高分子表面活性劑

1、高分子表面活性劑的簡介一、表面活性劑簡介一、表面活性劑簡介二、高分子表面活性劑簡介二、高分子表面活性劑簡介三、高分子表面活性劑的結(jié)構(gòu)與性能三、高分子表面活性劑的結(jié)構(gòu)與性能四、高分子表面活性劑的應(yīng)用四、高分子表面活性劑的應(yīng)用五、總結(jié)五、總結(jié)主要內(nèi)容一、表面活性劑簡介 表面活性劑是分子中具有親溶劑基與疏溶劑基,能富集(吸附)于界面,使界面性質(zhì)發(fā)生顯著改變而出現(xiàn)界面活性的物質(zhì)。 通常所說的表面活性劑是指水中的表面活性劑。其分子常被稱作“雙親分子”，因?yàn)楸砻婊钚詣┑?特有結(jié)構(gòu)通常稱之為“雙親結(jié)構(gòu)”。表面活性劑分子的一端為親油的疏水基，分子的另一端為極性親水的親水基。兩類結(jié)構(gòu)與性能截然相反的分子碎片或基

2、團(tuán)分處于同一分子的兩端并以化學(xué)鍵相連接，形成了一種不對稱的、極性的結(jié)構(gòu)，因而賦予了該類特殊分子既親水、又親油，便又不是整體親水或親油的特性。1.1表面活性劑的分類陰離子表面活性劑：硬脂酸，十二烷基苯磺酸鈉1陽離子表面活性劑：季銨化物 2兩性離子表面活性劑：卵磷脂，氨基酸型3非離子表面活性劑：司盤系列，吐溫系列4按極性基團(tuán)的解離性質(zhì)分類 5a. 十二烷基硫酸鈉 b. 十二烷基三甲基氯化銨 c. 月桂醇聚氧乙烯醚 d. 十二烷基甜菜堿 表面活性劑兩親分子示意圖1.2表面活性劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)表面活性劑分子構(gòu)成 疏水（親油）基團(tuán)（hydrophobic group） 親水基團(tuán)（hydrophilic gr

3、oup）1.3 表面活性劑的作用機(jī)理6a. 離子型表面活性劑 b. 聚氧乙烯型非離子型表面活性劑膠束的結(jié)構(gòu)示意圖兩親分子溶解在水中達(dá)一定濃度時，其非極性部分會兩親分子溶解在水中達(dá)一定濃度時，其非極性部分會互相互相吸引吸引，從而使得分子自發(fā)形成有序的聚集體，使憎水基向，從而使得分子自發(fā)形成有序的聚集體，使憎水基向里、親水基向外，里、親水基向外，以以減減少少憎水基與水分子的接觸，使體系憎水基與水分子的接觸，使體系能量下降，這種多分子有序聚集體稱為能量下降，這種多分子有序聚集體稱為膠束膠束 1.3.1 膠束的形狀7棒狀片狀球狀層狀1.3.2 臨界膠束濃度 表面活性劑溶液中開始形成膠束的最低濃度稱為臨

4、界膠束濃度（Critical Micelle Concentration，簡寫為cmc）。十二烷基硫酸鈉水溶液的物理化學(xué)性質(zhì)與濃度的關(guān)系 臨界膠束濃度越小，表面活性劑形成膠束和達(dá)到表面（界面）吸附飽和所需的濃度越低，改變表面（界面）性質(zhì)，產(chǎn)生潤濕、乳化、起泡和增溶等作用所需的濃度也越低。1.3.3 膠束作用簡介乳化作用: 指將一種液體的細(xì)小顆粒分散于另一種不相溶的液 體中，所得到的分散體系被成為乳液。 泡沫作用: 泡沫實(shí)際是氣體分散于液體中的分散體系，泡沫的形成涉及起泡和穩(wěn)泡兩個因素。 分散作用: 增加固體粒子在溶液中的分散分散穩(wěn)定性問題。 增溶作用: 指水溶液中表面活性劑的存在能使不溶或微溶

