高分子表面活性劑

《功能高分子材料》課程報(bào)告題目高分子表面活性劑的研究進(jìn)展專業(yè)學(xué)生授課報(bào)告日期高分子表面活性劑的研究進(jìn)展摘要：高分子表面活性劑具有許多低分子所沒有的優(yōu)良特性，在很多工業(yè)領(lǐng)域中都得到了應(yīng)用。本文主要介紹了各類高分子表面活性劑，綜述了目前的3種先進(jìn)的合成方法及其在各種工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用；最后指明了未來高分子表面活性劑的發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：高分子表面活性劑，表面張力，Abstract：Polymetricsurfatantsaresuperiortosmall-moleculesurfatantsduetosomeuniquecharacteristics，appliedinlotsofindustrialfields.Thispapermainlyintroducedthespeciesandapplicationofpolymetricsurfatants，thensummarized3advancedmet hodsofsynthesis.Finally，thetrendofdevelopmentwastalkedabout.Keyword:polymetricsurfatants，Surfacetension一、引言分子中具有親水基與疏水基，能富集（吸附）于表面，使界面性質(zhì)發(fā)生顯著改變并出現(xiàn)界面活性的物質(zhì)稱為表面活性劑，目前使用的表面活性劑多為分子量在幾百的低分子表面活性劑，隨著各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域的拓展，特別是石油化工的高速發(fā)展，要求表面活性劑多樣化和高性能化，出現(xiàn)了許多低分子表面活性劑無法解決的問題。通常將分子量在103以上表面活性劑稱為高分子表面活性劑，有時(shí)也叫雙親性聚合物。1950年Stauss合成第一種高分子表面活性劑——聚1—十二烷—4—乙烯吡啶溴化物并命名為聚皂；1954年美國(guó)Wyandotte公司發(fā)表了第一種商品化高分子表面活性劑的報(bào)道。以后，各種合成高分子表面活性劑相繼開發(fā)并應(yīng)用于石油開采、涂料工業(yè)、日用化學(xué)、醫(yī)藥等領(lǐng)域ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>陳永春</Author><Year>1997</Year><RecNum>41</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>41</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="rpp5ettekxeer4efx2jx2x0hz5xstv2xt9s5"timestamp="1447148330">41</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>陳永春</author><author>易昌風(fēng)</author><author>程時(shí)遠(yuǎn)</author><author>徐祖順</author><author>封麟先</author></authors></contributors><auth-address>湖北大學(xué)化學(xué)系!武漢市，430062,湖北大學(xué)化學(xué)系!武漢市，430062,湖北大學(xué)化學(xué)系!武漢市，430062,浙江大學(xué)高分子系!杭州市，310027,浙江大學(xué)高分子系!杭州市，310027</auth-address><titles><title>高分子表面活性劑的研究現(xiàn)狀</title><secondary-title>日用化學(xué)工業(yè)</secondary-title></titles><periodical><full-title>日用化學(xué)工業(yè)</full-title></periodical><pages>25-28</pages><number>05</number><keywords><keyword>高分子表面活性劑</keyword><keyword>兩性聚合物</keyword><keyword>分類</keyword></keywords><dates><year>1997</year></dates><isbn>1001-1803</isbn><call-num>11-2180/TQ</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[1]。高分子表面活性劑由于分子量高，它具有低分子表面活性劑所沒有的一些特性，如良好的分散力、凝聚力、穩(wěn)泡力、乳化和增稠力；毒性小，有良好的保護(hù)膠體和增溶能力，優(yōu)良的成膜性及粘附性能，在各個(gè)工業(yè)部門被廣泛用作膠乳穩(wěn)定劑、增稠劑、破乳劑、防垢劑、分散劑、乳化劑和絮凝劑等，其中的許多應(yīng)用是低分子表面活性劑難以替代的。二、高分子表面活性劑的種類在實(shí)際應(yīng)用中，高分子表面活性劑的數(shù)量十分龐大。但按來源分類可分為三類：天然高分子表面活性劑和合成高分子表面活性劑，前者包括改性高分子表面活性劑。