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电镀:表面活性物质与表面活性剂(上)

放大字体  缩小字体发布日期:2012-07-09  浏览次数:775
核心提示:电镀采用的多种有机物质和部分无机物(如氰化物)都具有表面活性,能发生正吸附作用而使其附着在工件表面,起到细化镀层结晶,使镀层光亮化、平整化或去除故障等作用。
   1 基本概念

  1. 1 界面

  如果物质是不完全分散成极小微粒的凝聚体,它就必然要与气体、液体或固体接触。凝聚体与气体的接触面称为表面,而凝聚体之间的接触面称为界面,也可简单地通称为界面或表面。其接触方式有 5 种:气/液,液/液,液/固,气/固,固/固。

  1. 2 表面现象

  由于凝聚体界面上的分子与其内部分子所处状况不同,因而表面会出现许多特殊的现象,这些现象称为表面现象。例如,落在荷叶上的雨滴或露珠都会成为球形;树木中因有许多细小的毛细管,树根吸收的水分才会自然地上升并到达树叶上。荷叶上的水滴之所以总成球形,是因为水分子间有吸引力。水滴表面水分子向内的吸引力会自发地使水滴的表面积减到最小;而同体积的物体中,球状物的表面积最小,因而荷叶上的液滴总是尽量成为球体。同样,认为现代宇宙由大爆炸而形成,而宇宙大爆炸时散落的物质聚在一起所形成的星体(如地球、太阳、月亮等)也都是圆球体,这也属于表面现象。

  1. 3 表面张力

  作用于界面每单位边缘长度上的力,就称为表面张力或界面张力。研究各种表面现象都会从表面张力入手,其大小取决于物质自身和与其接触的另一种物质的性质。

  1. 4 吸附

  界面上浓度改变的现象称为吸附现象。界面上的浓度大于内部时的作用称为正吸附作用,反之则称为负吸附作用。

  1. 5 脱附

  在固/液界面(如电镀时的工件表面)上产生正吸附后,当固体的性质发生变化(如工件表面负电荷量改变)时,被吸附上的物质又可能从表面上脱落下来,这一现象称为脱附。

  1. 6 表面活性及相关物质

  因界面发生正吸附而使液体表面张力下降的性质称为表面活性。能够降低表面张力从而具有表面活性的物质称为表面活性物质。电镀采用的多种有机物质和部分无机物(如氰化物)都具有表面活性,能发生正吸附作用而使其附着在工件表面,起到细化镀层结晶,使镀层光亮化、平整化或去除故障等作用。能较大幅度降低表面张力的物质又称为表面活性剂,如电镀中广泛采用的OP乳化剂、十二烷基硫酸钠、铬雾抑制剂等。市售低温除油剂(粉)、脱蜡水,各种洗衣粉、洗涤剂等,主要由多种表面活性剂复配而成。

  2 表面活性剂分子的特殊结构

  表面活性物质,特别是表面活性剂的分子具有特殊的结构。正是这一特殊结构,使其在介面上易产生正吸附而大大降低表面张力。在表面活性剂的同一个分子中具有相互矛盾的两部分:一是对水有亲合作用、能吸引极性水分子而对油有排斥作用的基团,称为亲水基(又叫憎油基);另一部分则刚好相反,对水有排斥作用,而对油(或非水相)有亲和作用,称为憎水基(又叫疏水基或亲油基)。有些表面活性剂分子(如电镀常用的高分子量聚 乙二醇)中同时有多个亲水基与多个憎水基,而不限于各仅一个,能以折线式或螺旋状平躺吸附在界面上。

  3 表面活性剂分子在水溶液中的存在状态

  表面活性剂分子溶于水后会不停地旋转,最终找到亲水基与憎水基的恰当位置而基本固定下来,即憎水基指向非水的固相、气相或与水不相同的另一液相(如油)。实在不行的则相互聚在一起,各自指向不同的相而定向排列起来。

  (1)在气/液界面上,亲水基朝向水溶液,憎水基朝向气体。

  (2) 在液/固界面上,亲水基朝向水溶液,憎水基朝向固体物。

  (3)在油/水界面上,亲水基朝向水溶液,憎水基 朝向油。

  (4)相互靠在一起,形成形状、大小不一的胶束或胶团。这种情况更容易在逐渐提高表面活性剂浓度而达到某一个浓度数值以上时发生。该浓度称为临界胶束浓度(常用CMC 表示)。

  4 关于“浊点”与盐析

  表面活性剂的亲水性与液温有关。随着温度升高,其亲水性逐渐减小,最后表面活性剂在水中变得突然不溶而析出,原先透明的溶液变成了白色浑浊的乳状液。此时的温度称为浊点。浊点主要与表面活性剂特性有关,也与溶液 pH 等条件有关。在氯化钾镀锌中,作为“载体光亮剂”的表面活性剂,其浊点低了不行。而所谓高温载体,就是指浊点高的这类添加剂组分。

  在氯化钾镀锌液中,若氯化钾加入过多,添加剂的溶解度也会下降而导致其析出,且呈油状浮在液面上。这种因盐类过多而析出的现象称为盐析。pH 越低,盐析越严重。酸性亮铜液中的染料,在氯化钠的作用下,也会因盐析而聚沉。

  5 表面活性剂的分类

  表面活性剂用途广泛,品种繁多,性能各异,且有多种分类方法。用得最多的是以下所介绍的按离子类型的分类法。

  (1)非离子表面活性剂,是指溶于水后不电离生成离子,即仍呈分子状的表面活性剂,如OP 乳化剂、聚乙二醇、平平加等。

  (2)离子型表面活性剂,指溶于水后能够生成离子的表面活性剂。其中又可分为3类:一、阴离子型表面活性剂,其溶于水后亲水基是阴离子,如肥皂、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠等;二、阳离子型表面活性剂,其溶于水后亲水基是阳离子(多为铵离子);三、两性离子表面活性剂,其溶于水后亲水基上同时具有阴离子和阳离子。

  电镀中用得最多的是非离子型与阴离子型表面活性剂。注意:阴离子型与阳离子型表面活性剂不能混用,否则二者易相互结合,生成沉淀而失效。

  6 表面活性剂的作用

  表面活性剂的特殊分子结构及其在溶液中的存在形态,赋予其不少特殊的功效。

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