高分子表面活性剂.ppt

高分子表面活性剂的简介 主要内容 一 表面活性剂简介 表面活性剂是分子中具有亲溶剂基与疏溶剂基 能富集 吸附 于界面 使界面性质发生显著改变而出现界面活性的物质 通常所说的表面活性剂是指水中的表面活性剂 其分子常被称作 双亲分子 因为表面活性剂的特有结构通常称之为 双亲结构 表面活性剂分子的一端为亲油的疏水基 分子的另一端为极性亲水的亲水基 两类结构与性能截然相反的分子碎片或基团分处于同一分子的两端并以化学键相连接 形成了一种不对称的 极性的结构 因而赋予了该类特殊分子既亲水 又亲油 便又不是整体亲水或亲油的特性 1 1表面活性剂的分类 阴离子表面活性剂 硬脂酸 十二烷基苯磺酸钠 1 阳离子表面活性剂 季铵化物 2 两性离子表面活性剂 卵磷脂 氨基酸型 3 非离子表面活性剂 司盘系列 吐温系列 4 按极性基团的解离性质分类 5 a 十二烷基硫酸钠 b 十二烷基三甲基氯化铵 c 月桂醇聚氧乙烯醚 d 十二烷基甜菜碱 表面活性剂两亲分子示意图 1 2表面活性剂的结构特点 表面活性剂分子构成疏水 亲油 基团 hydrophobicgroup 亲水基团 hydrophilicgroup 1 3表面活性剂的作用机理 6 离子型表面活性剂b 聚氧乙烯型非离子型表面活性剂胶束的结构示意图 两亲分子溶解在水中达一定浓度时 其非极性部分会互相吸引 从而使得分子自发形成有序的聚集体 使憎水基向里 亲水基向外 以减少憎水基与水分子的接触 使体系能量下降 这种多分子有序聚集体称为胶束 1 3 1胶束的形状 7 棒状 片状 球状 层状 1 3 2临界胶束浓度 表面活性剂溶液中开始形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度 CriticalMicelleConcentration 简写为cmc 十二烷基硫酸钠水溶液的物理化学性质与浓度的关系 临界胶束浓度越小 表面活性剂形成胶束和达到表面 界面 吸附饱和所需的浓度越低 改变表面 界面 性质 产生润湿 乳化 起泡和增溶等作用所需的浓度也越低 1 3 3胶束作用简介 乳化作用 指将一种液体的细小颗粒分散于另一种不相溶的液体中 所得到的分散体系被成为乳液 泡沫作用 泡沫实际是气体分散于液体中的分散体系 泡沫的形成涉及起泡和稳泡两个因素 分散作用 增加固体粒子在溶液中的分散分散稳定性问题 增溶作用 指水溶液中表面活性剂的存在能使不溶或微溶于水的有机化合物的溶解度显著增加的现象 这种作用只有在表面活性剂的浓度超过临界胶束浓度后才显现出来 催化作用 表面活性剂胶束的直径通常为3 5nm 其大小 结构和性质与含酶球状蛋白相似 因此具有与酶类似的催化作用 合理选择表面活性剂可以使化学反应的速度显著提高 常用的表面活性剂多为分子量为数百的低分子量化合物 随着诸多热点领域 如强化采油 enhancedoilrecovery 药物载体与控制释放 生物模拟 聚合物LB膜 医用高分子材料 抗凝血 乳液聚合等的深入研究 对表面活性剂的要求日趋多样化和高性能化 具有表面活性的高分子化合物现已成为人们关注的焦点 通常将分子量在数千以上且具有表面活性的物质称为高分子表面活性剂 与普通表面活性剂相似 高分子表面活性剂尚未有标准分类法 通常根据低分子表面活性剂的分类法 按其在水中的离子性来分类 可分为阴离子型 阳离子型 两性离子型和非离子型 根据在溶液中是否形成胶束 可分为聚皂及水溶性高分子表面活性剂 二 高分子表面活性剂简介 2 1聚皂 绝大多数的聚皂都带电荷 这一点与聚电解质类似 事实上 聚皂大多数都是对聚电解质进行疏水改性的产物 一般是不溶于水的 目前已合成的聚皂有以下几种 式中R均表示长链烷基 在溶液中不形成胶束的高分子表面活性剂 一般主要是水溶性高分子表面活性剂 按其来源分为天然 半合成和合成高分子表面活性剂三大类 天然高分子如我们常见的各种树胶 淀粉 微生物发酵多糖等 半合成高分子是以淀粉 纤维素 蛋白质经化学改性得到的各种高聚物 如阳离子淀粉 甲基纤维素等 合成高分子则是由石油化工衍生聚合单体聚合得到的高分子 如聚丙烯酰胺衍生物 聚丙烯酸等 按其在水中的离子性来分类 可分为阴离子型 阳离子型 两性离子型和非离子型 