5、于水的有機(jī)化合物的溶解度顯著增加的現(xiàn)象，這種作用只有在表面活性劑的濃度超過臨界膠束濃度后才顯現(xiàn)出來。催化作用: 表面活性劑膠束的直徑通常為35nm，其大小、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)與含酶球狀蛋白相似，因此具有與酶類似的催化作用，合理選擇表面活性劑可以使化學(xué)反應(yīng)的速度顯著提高。 常用的表面活性劑多為分子量為數(shù)百的低分子量化合物。隨著諸多熱點(diǎn)領(lǐng)域，如強(qiáng)化采油(enhancedoil recovery)、藥物載體與控制釋放、生物模擬、聚合物L(fēng)B膜、醫(yī)用高分子材料(抗凝血)、乳液聚合等的深入研究,對表面活性劑的要求日趨多樣化和高性能化,具有表面活性的高分子化合物現(xiàn)已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。 通常將分子量在數(shù)千以上且具有

6、表面活性的物質(zhì)稱為高分子表面活性劑。與普通表面活性劑相似，高分子表面活性劑尚未有標(biāo)準(zhǔn)分類法。通常根據(jù)低分子表面活性劑的分類法，按其在水中的離子性來分類，可分為陰離子型、陽離子型、兩性離子型和非離子型。根據(jù)在溶液中是否形成膠束，可分為聚皂及水溶性高分子表面活性劑。二、高分子表面活性劑簡介2.1 聚皂絕大多數(shù)的聚皂都帶電荷，這一點(diǎn)與聚電解質(zhì)類似。事實(shí)上，聚皂大多數(shù)都是對聚電解質(zhì)進(jìn)行疏水改性的產(chǎn)物，一般是不溶于水的。目前已合成的聚皂有以下幾種(式中R均表示長鏈烷基)： 在溶液中不形成膠束的高分子表面活性劑，一般主要是水溶性高分子表面活性劑。按其來源分為天然、半合成和合成高分子表面活性劑三大類。天然高

7、分子如我們常見的各種樹膠、淀粉、微生物發(fā)酵多糖等；半合成高分子是以淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)經(jīng)化學(xué)改性得到的各種高聚物，如陽離子淀粉、甲基纖維素等；合成高分子則是由石油化工衍生聚合單體聚合得到的高分子，如聚丙烯酰胺衍生物、聚丙烯酸等。按其在水中的離子性來分類，可分為陰離子型、陽離子型、兩性離子型和非離子型。2.2 水溶性高分子表面活性劑2.2.1 陰離子高分子表面活性劑 (1)羧酸型 典型聚合物有聚丙烯酸及其共聚物、丁烯酸及其共聚物、丙烯酸馬來酸酐共聚物以及它們的部分皂化物等。(2)硫酸酯型 典型的聚合物有 :(3)磺酸型 有部分磺化聚苯乙烯、苯磺酸甲醛縮合物、萘磺酸甲醛縮合物、磺化聚丁二烯等，木素

8、磺酸鹽亦是一種磺酸型高分子表面活性劑。典型磺酸型高分子表面活性劑如： (1)胺鹽或多胺類 如聚乙烯亞胺、聚乙烯基吡咯烷酮、聚馬來酰亞胺及其衍生物等。典型聚合物有：2.2.2 陽離子高分子表面活性劑 (2)季銨鹽 如季銨化聚丙烯酰胺、聚乙烯基吡啶鹽、聚二甲胺環(huán)氧氯丙烷等。季銨類高分子表面活性劑在酸性、中性及堿性水介質(zhì)中顯示陽電性。代表性的產(chǎn)品有： 主要品種有丙烯酸乙烯基吡啶共聚物、丙烯酸陽離子丙烯酸酯共聚物、兩性聚丙烯酰胺等，如：2.2.3 兩性高分子表面活性劑 主要品種有聚乙烯醇及其部分酯化或縮醛化產(chǎn)品，如經(jīng)其改性的聚丙烯酰胺、馬來酸酐共聚物、聚丙烯酸酯、聚醚、聚環(huán)氧乙烷-環(huán)氧丙烷、水溶性酚醛

