶有影响 树脂整理、次氯酸钠漂白：一般用非离子型，TX-10类较多 （2）适用于强酸性液的渗透剂：以非离子型为主
（3）适用于强碱性液的渗透剂：5-10个碳原子低烷基磺酸盐或硫酸酯盐；阴离子渗透剂；
另外，目前开发的磷酸酯类。
渗透力测定：沙袋沉降法和帆布沉降法
① 润湿时间
② 沉降时间（润湿后，开始沉降至沉降到底部的时间）。