此外按離子分類，可分為陰離子型、陽(yáng)離子型、兩性型和非離子型四種高分子表面活性劑ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>韓利娟</Author><Year>2003</Year><RecNum>38</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[2]</style></DisplayText><record><rec-number>38</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="rpp5ettekxeer4efx2jx2x0hz5xstv2xt9s5"timestamp="1447148330">38</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>韓利娟</author><author>陳洪</author><author>蔣珍菊</author><author>羅平亞</author></authors></contributors><auth-address>西南石油學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院,西南石油學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院,西南石油學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院,西南石油學(xué)院四川南充637001,四川南充637001,四川南充637001</auth-address><titles><title>高分子表面活性劑的研究現(xiàn)狀</title><secondary-title>西南石油學(xué)院學(xué)報(bào)</secondary-title></titles><periodical><full-title>西南石油學(xué)院學(xué)報(bào)</full-title></periodical><pages>62-65+1</pages><number>04</number><keywords><keyword>高分子表面活性劑</keyword><keyword>表面活性</keyword><keyword>增粘性</keyword><keyword>綜述</keyword></keywords><dates><year>2003</year></dates><isbn>1000-2634</isbn><call-num>51-1205/TE</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[2]。下面主要介紹這四種活性劑。2.1陰離子型高分子表面活性劑陰離子型高分子表面活性劑包括羧酸型、磺酸型、硫酸酯型和磷酸酯型。如：聚丙烯酸鹽、羧甲基纖維素羧基改性聚丙烯酰胺高分子表面活性劑就屬于羧酸型。縮合萘基苯磺酸鹽、木質(zhì)素磺酸鹽、聚苯乙烯磺酸鹽高分子表面活性劑就屬于磺酸型。2.2陽(yáng)離子型高分子表面活性劑陽(yáng)離子型高分子表面活性劑包括胺型和季銨鹽型。如：氨基烷基丙烯酸酯共聚物、改性聚乙撐亞胺高分子表面活性劑就屬于胺型，含季銨鹽基的丙烯酰胺共聚物、聚乙烯基芐基三甲胺鹽高分子表面活性劑就屬于季銨鹽型。2.3非離子型高分子表面活性劑非離子型高分子表面活性劑包括聚乙烯醇類(PVA)、聚醚類、纖維素類、聚酯類和糖基類等。近年來，合成糖基為親水基的高分子表面活性劑被廣泛研究。因?yàn)樗鼈內(nèi)∽蕴烊坏目稍偕Y源，與環(huán)境兼容性好，對(duì)皮膚溫和，具有良好的起泡力，可在個(gè)人護(hù)理用品、家用洗滌劑和餐洗劑中用作輔助表面活性劑。糖基類高分子表面活性劑大體分為糖基位于側(cè)鏈和糖基位于主鏈兩種。如以聚苯乙烯為親油基在側(cè)鏈引八麥芽糖、葡萄糖等糖類親水基，所得高分子表面活性劑既溶于水又溶于有機(jī)溶劑，在水中能形成膠束，能使與一些糖類結(jié)合著的卵磷脂凝聚，能吸收溶在水中的有機(jī)顏料。2.4兩性高分子表面活性劑兩親性高分子表面活性劑有氨基酸型和甜菜堿型，也有通過復(fù)配而制得的兩性高分子表面活性劑。表面活性劑的復(fù)配技術(shù)已廣泛用于化妝品、洗滌、制藥等行業(yè)中。兩種或多種具有協(xié)同效應(yīng)的表面活性劑復(fù)配，常常會(huì)帶來單一品種表面活性劑所不具有的某些特性。三、高分子表面活性劑的合成3.1由表面活性單體制備高分子表面活性劑表面活性劑單體一般由可聚合的反應(yīng)基團(tuán)(雙鍵、三鍵、胺基、羥基、環(huán)氧基等)、親水基團(tuán)(鏈段)及親油基團(tuán)(鏈段)組成，含有重復(fù)單元的兩親性表面活性劑單體即為表面活性大單體。很多離子型高分子表面活性劑可溶于水或鹽中，有較好的表面活性和增溶乳化作用，兩性離子單體還可用于無皂乳液聚合等ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>金勇</Author><Year>2005</Year><RecNum>39</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[3]</style></DisplayText><record><rec-number>39</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="rpp5ettekxeer4efx2jx2x0hz5xstv2xt9s5"timestamp="1447148330">39</