表面活性剂在材料工程中的应用
摘要：文章主要分析了工程中所要运用到的粉体材料在处理过程添加表面活性剂使其产生了改性的作用，并对其在粉碎过程、机械合金化以及其他材料的运用进行分析，以对相关人士提供一点借鉴。
关键词：粉体材料；表面活性剂；材料工程
中图分类号：TQ423 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）07-0029-02
表面活性剂在工程中被广泛的使用是由于其具有比较特殊的性能，比如渗透性、抗静电性、润湿性、增溶性等性能，人们在日常的工作和生活中也能随处可见表面活性剂的运用。随着科学技术的发展和各个行业对工程材料的要求日益提高，加上各项尖端技术的产生和运用，市场对于高性能和高附加值材料的需求日益增大，工程材料也越来越受到人们的重视。在新技术、新工艺、新方法的创新和运用中，表面活性剂被人们运用到了工程材料中，并作为一种辅助的添加剂，对材料改性作用比较明显，也备受人们的重视和使用。
1 表面活性剂在机械合金化中的运用研究
机械合金化技术是目前材料工程中一门发展速度很快的领域，通过碾磨的方式将金属元素形成粉末，将这些金属粉末放在特定的机械设备中搅拌均匀，使其充分发生物理变化，促进化学反应发生。金属元素材料表面会产生一定的活性，这些活性一方面因物理变化形成，一方面因化学反应形成。在对金属元素进行碾磨过程中应加入相应的催化剂以保证其合金化反应顺利完成，形成金属化合物，通常情况下，这种金属化合物会呈现非晶体状态，并且不会应周围外界环境变化而产生断裂现象。例如Mg-Al系列，该体系就是因为两者间的冷焊作用比较明显，极大的阻碍了合金化，利用表面活性剂分子的性能和特点使两者间的冷焊作用产生很大的抑制效果，从而确保了两者的合金化。下图就是等量的Al与Mg粉末混合经过了长达160小时碾磨，加入了一定量的烷基三甲基铵盐型表面活性剂和未加入烷基三甲基铵盐型表面活性剂碾磨粉料的X射线衍射图：
通过对图1进行分析可知，没有加入烷基三甲基铵盐时，金属化合物的非晶体结构相对稳定，其表面活性剂成分含量非常高，加入烷基三甲基铵后，金属化合物非晶体结构的表面活性剂会逐渐演变为饱和固溶体。
（a）未添加 （b）添加
图1 表面活生剂对Al-Mg混合料球磨产物的影响
2 表面活性剂在粉碎粉体颗粒中的应用分析
（a）未添加 （b）添加后
图2 表面活生剂对水泥球磨过程的影响
目前的材料部门或工业部门对无机粉料进行科学研究时往往采用的手段是对无机粉料进行球磨，然后得到粒度分布较窄或者是超细的粉末，粉碎本身也是一个可逆的过程，大颗粒粉碎为小颗粒，小颗粒也能聚结形成大颗粒，当这两个过程达到一个平衡时，即粉碎和聚结的速度达到平衡时，这时我们称为粉碎平衡，在粉碎的过程中，如何能够促使粉碎的速度大于聚结的速度，或者采取措施抑制颗粒的聚结，能够在一定程度上提高粉碎的效率与减少颗粒极限尺寸。如果在无机粉料中加入适量的表面活性剂，可以有效的避免颗粒聚结，也可以降低颗粒的表面自由能，从而使粉碎的效果提高，并且表面活性剂还具有中和磨球上所带的静电的作用，使颗粒的粘附现象减少，也能有效的避免颗粒聚结。下图是硅酸盐水泥在粉磨过程中加入了表面活性剂和未加入表面活性剂粉碎时间和比表面积间的曲线图：
通过对上图分析可知，在没有加入活性剂时，金属元素粉末在机械搅拌过程中并不会发生巨大的结构变化，其表面积会超过0.3m2/g，加入活性剂后，金属元素粉末的结构平衡状态会被打破，表面积也会有所降低。由此可见，活性剂对金属元素粉末结构的影响很大。
3 表面活性剂在无机盐粉料防结块的应用分析
