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高分子表面活性剂的种类及应用

更新时间:2021-10-14访问量:141

  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。


  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):


  水溶性高分子表面活性剂


  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。


  高分子表面活性剂的分类


  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。


  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:


  阳离子高分子表面活性剂


  (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)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:


  两性高分子表面活性剂


  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:


  非离子高分子表面活性剂


  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。


  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。


  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)


  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。


  研究表明,在保持溶解性的前提下,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。


  高分子表面活性剂的应用


  在制药工业的应用


  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。


  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。


  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。


  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,脱墨效果显着。


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