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>金勇</author><author>董陽(yáng)</author><author>魏德卿</author></authors></contributors><auth-address>中國(guó)科學(xué)院成都有機(jī)化學(xué)研究所,中國(guó)科學(xué)院成都有機(jī)化學(xué)研究所,中國(guó)科學(xué)院成都有機(jī)化學(xué)研究所成都610041,成都610041,成都610041</auth-address><titles><title>高分子表面活性劑的合成</title><secondary-title>化學(xué)進(jìn)展</secondary-title></titles><periodical><full-title>化學(xué)進(jìn)展</full-title></periodical><pages>151-156</pages><number>01</number><keywords><keyword>高分子表面活性劑</keyword><keyword>合成</keyword><keyword>表面活性</keyword></keywords><dates><year>2005</year></dates><isbn>1005-281X</isbn><call-num>11-3383/O6</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[3]。典型的非離子型表面活性單體有甲基丙烯酸聚氧化乙烯醋、聚氧化乙烯基苯乙烯。這類單體與甲基丙烯酸低碳醇醋、苯乙烯的共聚物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%水溶液的表面張力為63-65N/m(25℃)，CMC(臨界膠團(tuán)濃度)為10-15mol/L，丙烯酸胺、丙烯酸聚氧化乙烯醋大單體與第三種單體共聚得到的高分子表面活性劑，與低分子表面活性劑相近，但具有高粘度及其他特點(diǎn)。3.2由親水/疏水性單體共聚制備高分子表面活性劑采用陰離子聚合或開環(huán)聚合法可得到含親水/疏水鏈段的嵌段型高分子表面活性劑。親水鏈段可以是聚氧乙烯、聚乙烯亞胺等；疏水鏈段有聚氧丙烯、聚氧丁烯、聚苯乙烯、聚硅氧烷等。此類共聚物具有良好的乳化性能，但高分子量的兩嵌段或三嵌段共聚物降低表面(界面)張力的能力十分有限，其原因可能是大分子疏水鏈段在水溶液中易締合，可形成以親水鏈段為外殼、疏水鏈段為脫水內(nèi)核的膠束，致使疏水鏈段不能在界面形成有效的覆蓋。多嵌段共聚物如氧乙烯-氧丙烯多嵌段共聚物(商品Pluronics)，其疏水性氧丙烯鏈段為親水性氧乙烯鏈段所間隔而分布于整個(gè)分子鏈上，不易形成締合，增大了大分子鏈向界面遷移的能力，呈現(xiàn)較高的表面活性。氧乙烯-硅氧烷嵌段共聚物是一個(gè)例外，其0.1%水溶液的表面張力最低達(dá)20.4mN/m(20℃)，表面活性優(yōu)于低分子表面活性劑ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>金勇</Author><Year>2005</Year><RecNum>39</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[3]</style></DisplayText><record><rec-number>39</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="rpp5ettekxeer4efx2jx2x0hz5xstv2xt9s5"timestamp="1447148330">39</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>金勇</author><author>董陽(yáng)</author><author>魏德卿</author></authors></contributors><auth-address>中國(guó)科學(xué)院成都有機(jī)化學(xué)研究所,中國(guó)科學(xué)院成都有機(jī)化學(xué)研究所,中國(guó)科學(xué)院成都有機(jī)化學(xué)研究所成都610041,成都610041,成都610041</auth-address><titles><title>高分子表面活性劑的合成</title><secondary-title>化學(xué)進(jìn)展</secondary-title></titles><periodical><full-title>化學(xué)進(jìn)展</full-title></periodical><pages>151-156</pages><number>01</number><keywords><keyword>高分子表面活性劑</keyword><keyword>合成</keyword><keyword>表面活性</keyword></keywords><dates><year>2005</year></dates><isbn>1005-281X</isbn><call-num>11-3383/O6</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[3]。3.3由大分子化學(xué)反應(yīng)制備高分子表面活性劑在高分子化合物中引入親水或疏水基團(tuán)以修正其親水一疏水性，可得到各類型的高分子表面活性劑。