目前有些采用化学法和电解法得到的无机盐粉料，比如硝酸钠的粉料，在存放期间，该类无机盐粉料往往都会产生结块的现象，不利于使用。现在国内外通常使用的防结手段就是采用表面活性剂，通过该手段取得了比较好的成果。表面活性剂的分子结构基具有双重的特点，一是亲水基，二是疏水基，这双重特点在水溶液中具有两个基本的作用，一是胶团化作用，二是降低与吸附表面张力作用。在无机盐结晶溶液中加入一定量的表面活性剂，在无机盐晶核出现的时候表面活性剂就能吸附在固液界面上，从而在晶核上形成一层活性剂分子膜，从而防止无机盐粉料进一步的结块，与此同时，活性剂能够降低溶液表面张力，使得固液的接触角降低，从而减弱颗粒粘结力，进而减少结块的现象。
4 表面活性剂在湿化学法制备精细陶瓷粉末中应用分析
在陶瓷领域，陶瓷工作者或相关人士越来越关注如何采取有效的措施来控制微粉团聚状态，并且制出受控团聚状态的超细粉末，特别是利用湿化学制备出超精细的陶瓷粉末。在该领域中，用添加表面活性剂的方法来进行对微粉团聚状态进行控制，从而改善颗粒分散就是目前一种效果很明显的制作手段，它的控制原理主要是利用了它自身的静电斥力和空间位障都很稳定这个特性。在制备陶瓷粉末时，研究人员应采用湿化学法制备方法，当非离子大分子出现结构变化时，其表面会出现多个沉淀颗粒，这些颗粒会残留在非离子结构中，形成保护膜，这些保护膜可以有效控制胶粒的侵蚀和靠近，并且还可以提高整个非离子分子之间的内聚力，降低其结构稳定性和强度。采用湿化学制备方法可以精准测量出氧化铝粉末结构表面活性剂的容量，并通过相应的控制措施，有效改善其分子分散性，通过合成法，不仅可以提升氧化铝的烧结效率，还可以提高制备合成效率，并有效控制氧化铝粉末结构表面活性剂容量，调整气孔分布。
5 表面活性剂在无机粉料表面改性应用分析
目前无机粉料表面改性是材料领域中最值得探讨和关注的话题之一，这是由于无机粉料的比表面积较大，对无机粉料的表面进行改性会直接改变粉料的性能，而性能的改变可以使无机粉料应用在各个领域，这种改性试验对无机粉料结构性能的提高具有很强的促进作用，如在碳化硅中加入相应的无机粉料，可以增加碳化硅粉末结构上表面活性剂的含量，形成二氧化硅薄膜，和其他薄膜作用相同，这些薄膜可以轻松阻断阳光对碳化硅表面结构的侵蚀。使得粉料具有遮断可见光、紫外线及红外线等作用，并且在水溶液中的分散性能也很高，该种粉料应用在化妆品领域中可以取得很好的成果。
6 结语
在工程材料领域中，表面活性剂的运用是比较广泛的，这主要是由于表面活性剂的性能比较特殊，在机械合金化领域中可以极大的抑制冷焊的情况，对合金化的控制作用也比较明显，还能够充当助磨剂，在无机粉料表面改性上的运用也比较广泛，再加上在无机盐粉料防结中起到防结块的作用，使得表面活性剂在工程材料领域中具有举足轻重的地位，它的广泛运用对粉料或者粉料合成体的性能都具有积极的影响。
参考文献
[1] 刘少友，唐文华，杨红芸，等.表面活性剂对铝掺
杂二氧化钛粉体材料微结构与光催化性能的调控
[J].精细化工，2013，12（12）：1359-1365.
[2] 韩世岩.松香基双子表面活性剂合成及纳米材料制
备[D].东北林业大学，2012.
[3] 宋金梅，张玉秀，朱书全，等.表面活性剂在电池
材料中的应用[J].现代化工，2011，11（1）：
28-31.
[4] 王旗威，耿兵，张炉青，等.十二氟庚基磷酸单
酯氟碳表面活性剂的复配[J].精细化工，2011，10
（4）：347-349.
[5] 富洁琪，张建敏，冯梦婷，等.高分子表面活性剂
的合成[J].广州化工，2011，10（22）：33-36.
[6] 黄应钦，程晓玲，白晓军，等.石油降解菌和生物
表面活性剂在水体石油污染生物修复中的应用及机
理研究[J].科技情报开发与经济，2010，11
（23）：189-193.
作者简介：李新明（1992—），男，湖北人，大连理工大学学生。