表面活性剂、胶体与界面化学基础（第二版）

第1章表面张力及相关的界面现象/ 1
1.1表面张力1
1.1.1范德华引力和表面张力2
1.1.2表面张力的热力学本质——表面过剩自由能2
1.1.3影响表面张力的因素4
1.2与表面张力相关的表面现象6
1.2.1弯曲液面两侧压力差与Laplace方程6
1.2.2毛细上升与下降现象7
1.2.3液滴的形状8
1.2.4弯曲液面上的饱和蒸汽压与Kelvin方程9
1.2.5润湿、接触角与Young方程11
1.3界面张力13
1.3.1界面张力与表面张力的相关性13
1.3.2表(界)面张力的测定15
思考题20

第2章自溶液的吸附/ 21
2.1表面过剩和Gibbs吸附等温式21
2.1.1溶液的表面张力21
2.1.2Gibbs划分面和表面过剩22
2.1.3界面热力学和Gibbs吸附等温式23
2.1.4Gibbs相对过剩和界面相绝对浓度24
2.1.5多组分体系中的表面过剩和Gibbs吸附等温式27
2.2固/液界面上的吸附31
2.2.1固/液吸附的机理31
2.2.2吸附量、表观吸附量、Gibbs表面过剩和界面相绝对浓度32
2.2.3固/液吸附等温线34
2.2.4常见的固/液吸附36
2.3吸附对固体表面性质的影响及其应用39
思考题40

第3章双电层/ 41
3.1双电层理论41
3.1.1Helmholtz双电层理论41
3.1.2Gouy-Chapman 扩散双电层理论42
3.1.3Stern双电层理论48
3.2电泳与ζ电势49
3.2.1电场中离子的运动速度49
3.2.2胶体质点的ζ电势49
3.3双电层的排斥作用53
3.3.1两个平行平面间的排斥作用53
3.3.2两个球形质点间的排斥作用56
思考题57

第4章吸附和铺展单分子层/ 58
4.1吸附单分子层58
4.1.1Langmuir 单分子层吸附理论58
4.1.2吸附单分子层的状态方程59
4.2铺展单分子层63
4.2.1铺展单分子层和Langmuir膜天平63
4.2.2铺展单分子层的状态和状态方程64
4.2.3表面活性物质的不溶膜67
4.2.4铺展单分子层和LB膜68
4.2.5铺展单层的一些应用69
思考题70

第5章单一表面活性剂稀溶液的表面性质/ 71
5.1表面活性剂的分子结构特征和分类71
5.1.1表面活性剂的分子结构特征71
5.1.2表面活性剂的分类72
5.1.3特殊表面活性剂73
5.2表面活性剂的溶解特性75
5.2.1离子型表面活性剂的临界溶解温度(Krafft point)75
5.2.2非离子型表面活性剂的浊点(Cloud point)75
5.2.3影响表面活性剂水溶性的主要因素76
5.2.4表面活性剂的亲水亲油平衡77
5.3单一表面活性剂稀溶液的表面性质78
5.3.1表面活性剂在表面相的化学位和Butler方程78
5.3.2Szyszkowski、Langmuir和Frumkin方程79
5.3.3表面活性剂降低表面张力的效率和效能83
5.3.4对有关Gibbs公式的几个问题的讨论85
思考题87

第6章溶液中的自组装/ 88
6.1胶束化和临界胶束浓度89
6.1.1临界胶束浓度的定义和测定89
6.1.2临界胶束浓度与表面活性剂分子结构的相关性92
6.1.3影响临界胶束浓度的其他因素94
6.2自组装热力学97
6.2.1自组装的热力学一般原理97
6.2.2表面活性剂的胶束化热力学100
6.2.3胶束化自由能的组成102
6.2.4最佳胶束聚集数104
6.2.5胶束的形状105
6.2.6胶束形成的热效应108
6.3增溶作用110
6.3.1增溶作用的热力学基础110
6.3.2增溶物在胶束中的位置111
6.3.3影响增溶作用的因素111
6.3.4增溶作用的应用112
6.4反胶束113
6.4.1反胶束的形成、结构和推动力113
6.4.2影响反胶束形成的因素114
6.4.3水的增溶116
6.5双亲性高分子(嵌段共聚物)的自组装116
6.5.1嵌段共聚物的胶束化方法117
6.5.2嵌段共聚物的临界胶束浓度118
6.5.3嵌段共聚物的胶束化热力学118
6.5.4嵌段共聚物胶束的形态120
6.5.5影响嵌段共聚物聚集体形态的因素121
6.5.6形态转变动力学124
思考题125

第7章多组分体系中的相互作用和协同效应/ 126
7.1二元理想混合表面活性剂体系的基本规律126
7.2非理想二元表面活性剂混合体系的相互作用和协同效应129
7.2.1非理想混合体系的协同效应130
7.2.2非理想混合胶束理论130
7.2.3非理想混合吸附理论134
7.2.4产生协同效应的条件136
7.2.5影响表面活性剂分子间相互作用的因素138
7.2.6分子间相互作用与其他协同效应139
7.3无机电解质对表面活性剂性能的影响142
7.3.1无机电解质对离子型表面活性剂降低表面张力的影响142
7.3.2无机电解质对离子型表面活性剂cmc的影响143
7.3.3无机电解质对非离子型表面活性剂性能的影响143
7.4极性有机物对表面活性剂性能的影响144
7.4.1长链脂肪醇的影响144
7.4.2强水溶液极性有机物的影响145
7.4.3短链醇的影响146
7.5表面活性剂/聚合物相互作用146
7.5.1表面活性剂/中性水溶性聚合物相互作用的一些实验结果147
7.5.2相互作用模型150
7.5.3表面活性剂/聚合物相互作用的推动力152
7.5.4表面活性剂/聚合物复合物结构152
7.5.5表面活性剂/疏水改性聚合物相互作用152
7.5.6表面活性剂/聚电解质相互作用153
思考题154