聚丁二烯、聚乙戊二烯通過三氧化硫磺化反應(yīng)可得到相對(duì)分子質(zhì)量為(1.0~6.6)×l04的水溶性高分子表面活性劑，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.50%的水溶液表面張力為38mN/m(20℃)。烷基酚與甲醛縮合物再與氧乙烯反應(yīng)制得的高分子表面活性劑，CMC下的表面張力為23mN/m(52℃)。將對(duì)烷基酚與甲醛縮合所得的線性高分子與環(huán)氧乙烷加成，得到水溶性非離子表面活性劑，將該非離子表面活性劑硫酸化，可得到陰離子型高分子表面活性劑。聚丁二烯、聚異戊二烯通過三氧化硫磺化反應(yīng)，可得到陰離子型高分子表面活性劑。聚乙烯吡啶季銨化后可得到陽(yáng)離子型高分子表面活性劑。四、高分子表面活性劑的應(yīng)用4.1高分子表面活性劑在造紙方面的應(yīng)用高分子表面活性劑由于具有很好的分散、絮凝、增溶、乳化穩(wěn)泡、增稠、成膜和黏附等作用，在改進(jìn)紙張性能，提高造紙機(jī)效率等方面有著非常獨(dú)特的重要作用。近年來越來越受到造紙工作者的重視。高分子表面活性劑可作為松香乳化劑如硬脂酸聚氧乙烯酯，丙烯酸二乙胺基酯/丙烯酰胺共聚物、二甲胺基甲基丙烯酰胺/丙烯酸共聚物等，對(duì)于松香有很好的分散效果。乳液型的丙烯酸酯類單體的共聚物作為乳化劑亦有理想的分散效果。有些陽(yáng)離子表面活性劑本身也是施膠劑，如陽(yáng)離子聚酰胺環(huán)氧氯丙烷等。高分子表面活性劑還可作為漿內(nèi)施膠劑、表面施膠劑、涂布顏料分散劑、廢紙脫墨助劑、助留助濾劑、樹脂控制劑、廢水絮凝劑、抗油抗水劑、紙張柔軟劑、造紙消泡劑和污垢分散劑應(yīng)用于造紙工業(yè)。也可用作紙張助留劑、助游劑，能極大地提高成品紙質(zhì)量，節(jié)約成本，提高造紙廠的生產(chǎn)能力ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>張光華</Author><Year>2003</Year><RecNum>37</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[4]</style></DisplayText><record><rec-number>37</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="rpp5ettekxeer4efx2jx2x0hz5xstv2xt9s5"timestamp="1447148330">37</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>張光華</author><author>顧玲</author><author>盧鳳紀(jì)</author></authors></contributors><auth-address>西安交通大學(xué)環(huán)境與化工學(xué)院,陜西科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院,西安交通大學(xué)環(huán)境與化工學(xué)院陜西西安,710049,陜西科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院,陜西咸陽(yáng),712081,陜西咸陽(yáng),712081,陜西西安,710049</auth-address><titles><title>高分子表面活性劑的特性及其在造紙工業(yè)中的應(yīng)用</title><secondary-title>日用化學(xué)工業(yè)</secondary-title></titles><periodical><full-title>日用化學(xué)工業(yè)</full-title></periodical><pages>25-28</pages><number>01</number><keywords><keyword>表面活性劑</keyword><keyword>高分子表面活性劑</keyword><keyword>造紙助劑</keyword><keyword>應(yīng)用</keyword></keywords><dates><year>2003</year></dates><isbn>1001-1803</isbn><call-num>11-2180/TQ</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[4]。4.2高分子表面活性劑在制藥方面的應(yīng)用高分子表面活性劑作為藥物制劑輔料，在傳統(tǒng)劑型(如片劑、乳劑、液體制劑等)和新劑型(膜劑、脂質(zhì)體、微球泵片、滴丸共沉物)中均有廣泛的應(yīng)用。高分子表面活性劑的特殊性質(zhì)，使其在各類藥物中能夠同時(shí)發(fā)揮潤(rùn)濕、乳化、增溶等作用，同時(shí)又根據(jù)劑型的不同，其作用各有側(cè)重。如高分子表面活性劑作為助懸劑，是保持混懸劑物理穩(wěn)定性的重要輔料之一，它在兩相界面形成溶劑化膜和相同電荷，使混懸劑微粒穩(wěn)定，同時(shí)它還能降低分散相和溶劑間的界面張力，以利于疏水性藥物潤(rùn)濕和分散。