阳离子表面活性剂在电技术上的应用
—表面物理化学在微电子学上的应用
摘要：
阳离子表面活性剂的极性基带正电荷,因而更易在带负电的表面上吸附形成吸附膜并呈现出独特的性能:固体表面疏水化、杀菌、抗静电、柔软等。其在表面活性剂这一大类中也占着重要的位置，阳离子表面活性剂在电技术上也有一定应用，例如：制造硅片表面保护板的重要成分；作为洗涤剂用于清洗电子元件及设备。另外,全氟阳离子表面活性剂用作电子元件助焊剂; 季铵盐用于陶瓷成型及电工陶瓷的制造；在一种具有很好的电流变性效果和稳定性的电黏流体中含有0.01%～10%(w%)的阳离子表面活性剂。
关键词：
阳离子表面活性剂 作用 电技术
前言：
近年来,阳离子表面活性剂(阳离子表面活性剂)的增长速度要比阴离子和非离子快得多。阳离子表面活性剂的极性基带正电荷,因而更易在带负电的表面上吸附形成吸附膜并呈现出独特的性能:固体表面疏水化、杀菌、抗静电、柔软等。这些性能不仅构成了阳离子表面活性剂在传统应用领域中的应用基础,而且使其应用领域不断拓宽,在近年来发展起来的高新技术中获得了广泛的应用。素有“工业味精”之称的表面活性剂(表面活性剂)与高新技术的结合将是一种必然趋势,也是表面活性剂领域本身发展的一种需要。
正文
表面活性剂
1.概念：
表面活性剂(surfactant)是指具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列，并能使表面张力显著下降的物质。
2.组成：分子结构具有两亲性
非极性烃链： 8个碳原子以上烃链
极性基团：羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其盐，也可是羟基、酰胺基、醚键等。
3.吸附性：
溶液中的正吸附：增加润湿性、乳化性、起泡性，
固体表面的吸附：非极性固体表面单层吸附，
极性固体表面可发生多层吸附。
表面活性剂按照其极性基团的结构可分为以下几类。
1、阳离子型表面活性剂 2、阴离子型表面活性剂 3、两性表面活性剂 4、非离子型表面活性剂 5、特殊类表面活性剂。
阳离子型表面活性剂
生产阳离子表面活性剂所用的原料: 硫酸二甲酯 。
阳离子表面活性剂其分子溶于水发生电离后，与亲油基相连的亲水基是带阳电荷的。亲油基一般是长碳链烃基。亲水基绝大多数为含氮原子的阳离子，少数为含硫或磷原子的阳离子。分子中的阴离子不具有表面活性，通常是单个原子或基团，如氯、溴、醋酸根离子等。阳离子表面活性剂带有正电荷，与阴离子表面活性剂所带的电荷相反，两者配合使用一般会形成沉淀，丧失表面活性。它能和非离子表面活性剂配合使用。
阳离子型具有表面活性的是阳离子部分。几乎所有的阳离子表面活性剂都是含氮化合物，就是有机胺的衍生物。主要有季铵盐、烷基吡啶盐。阳离子表面活性剂可以作为杀菌剂，也有柔软、脱脂、破乳、抗静电作用。一般来说它不具备去污能力，不能和阴离子表面活性剂配伍使用。
（1）有机胺的盐酸盐或醋酸盐（RNH2•HCI或RNH2•HAC）。它可在酸性介质中用作乳化、分散、润湿剂，也常用作浮选剂以及作为颜料粉末表面改性剂。其缺点是当溶液的pH> 7时，自由胺容易析出，从而失去表面活性。
（2）季铵盐（R1R2N＋R3R4）。一般常用的阳离子表面活性剂为季铵盐。四个R基中，一般只有1～2个R基是长碳氢链．其余的R基的碳原子数大多为1～2个，如十六烷基三甲基溴化铵（俗称1631）季铵盐不受pH值变化的影响，不论在酸性、中性，碱性介质中，均无变化。
季铵盐阳离子表面活性剂水溶性好，既耐酸又耐碱且大多数具有杀菌作用。由于大部分纤维表面带负电，用季铵盐阳离子表面活性剂可中和其电荷，因此有较好的抗静电作用。它们能在纤维表面形成疏水油膜，降低纤维的摩擦系数使之具有柔软、平滑的效果所以可作柔软剂。这种表面活，生剂除可作抗静电剂柔软剂外，还可作护发产品中的头发定型调理剂，纺织工业中的匀染固色剂。
（3）吡啶盐（NC5H5的衍生物）。季铵盐的一种如十二烷基吡啶盐酸盐：C12H25（NC5H5十Cl－。
在电子技术中的应用
