表面活性剂的HLB值、溶解性与温度的关系

1.表面活性剂的HLB值与应用关系

表面活性剂分子是同时具有亲水基和亲油基的两亲分子，不同类型的表面活性剂的亲水基和亲油基是不同的，其亲水亲油性便不同。表面活性剂的亲水性可以用亲水亲油平衡值(hydrophile and lipophile balance ,values,HLB)来衡量，HLB值是表示表面活性剂亲水性大小的相对数值，HLB值越大，则亲水性越强；HLB值越小，则亲水性越弱，亲油性越强。

表面活性剂的HLB值直接影响到它的性质和应用。在应用时，根据不同的应用领域、应用对象选择具有不同HLB值的表面活性剂。例如，在乳化和去污方面，按照油或污的极性、温度的不同选择合适HLB值的表面活性剂。表1-2列出了具有不同HLB值表面活性剂的适用场合。

表1-2  表面活性剂的HLB值与应用关系

不同类型的表面活性剂，HLB值可能不同，根据应用的需要，可以通过改变表面活性剂的分子结构得到不同HLB值的产品。对于离子型表面活性剂，可以通过亲油基碳数的增减或亲水基的种类的变化来调节HLB值；对于非离子型表面活性剂，则可以采取一定亲油基上连接的环氧乙烷链长或经基数目的增减来细微地调节HLB值。表面活性剂的HLB值可以由计算得到，也可以测定得出。常见的表面活性剂的HLB值可以从有关手册或著作中查得。

2.表面活性剂溶解性与温度的关系

离子型表面活性剂低温时在水中的溶解度一般较小。如果增加表面活性剂在水溶液中的浓度，达到饱和状态，表面活性剂便会从水中析出。但是，如果加热水溶液，溶解度将会增大，当达到一定的温度时，表面活性剂在水中的溶解度会突然增大。这个使表面活性剂在水中的溶解度突然增大的温度点叫克拉夫特点(Krafft point)，也称为临界溶解温度。这个温度相当于水和固体表面活性剂的溶点，故临界溶解温度为各种离子型表面活性剂的特征常数，并随烃链的增长而增加。

而非离子型表面活性剂(特别是聚乙二醇型)与离子型表面活性剂正好相反，在低温时易与水混溶，将其溶液加热，达到某一温度时，表面活性剂会析出、分层，透明的溶液会突然变浑浊，这一析出、分层并发生浑浊的温度点叫该表面活性剂的浊点(cloud point)。这一过程是可逆的，温度达到浊点时乳浊液形成，降温时透明溶液又重现。浊点是非离子型表面活性剂的特征常数。

聚乙二醇型表面活性剂之所以存在浊点，是因为聚乙二醇型非离子表面活性剂的亲水是依靠其亲水基中的醚键与水形成氢键而实现的。氢键结合较松散，不稳定，受温度的影响较大，升高温度，分子的运动加剧，达到一定程度，氢键便断裂，溶解的表面活性剂会析出，溶液变浑浊；降低温度至浊点以下，氢键又恢复，溶液便又变透明。

对于应用而言，克拉夫特点是一个下限温度，而浊点是一个上限温度。

3.表面活性剂的功能与表现形式主要发挥的作用

表面活性剂分子由于存在独特的两亲结构而具有降低表面张力、产生正吸附现象等诸多功能，例如具有乳化、破乳、起泡、消泡、洗涤、分散、凝聚、抗静电和润湿等功能。这些使得表面活性剂在应用中有很多表现形式，可以发挥特别的作用。

4.接触角与润湿的关系及润湿作用

固体表面与液体接触时，其表面能趋于减小，固体(或液体)表面上的气体被液体取代的过程称为润湿。

一滴液体滴在一个水平放置的光滑固体表面上，往往呈现如图1-9所示的两种形态。以接触角θ表示润湿性，通常将θ=90o作为润湿与否的标准。θ>90o为不润湿，θ＜90o为润湿。θ越小润湿越好，接触角接近于零叫作铺展。如水滴与玻璃的接触角小于90o，而与石蜡的接触角约为110o。接触角的大小可以作为衡量润湿的直观尺度。

图1-9  接触角与润湿的关系

表面活性剂在固体表面的吸附，主要发生在高能表面，吸附的结果使高能表面变为低能表面，符合能量降低的原则。一般表面活性剂在低能表面没有明显的吸附现象，但某些特殊表面活性剂(如氟表面活性剂)也能在低能表面吸附(例如聚乙烯表面)，使其界面能降得更低。

5.表面活性剂分子在高能表面的吸附现象

表面活性剂的吸附可以看作是一种表面活性剂的界面定向作用。也就是说，表面活性剂的双亲分子吸附于固体表面上，形成在界面定向排列的吸附层，此时表面活性剂的亲水基朝向固体，疏水基朝向气体，如图1-10所示。

图1-10  表面活性剂分子在高能表面的吸附

降低界面能这一方法经常用于高能表面，以达到防水、抗黏的目的。能降低高能表面润湿性的表面活性剂主要有：重金属皂类、高级脂肪酸类、有机胺盐类、有机硅表面活性剂、氟表面活性剂等，其中硅化合物与氟化合物作用。