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什么是表面活性剂,它们如何影响表面张力?

什么是表面活性剂,它们如何影响表面张力?

在最近的文章中,我们讨论了什么表面张力和表面能量是。制造商需要熟悉这些概念,因为通过固体材料的表面能测量控制表面质量是确保高性能粘合和涂层的最预备的方法。用于控制表面张力的工具箱中的一个重要工具是称为表面活性剂的化合物类别。它们几乎普遍发现在清洁剂,涂料,油墨,润滑剂,粘合剂和化妆品中:表面活性剂的一个重要特征是它们可以帮助异种物质混合(如油和水)。表面活性剂非常有用和有益......直到它们出现在您可能不希望它们的地方!

创造和维护化学清洁表面是在许多情况下建造可靠产品的重要组成部分。例如,汽车发动机块与硅胶密封剂组装。如果表面在施加密封胶之前没有化学清洁,则发动机会将油泄漏到您的车道上。化学清洁度通过仔细监测和控制的水性清洁方法可以实现密封表面。这些方法取决于表面活性剂,使污染物可溶于清洁溶液中。然而,如果表面活性剂未通过漂洗步骤完全除去,则最终效果是我们刚刚用新的土壤和污染物用新的土壤和污染物取代,该污染物也将抑制密封剂粘附性:残留的表面活性剂。

有时,化学上干净的表面是我们制造成功所需要的全部。然而,在许多应用中,我们需要通过表面处理进一步工程表面,以获得理想的性能,如耐腐蚀或涂层或粘合剂的强而持久的附着力。这些表面上残留的表面活性剂的存在会阻碍表面处理的成功。

对于墨水,涂料和粘合剂正常工作,它们必须在它们应用的表面上传播。这要求油墨,涂料或粘合剂的表面张力低于基板的表面能。(这只是另一种说明涂料中的分子,粘合剂或墨水中的分子需要比彼此更强烈地吸引到表面上)。我们可以通过添加表面活性剂控制涂层或粘合剂的表面张力。

表面活性剂与表面张力直接相关,并在粘附过程中发挥非常重要的作用。但是,他们如何工作以及制造商如何确保表面活性剂在不扰乱制造化学清洁表面的工作情况?

通过查看表面活性剂,它们对表面张力的影响以及如何识别它们在我们的材料表面上时,我们可以利用这些强大的制造工具来创建可以保证高性能产品的清洁表面。

什么是表面活性剂?

表面活性剂在最基本的是旨在减小液体的表面张力的物质。对于制造过程中的许多操作,液体需要散布和润湿表面。将表面活性剂添加到涂层或洗涤剂中降低了液体的表面张力,从而将其流动更多,覆盖整个表面。例如,通常将表面活性剂添加到杀虫剂中,以确保物质完全散布在叶子的整个表面上而不是植物的一小部分。这允许杀虫剂最大效果。

提醒一下,表面张力是存在于液体表面的分子对彼此的吸引力。对液体表面张力的修改是决定固体表面和液体之间的结合性能的一个因素。

重要的是要记住,液体的组成部分会影响该液体的表面张力和其施加的材料的表面能,必须以使表面活性剂添加到等式中的方式。为了确保强键,液体和固体表面必须化学相容。

表面活性剂表征

我们可以通过两个主要特性来描述表面活性剂,以便在适当的程度上使用它们。

表面活性剂唯一最重要的特性是它将表面张力降低到所需水平的量。这种理想量的表面活性剂称为临界胶束浓度(CMC)。粘合剂、涂层和洗涤剂的配方人员需要确切地知道,一旦液体接触到固体表面,需要多少表面活性剂才能达到所需的润湿效果。

第二种特征包括与其如何符合应用需求的表面活性剂的所有性质。任何时候将化合物都被引入制造过程中,制造商必须考虑的后果。表面活性剂可以做到这项工作并减少表面张力,但它有什么其他影响的过程?在使用任何表面活性剂之前,需要理解其对表面张力的直接影响,例如对人类或环境的可能性的可能性。

表面活性剂如何降低表面张力?

