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引言
石膏属气硬性胶凝材料,在自然界中储量丰富,来源广泛。石膏制品质量轻,并且具有良好的低导热性和隔音性能,因而被广泛应用于建筑、医药、化工、工艺美术等行业。石膏制品一个致命的弱点是耐水性差,在吸水后强度损失可达70 % ,并且极易发生翘曲变形[ 1 ] 。近年来,耐水石膏的研究一直是国内外颇受重视的研究课题。
HLB 值是Griffin在1949年研究选择非离子型乳化剂时,为表示表面活性剂的亲水亲油性而采用一些经验的指定数值所提出的一个概念,是一个用来衡量表面活性分子中亲水或亲油部分对其性质所作贡献大小的物理量。一般来讲,表面活性剂的HLB 值多处在0～20 之间, 其HLB 值越低, 表明其亲油性越强,反之,则表明其亲水性越强[ 2 ] 。
本文主要论述HLB 值在有机石膏防水剂中的应用及其计算方法,以求为选择和制备石膏防水剂提供必要的理论依据。
1 改善石膏耐水性的基本方法
石膏制品的耐水性差,其主要原因是石膏制品生产过程中料浆搅拌掺加的水量远大于理论需水量,这部分多余的水分在石膏浆体硬化后将从石膏硬化体中逸出,从而在石膏制品中留下大量的孔隙和毛细孔[ 3 – 4 ] ,这是石膏制品易于吸水的重要原因。
毛细管作用的推动力可用公式(1)表示:
由式(1)看出,若θ< 90°, 则ΔP < 0, 水可以通过毛细管作用而进入石膏内;若θ> 90°,则ΔP > 0,石膏表面表现出憎水的性质。据此, 我们就可以通过改变水与石膏毛细孔的浸润角入手, 生产出耐水性好的石膏制品。大量的研究结果表明, 通过掺加有机乳液的方法可有效地改变石膏的表面张力, 从而使θ> 90°,达到使石膏憎水的目的。
2 HLB 值的计算
2. 1 非离子型表面活性剂HLB 值的计算
对于氧乙烯聚合物,其HLB 值的计算公式为:
2. 2 离子型表面活性剂HLB 值的计算
对于离子型乳化剂来讲,若仍然采用上述公式计算,计算出的HLB 值往往太低。换句话说, 就是所计算出的乳化剂的亲水性比理想分布时还要强。为此,可将式( 2)用一个附加条件C值[ 5 ] (见表1)进行校正,计算公式见式(4) :
2. 3 渐增法计算HLB 值
Davies认为,表面活性分子可分解为亲水基团和亲油基团,且对应的每个基团都有其相应的H值和L 值。表2[ 5 ]列有部分亲水基和亲油基的H值和L 值,将其分别代入式( 5) , 即可求出相应表面活性剂分子的HLB 值。
2. 4 混合表面活性剂HLB 值的计算
表面活性剂的HLB 值具有可加性, 因此, 混合表面活性剂的HLB 值可按式(6)计算:
3 表面活性剂的选择
选择表面活性剂时,一般应遵循以下原则[ 5 ] :
(1)应该表现出良好的表面活性,并产生一个低的表面张力。
(2)表面活性剂必须具有亲水基和憎水基,且在两个相的任何一相中溶解度不能太大,否则会削弱其功效。
(3)在界面上必须由一种表面活性剂分子或吸附在界面上的其他分子一起形成一个压缩的界面膜。
(4)在制备乳状液的过程中,表面活性剂必须足够快地迁移到界面上,以保证使界面张力降至较低的值。
(5)由一个易溶于油的表面活性剂和一个易溶于水的表面活性剂组成混合乳化剂,这种乳状液比用单一乳化剂制得的乳状液更稳定。
4 HLB 的应用
HLB 概念的实际意义,在于每一种要乳化的物质都有它自己所需的HLB 值。因此,要乳化一个特定的物质,必须选用一种与被乳化物质接近或与之相同的HLB 值的乳化剂或乳化剂混合物。例如,液体石蜡的HLB 值为10,某芳香族矿物油A 的HLB值为13,石蜡与矿物油A的混合比例为1∶1. 5,则该混合物的HLB 值为10 ×0. 4 + 13 ×0. 6 = 11. 8。选用斯盘80和土温20作乳化剂,它们的HLB 值分别为4. 3和16. 7,若斯盘80所占比例为40 % ,土温20所占比例为60 % , 则该混合乳化剂的HLB 值为11. 74。通过这种方法制成的乳状液颗粒小(约为0. 5～0. 8μm) ,分散均匀,稳定性高,加入石膏制品后能取得较好的防水效果,可将石膏软化系数提高到0. 7以上。