9、樹脂、氨基樹脂等。2.2.4 非離子高分子表面活性劑三、 高分子表面活性劑的結(jié)構(gòu)與性能 高分子表面活性劑的表面活性取決于在溶液中的大分子形態(tài)，而分子形態(tài)又與聚合物的二親性化學(xué)分子結(jié)構(gòu)、組成比及大分子的相對分子質(zhì)量等因素密切相關(guān)。3.1 嵌段型表面活性劑 多嵌段疏水性鏈段分布于大分子主鏈上，適當(dāng)?shù)氖杷H水序列長度將有效的防止疏水鏈段自身締合（形成單分子膠束）或分子間締合（多分子締合）3.2 梳形表面活性劑 梳形表面活性劑具有制備容易、品種多樣等優(yōu)點(diǎn)。如兩性及兩親單體均聚或者共聚得到表面活性劑，根據(jù)疏水親水基團(tuán)位置的不同，呈現(xiàn)出不同的支鏈化學(xué)結(jié)構(gòu) 由于支鏈上存在親水基團(tuán)，阻礙了疏水鏈段的聚集締合，

10、即使在已經(jīng)生成的膠束中，與一般形成的緊密內(nèi)核的膠束相比，內(nèi)部相當(dāng)疏松，仍然有大量水分子，因此可具有較高的表面活性；同時，由于構(gòu)型的原因，二親性的支鏈可阻礙由亞甲基和次甲基組成的疏水主鏈的締合，使其參與界面的吸附。 研究表面，在保持溶解性的前體下，任何增加分子鏈剛性的因素都有利于溶液中大分子的舒展，都可能提高聚合物的表面活性。四、高分子表面活性劑的應(yīng)用4.1 在制藥工業(yè)中的應(yīng)用 由于嵌段型和接枝型高分子表面活性劑的優(yōu)良表面活性，使得它們在制藥工業(yè)中應(yīng)用廣泛，可以用作藥物載體、藥物乳化劑和分散增溶劑、潤濕劑等。此外高分子表面活性劑在藥物合成中作為相轉(zhuǎn)移催化劑，在藥物分析中也有較廣泛的應(yīng)用。 4.2

11、在石油工業(yè)中的應(yīng)用 由于開采出的原油中含有固體石蠟，致使原油流動性差，對這種易凝高粘油料的生產(chǎn)、 儲運(yùn)、加工等工序均帶來一定的困難，這個問題可以通過加入原油傾點(diǎn)下降劑或者流動性改 進(jìn)劑的辦法解決。利用油溶性高分子表面活性劑的分散性可以進(jìn)一步改善流動性改進(jìn)劑，防止燃料油中的石蠟在運(yùn)輸和儲藏過程中形成沉淀。 4.3在紡織印染工業(yè)中的應(yīng)用 聚醚類高分子表面活性劑常被用作低泡洗滌劑、乳化劑、分散劑、消泡劑、抗靜電劑、 潤濕劑、印染劑等；聚乙烯醇等高分子化合物作為增稠劑和保護(hù)膠體廣泛應(yīng)用于乳液型印染 助劑的制備中；羧甲基纖維素等纖維素衍生物被用于洗滌劑作為再沾污防止劑：木質(zhì)素磺酸 鹽、酚醛縮合物磺酸鹽等被用作不溶性染料的分散劑。 4.4在造紙工業(yè)中的應(yīng)用 由于高分子表面活性劑在改進(jìn)紙張性能，提高紙機(jī)效率等方面有著非常獨(dú)特的重要作用， 所以近年來越來越受到造紙工作者的重視。有研究表明以不同相對分子質(zhì)量的聚乙二 醇與馬來酸酐制備馬來酸單酯，再與丙烯酸聚合生成馬來酸單酯丙烯酸共聚物，脫墨效果顯著。 五、總結(jié)五、總結(jié)隨著材料工業(yè)的發(fā)展，對高分子表面活性劑的需求必將日趨旺盛，人們對高分子表面活性劑的研究也在不斷深入，開發(fā)新的品