1、在电子技术中,基于阳离子表面活性剂的抗静电性和固体表面疏水化特性,阳离子表面活性剂是制造硅片表面保护板的重要成分。
阳离子表面活性剂的极性基带正电荷,因而更易在带负电的表面上吸附形成吸附膜并呈现出独特的性能:固体表面疏水化。
季铵盐阳离子表面活性剂水溶性好，既耐酸又耐碱且大多数具有杀菌作用。由于大部分纤维表面带负电，用季铵盐阳离子表面活性剂可中和其电荷，因此有较好的抗静电作用。
2、阳离子表面活性剂也可作为洗涤剂用于清洗电子元件及设备。
如：.聚氧乙烯基阳离子、双生和三生阳离子、酯基季铵盐阳离子。
他们洗涤作用的基本步骤为
1）吸附 洗涤剂分子或离子在污垢及纤维的界面上发生定向吸附。
2）润湿与渗透 由于洗涤剂分子的定向吸附，洗涤剂渗透到污垢和纤维之间使污垢与纤维被润湿，从而减弱了污垢在纤维上的附着力。
3）污垢的脱落 因洗涤剂减弱了污垢与纤维表面的附着力，再施以机械作用就促使污垢从纤维表面脱落。
4）污垢的分散与稳定 由于洗涤剂的胶体性质，使脱离纤维表面的污垢分散在洗涤液中，并被乳化，或在胶束中被增溶，形成稳定的分散体系，已经乳化的污垢就不再附着于纤维上面。
洗涤作用的第一步是洗涤液润湿被洗物品表面,第二步是油污的去除。
液体油污的去除是通过“蜷缩”机理而实现的。
对固体污垢的去除，主要是由于表面活性剂在固体污垢质点及固体表面的吸附在洗涤过程中，首先，发生的是洗涤液对污垢质点和固体表面的润湿。根据，
如洗涤液中有表面活性剂存在，由于表面活性剂在固／液界面及溶液表面的吸附，γs-w、γw-G大大下降，因此铺展系数S可能变得大于零，洗涤液因此就能很好地润湿污垢质点表面，由于润湿后，表面活性剂分子会进一步插入污垢质点及织物间，使得污垢质点在织物表面的粘附力变弱，经机械作用，也比较容易自固体表面上除去。
3、全氟阳离子表面活性剂用作电子元件助焊剂.
如：N－[3－（二甲氨基）－丙基]全氟辛基磺酰胺碘化物
结构式: C8F17SO2NH(CH2)3N+(CH3)2I-
|
CH3
分子量: 726
外 观: 黄色膏体/固体
离子性: 阳离子
含 量: 90－95% 以上
稳定性: 长期存放
表面张力mN/m(25°C，0.1%水溶液）： 17
用 途: 主要用于电子元件助焊剂，降低了助焊剂的表面张力，增强被焊点的湿润性提高了表面的吸附能力，可使焊点饱满、焊剂残留物少、干燥快、消光性好、避免了虚焊、连焊、漏焊等缺陷；用于碱性电池改善电池放电、充电的循环功能，抑制电极氧化、延长电池使用寿命。
表面活性剂的湿润作用：
固体表面能愈高，即γs-g越大，愈易润湿。即高表面能固体比低表面能固体易于润湿。高能固体表面与一般液体接触，体系表面的吉布斯白由能将有较大降低，故能为一般液体所润湿；低能固体表面一般润湿性能不好。为了改变液体对固体表面的润湿性能，常于液体中加入某种表面活性剂。它主要起两方面的作用。
（1） 在固体表面发生吸附，改变固体表面性质。
（2） 提高液体的润湿能力
表面活性剂的乳化作用：
为了得到稳定的乳状液，常加入表面活性剂，其作用是：
（1）增加界面强度。
（2）降低界面张力表面活性剂在相界面上会发生吸附。由于吸附，表面活性剂分子定向、紧密地吸附在油／水界面上，使界面能降低，防止了油或水聚集。
（3）界面电荷的产生。
4、季铵盐用于陶瓷成型及电工陶瓷的制造。
5、在一种具有很好的电流变性效果和稳定性的电黏流体中含有0.01%～10%(w%)的阳离子表面活性剂。
阳离子表面活性剂的应用范围十分广泛，在电子技术上的应用只是其的冰山一角，它更广泛地应用于新材料技术、能源技术、生命科学与生物技术。阳离子表面活性剂还能直接或间接地用于其他领域,如航空航天､海洋工程等。
阳离子表面活性剂成功地应用于电子技术领域仅是一系列典型的例子而已。事实上,整个表面活性剂工业将逐渐融入高新技术领域。因而,表面活性剂工业应抓住机遇,搭上高新技术产业高速发展的便车以谋求自身更大的发展。这也正是表面活性剂工业未来之希望。
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