表面张力基于如何吸引给定液体中的分子彼此的吸引力高或低。液体,如水,具有高表面张力,因为分子非常强烈地吸引彼此。表面活性剂分子彼此具有弱吸引力。当表面活性剂被引入像水的液体时,一些表面活性剂分子迁移到水的表面。这在该水/表面活性剂化合物的表面上产生了一层弱吸引分子。该液体的表面张力低于水仅是水。

表面活性剂以液态形式存在的表面活性剂分子胶束即表面活性剂分子的小束聚集。这使得某些物质可以溶解在液体中,否则它们就不能溶解。这就是洗涤剂的工作原理。洗涤剂所在的水表面的表面活性剂分子使它分散开来,然后胶束使它能够去除水不能单独处理的油和蜡。液体中表面活性剂分子不再形成胶束的点是CMC,这是前面提到的向液体中引入理想数量的表面活性剂的点。

表面活性剂如何影响制造过程?

在制造过程中,任何一步都提供了积极或消极改变材料表面的机会,即使我们只是在分子级谈论,该步骤称为关键控制点(CCP)。任何与这些CCP中的一种材料表面接触的物质都可能是污染物。

当我们用洗涤剂清洁表面来制备粘合剂粘合,涂漆或印刷时,我们需要使用彻底的冲洗循环完成洗涤过程。如果我们不从表面上除去所有表面活性剂,我们会留下一层薄的低表面张力污染物,可以干扰涂料的粘附或表面上的涂层。

帮助清洁我们材料表面的表面活性剂现在对我们的粘合过程变得有害。

许多单级垫圈或漂洗阶段保持不足或不足的垫圈,留在部件表面上的表面活性剂薄膜。零件看起来干净,但是当试图用粘合剂或涂层粘合到它时,物质的薄膜可以干扰部件的性能。

A common cleanliness test in manufacturing is the water break test, which is done by pouring water over a surface and watching whether it sheets off the surface uniformly, as it presumably would on a clean surface, or if the water breaks and doesn’t fully coat the surface due to a contaminant on the surface. In our experience at BTG Labs, we’ve seen this extremely subjective test used in many industries. We’ve even目睹了技术人员,谁使用该测试作为其主要表面质量检测,故意用表面活性剂喷涂材料表面,使水将截止并“通过”防水试验。

他们可能没有意识到他们正在破坏附着性能,但是这样污染他们的表面会对最终产品的可靠性产生非常实际的影响。

为了证明这一点,考虑一下当你在洗碗机的清洗循环中加入漂洗剂时会发生什么。洗碗机里的自来水不纯净。水渍是盘子干燥前形成水滴后留下的非水“物质”。漂洗辅助剂主要是在漂洗过程中释放的表面活性剂。这些表面活性剂降低了水的表面张力,所以它会“剥离”盘子和餐具,形成一层薄膜,而不是离散的水滴。当薄膜干燥时,那里仍然有非水的“物质”,但它以均匀的薄膜分布,不再是讨厌的、没有吸引力的水点。但是现在,你的盘子表面可能还剩下一种非水成分:表面活性剂。如果你用一个用这种方法清洗的杯子,并试图为你的早上拿铁搅拌一些泡沫牛奶,那么你可能很难让它产生泡沫。任何残留在杯子里的表面活性剂都会降低牛奶的表面张力,而且不管你怎么努力,牛奶都不会起泡。

你如何知道表面是否存在表面活性剂?

好吧,如果你的牛奶不泡沫,这是一个非常好的指标。但是,如果您需要确定制造过程中的表面是否被使用水的表面活性剂污染。

当你在干净的表面上放一滴水时,下降迅速地展开,发出低接触角,然后停止。当你放一滴水时,它在它上有薄膜薄膜,水将继续蔓延几秒钟。水滴吸收表面活性剂在表面上,水的表面张力随着它的涂抹而降低,导致它在通常停止后继续蔓延。

表面分析师-5001湿润 - 分析 - 失败

在没有表面活性剂的干净表面上,一滴水将简单地接触,潮湿,然后停止移动。在通常停止之后散布水滴的量取决于表面活性剂的量。

表面活性剂在制造过程中起着重要的作用,它有助于表面的化学清洁,并为粘接或涂层做好准备,但当它们在清洗过程后被遗留下来时,它们就成为制造商的主要责任。表面活性剂通过改变液体表面的分子组成来降低表面张力,但它们也可以改变表面的组成,这些表面需要粘合剂或涂料来与它们紧密结合,而不会滑落或导致不一致而破坏结合强度。

表面分析师拥有专利的润湿分析软件功能,配备了制造商能够立即检测到表面上表面活性剂的存在和量。确保每个CCP都没有有助于粘附失败或损害产品性能的风险。表面分析师提供了一种清晰,决定性和快速的方法来减轻在制造过程中使用必要的表面活性剂的风险。

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