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1、第1页，本讲稿共24页一、表面活性剂简介一、表面活性剂简介二、高分子表面活性剂简介二、高分子表面活性剂简介三、高分子表面活性剂的结构与性能三、高分子表面活性剂的结构与性能四、高分子表面活性剂的应用四、高分子表面活性剂的应用五、总结五、总结主要内容第2页，本讲稿共24页一、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
2、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。第3页，本讲稿共24页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 第4页，本讲稿共24页5a.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（hydrophobi
3、c group）亲水基团（hydrophilic group）第5页，本讲稿共24页1.3 表面活性剂的作用机理6a.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，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多分子有序聚集体称为胶束胶束第6页，本讲稿共24页 1.3.1 胶束
4、的形状7棒状片状球状层状第7页，本讲稿共24页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（Critical Micelle Concentration，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。第8页，本讲稿共24页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
5、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35nm，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。第9页，本讲稿共24页 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(enhancedoil recovery)、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)
6、、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第10页，本讲稿共24页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
7、下几种(式中R均表示长链烷基)：第11页，本讲稿共24页 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第12页，本讲稿共24页2.2.1 阴离子高分子表面活性剂(1)羧羧酸酸型型
8、典典型型聚聚合合物物有有聚聚丙丙烯烯酸酸及及其其共共聚聚物物、丁丁烯烯酸酸及及其其共共聚聚物物、丙丙烯烯酸酸马马来来酸酸酐酐共共聚聚物物以以及及它它们们的的部部分分皂皂化化物等。物等。(2)硫酸酯型 典型的聚合物有:第13页，本讲稿共24页(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：第14页，本讲稿共24页 (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、
9、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：第15页，本讲稿共24页 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第16页，本讲稿共24页 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第17页，本讲稿共24页三、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
10、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）第18页，本讲稿共24页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第19页，本讲稿共24页 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
11、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。第20页，本讲稿共24页四、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
12、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。第21页，本讲稿共24页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
13、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。第22页，本讲稿共24页五、总结五、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。第23页，本讲稿共24页第24页，本讲稿共24页