第8章润湿/ 155
8.1接触角和Young方程155
8.1.1接触角的定义和Young方程155
8.1.2接触角滞后和表面粗糙度157
8.1.3动态接触角157
8.1.4接触角的测定158
8.2固体表面的润湿性159
8.2.1高能表面和低能表面159
8.2.2润湿的临界表面张力160
8.2.3动润湿160
8.3润湿的分子相互作用理论161
8.3.1Fowkes理论161
8.3.2van Oss理论163
8.3.3固体表面能的测定165
8.4毛细渗透和粉末的润湿166
8.4.1毛细渗透的理论基础——Washburn方程166
8.4.2毛细渗透法测定颗粒表面的润湿性和表面能成分168
8.5表面活性剂吸附对固体表面润湿性的影响169
8.5.1一般讨论169
8.5.2非极性低能表面170
8.6表面活性剂在固/液界面的吸附173
8.6.1吸附机理和吸附驱动力174
8.6.2单一表面活性剂的吸附175
8.6.3混合表面活性剂在固/液界面上的吸附179
8.6.4吸附等温线和理论吸附模型180
思考题181

第9章胶体分散体系及其稳定性/ 182
9.1胶体分散体系的一般性质183
9.1.1比表面积183
9.1.2质点大小与形状183
9.1.3单分散和多分散185
9.1.4光散射和Tyndall效应188
9.1.5稀分散体系的黏度192
9.2沉降与扩散及其平衡196
9.2.1重力场下的沉降和Stokes定律197
9.2.2离心力场中的沉降198
9.2.3扩散与Fick定律199
9.2.4沉降和扩散的平衡200
9.3絮凝作用201
9.3.1真空中分子间范德华相互作用202
9.3.2介质中分子间范德华相互作用206
9.3.3范德华力的结合与宏观界面现象208
9.3.4宏观质点间的范德华相互作用213
9.3.5介质中宏观质点间的范德华相互作用219
9.3.6势能曲线与DLVO理论223
9.3.7临界絮凝浓度226
9.3.8絮凝动力学228
9.4聚结作用231
9.4.1Gibbs膜弹性和Gibbs-Marangoni效应231
9.4.2聚结过程232
9.4.3聚结动力学234
9.5通过分子扩散的质点增长(Ostwald ripening)236
思考题237

第10章液/液、气/液和固/液分散体系/ 238
10.1乳状液238
10.1.1乳状液的一般性质和类型的鉴别238
10.1.2乳状液的形成240
10.1.3乳状液的不稳定过程241
10.1.4表面活性剂的作用243
10.1.5乳状液稳定的HLB-PIT理论244
10.1.6位阻排斥效应和高分子的稳定作用250
10.1.7双亲性胶体颗粒作为乳化剂252
10.1.8破乳257
10.2微乳液258
10.2.1微乳液概述258
10.2.2微乳液的形成机理260
10.2.3微乳体系的相行为267
10.2.4相转变所伴随的物理化学性质变化273
10.2.5最佳状态277
10.3纳米乳液278
10.3.1纳米乳液的形成279
10.3.2纳米乳液的液滴大小控制281
10.3.3纳米乳液的稳定性282
10.3.4纳米乳液的性质284
10.3.5纳米乳液的应用285
10.4泡沫287
10.4.1泡沫的制备和表征288
10.4.2表面活性剂的发泡、稳泡作用288
10.4.3胶体颗粒的稳泡作用290
10.4.4消泡291
10.5悬浮液297
10.5.1表面活性剂在悬浮液制备过程中的作用297
10.5.2表面活性剂在控制悬浮液稳定性方面的作用299
10.5.3表面活性剂对悬浮液流动性的影响302
10.5.4空缺絮凝作用303
10.6洗涤去污305
10.6.1去污机理305
10.6.2吸附对去污作用的影响307
10.6.3影响去污作用的其他因素310
思考题311

第11章表面活性剂在传统领域和高新技术领域中的作用原理/ 313
11.1表面活性剂在个人用品中的作用原理313
11.1.1洗涤剂313
11.1.2化妆品314
11.1.3个人卫生用品315
11.2工业和技术领域中表面活性剂的作用原理316
11.2.1纺织工业316
11.2.2食品工业318
11.2.3医药和农药319
11.2.4涂料320
11.2.5建筑业322
11.2.6矿物浮选323
11.2.7能源工业323
11.2.8电子工业和金属加工业325
11.2.9化学工业326
11.2.10制浆造纸工业328
11.2.11制革工业329
11.2.12环境保护329
11.2.13生命科学331
11.3表面活性剂与纳米技术332
11.3.1表面活性剂与纳米材料的制备332
11.3.2表面活性剂与纳米材料的分散342
11.3.3表面活性剂与纳米材料的表面修饰和改性344
11.3.4新型纳米技术与纳米材料举例346

参考文献/ 349

附录/ 350
ⅠDu Noüy环法测定表面张力校正因子f数值表350
Ⅱ滴体积法测定表面张力校正因子F数值表354
Ⅲ滴外形法测定表面张力不同S值时的1/H表355
Ⅳ一些表面活性剂的饱和吸附量(Γ∞)、分子截面积(a∞)、pc20、cmc/c20以及πcmc值357
Ⅴ一些表面活性剂的临界胶束浓度(cmc)值364
Ⅵ一些表面活性剂的胶束聚集数373
Ⅶ一些表面活性剂的HLB值375
Ⅷ乳化油相所需要的HLB值378
Ⅸ常用物理化学常数和单位换算表379