如以羥丙基甲基纖維素(HPMC)為助懸劑制備布洛芬混懸劑，經(jīng)Hakke黏度測(cè)定儀測(cè)定為假塑性流體其藥物含量穩(wěn)定ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>王翔</Author><Year>2007</Year><RecNum>40</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[5]</style></DisplayText><record><rec-number>40</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="rpp5ettekxeer4efx2jx2x0hz5xstv2xt9s5"timestamp="1447148330">40</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>王翔</author><author>代加林</author><author>楊夢(mèng)</author></authors></contributors><auth-address>西南石油大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,西南石油大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,西南石油大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院四川成部610500,四川成部610500,四川成部610500</auth-address><titles><title>高分子表面活性劑的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀</title><secondary-title>塑料工業(yè)</secondary-title></titles><periodical><full-title>塑料工業(yè)</full-title></periodical><pages>22-24+35</pages><number>S1</number><keywords><keyword>高分子表面活性劑</keyword><keyword>有機(jī)硅</keyword><keyword>含氟聚合物</keyword><keyword>采油</keyword><keyword>綜述</keyword><keyword>應(yīng)用</keyword></keywords><dates><year>2007</year></dates><isbn>1005-5770</isbn><call-num>51-1270/TQ</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[5]。4.3高分子表面活性劑在采油方面的應(yīng)用高分子表面活性劑是一類可用于石油開采的新材料。利用高分子表面活性劑既有增粘能力，又能降低油水界面張力的特性，提高波及系數(shù)與驅(qū)油效率，解決聚合物表面活性劑復(fù)合驅(qū)體系的色譜分離效應(yīng)問題。國(guó)外已有類似共聚物的報(bào)道，但分子量不高，增粘能力不強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)室已開展的大量研究工作表明，高分子表面活性劑可使油水界面張力降至10~2mN/m，有5種高分子表面活性劑的復(fù)合體系能使油水界面張力降至10～3mN/m的超低值。為了能將這種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新材料盡快推向工業(yè)應(yīng)用，需要進(jìn)一步投入力量進(jìn)行研究和開發(fā)ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>徐堅(jiān)</Author><Year>1997</Year><RecNum>42</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[6]</style></DisplayText><record><rec-number>42</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="rpp5ettekxeer4efx2jx2x0hz5xstv2xt9s5"timestamp="1447148330">42</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>徐堅(jiān)</author></authors></contributors><auth-address>高分子材料工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室四川聯(lián)合大學(xué)高分子研究所</auth-address><titles><title>高分子表面活性劑研究進(jìn)展</title><secondary-title>油田化學(xué)</secondary-title></titles><periodical><full-title>油田化學(xué)</full-title></periodical><pages>95-99</pages><number>03</number><keywords><keyword>高分子表面活性劑</keyword><keyword>合成方法</keyword><keyword>親水／疏水單體</keyword><keyword>表面活性大單體</keyword><keyword>表面活性</keyword><keyword>油田化學(xué)劑</keyword><keyword>綜述</keyword></keywords><dates><year>1997</year></dates><isbn>1000-4092</isbn><call-num