2 2水溶性高分子表面活性剂 2 2 1阴离子高分子表面活性剂 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 丙烯酸马来酸酐共聚物以及它们的部分皂化物等 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 苯磺酸甲醛缩合物 萘磺酸甲醛缩合物 磺化聚丁二烯等 木素磺酸盐亦是一种磺酸型高分子表面活性剂 典型磺酸型高分子表面活性剂如 1 胺盐或多胺类如聚乙烯亚胺 聚乙烯基吡咯烷酮 聚马来酰亚胺及其衍生物等 典型聚合物有 2 2 2阳离子高分子表面活性剂 2 季铵盐如季铵化聚丙烯酰胺 聚乙烯基吡啶盐 聚二甲胺环氧氯丙烷等 季铵类高分子表面活性剂在酸性 中性及碱性水介质中显示阳电性 代表性的产品有 主要品种有丙烯酸乙烯基吡啶共聚物 丙烯酸 阳离子丙烯酸酯共聚物 两性聚丙烯酰胺等 如 2 2 3两性高分子表面活性剂 主要品种有聚乙烯醇及其部分酯化或缩醛化产品 如经其改性的聚丙烯酰胺 马来酸酐共聚物 聚丙烯酸酯 聚醚 聚环氧乙烷 环氧丙烷 水溶性酚醛树脂 氨基树脂等 2 2 4非离子高分子表面活性剂 三 高分子表面活性剂的结构与性能 高分子表面活性剂的表面活性取决于在溶液中的大分子形态 而分子形态又与聚合物的二亲性化学分子结构 组成比及大分子的相对分子质量等因素密切相关 3 1嵌段型表面活性剂多嵌段疏水性链段分布于大分子主链上 适当的疏水亲水序列长度将有效的防止疏水链段自身缔合 形成单分子胶束 或分子间缔合 多分子缔合 3 2梳形表面活性剂 梳形表面活性剂具有制备容易 品种多样等优点 如两性及两亲单体均聚或者共聚得到表面活性剂 根据疏水亲水基团位置的不同 呈现出不同的支链化学结构 由于支链上存在亲水基团 阻碍了疏水链段的聚集缔合 即使在已经生成的胶束中 与一般形成的紧密内核的胶束相比 内部相当疏松 仍然有大量水分子 因此可具有较高的表面活性 同时 由于构型的原因 二亲性的支链可阻碍由亚甲基和次甲基组成的疏水主链的缔合 使其参与界面的吸附 研究表面 在保持溶解性的前体下 任何增加分子链刚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 高分子表面活性剂的应用 4 1在制药工业中的应用由于嵌段型和接枝型高分子表面活性剂的优良表面活性 使得它们在制药工业中应用广泛 可以用作药物载体 药物乳化剂和分散增溶剂 润湿剂等 此外高分子表面活性剂在药物合成中作为相转移催化剂 在药物分析中也有较广泛的应用 4 2在石油工业中的应用由于开采出的原油中含有固体石蜡 致使原油流动性差 对这种易凝高粘油料的生产 储运 加工等工序均带来一定的困难 这个问题可以通过加入原油倾点下降剂或者流动性改进剂的办法解决 利用油溶性高分子表面活性剂的分散性可以进一步改善流动性改进剂 防止燃料油中的石蜡在运输和储藏过程中形成沉淀 4 3在纺织印染工业中的应用聚醚类高分子表面活性剂常被用作低泡洗涤剂 乳化剂 分散剂 消泡剂 抗静电剂 润湿剂 印染剂等 聚乙烯醇等高分子化合物作为增稠剂和保护胶体广泛应用于乳液型印染助剂的制备中 羧甲基纤维素等纤维素衍生物被用于洗涤剂作为再沾污防止剂 木质素磺酸盐 酚醛缩合物磺酸盐等被用作不溶性染料的分散剂 4 4在造纸工业中的应用由于高分子表面活性剂在改进纸张性能 提高纸机效率等方面有着非常独特的重要作用 所以近年来越来越受到造纸工作者的重视 有研究表明以不同相对分子质量的聚乙二醇与马来酸酐制备马来酸单酯 再与丙烯酸聚合生成马来酸单酯 丙烯酸共聚物 脱墨效果显著 五 总结 随着材料工业的发展 对高分子表面活性剂的需求必将日趋旺盛 人们对高分子表面活性剂的研究也在不断深入 开发新的品种和新的合成方法也是当前研究的热点 尽管在解决高分子表面活性剂同时具有高摩尔质量和高表面活性的问题上已有一定进展 但由于对结构和性能的关系认识不够 到目前为止具有超高分子量和高表面活性的高分子表面活性剂这一领域的研究仍然进展缓慢 因此研究其结构与性能的关系 重视新型高分子表面活性剂的研究与开发 合成高摩尔质量 高表面活性的两亲高分子化合物 具有重要的理论和应用价值 ThankYou