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双子表面活性剂研究进展

双子表面活性剂研究进展
双子表面活性剂研究进展

双子表面活性剂的研究进展

摘要:综述了双子表面活性剂的结构特点、国内外研究状况、合成方法和性能,并对其作出总结和展望。

关键词:双子表面活性剂、研究状况、合成、性能、展望

新一代双子(Gemini)表面活性剂的出现,是表面活性剂领域的一大突破,是为表面活性剂科学开拓了广阔的前景。双子表面活性剂( Gemini surfactant或dmieric surfactant),又称孪连表面活性剂、双生表面活性剂或偶联表面活性剂,是通过一个联接基将两个传统表面活性剂分子在其亲水头基或接近亲水头基处连接在一起而形成的一类新型表面活性剂[1]。它突破了传统表面活性剂只含有单疏水基团和单亲水基团的两亲结构,包含两个或两个以上的疏水基团和亲水基团,,具有比传统表面活性剂高得多的表面活性。它具有许多传统表面活性剂所不具备的、意想不到的新性能。

1、双子表面活性剂的结构特点

与传统表面活性剂不同,双子表面活性剂中含有至少两个以上亲水基团(离子头基或极性基团)和两个以上疏水基团(碳氢链、碳硅链或碳氟链),并在亲水基团处或靠近亲水基团的疏水基团处由联接基团以化学键相联接。如果联接基团在远离亲水基团处,甚至在疏水基团末端,则变为另一种表面活性剂:双头表面活性剂。双子表面活性剂结构示意图如图1所示。图1中所示的联接基团在亲水基处的为串联结构的双子表面活性剂,联接基团在靠近亲水基团的疏水基团处的为并联结构的双子表面活性剂。从已报导的文献来看,疏水基团R 和亲水基团I都可多于两个,联接基团也可多于一个。它们的结构可以是对称的,也可以是不对称的(即图1中R1和R2可以相等,也可不等;I1可以等于I2,也可以不等)。因此,有人认为,将双子表面活性剂叫为低聚表面活性剂( oligomeric)更为恰当[2]。组成双

子表面活性剂亲水基团的可以是阴离子、阳离子、两性离子、非离子,也可以是阴阳离子和离子对。疏水链大多是碳氢结构,如长链烷烃( 8~ 20个C原子),芳烃和杂环化合物。最近也有碳氟链出现[3]。联接基团则较为复杂。目前对双子表面活性剂联接基团的研究主要集中于串联结构,从已报导的文献来看, 联接基团主要有长链的柔性结构,如聚亚甲基。也有短链结构和刚性结构,如含1~ 2个碳原子的亚烷基和对苯二亚甲基链。有疏水的非极性链,如脂肪族和芳香族碳氢链等,也有亲水的极性链,如聚氧乙烯醚链等。

图 1 双子表面活性剂和传统表面活性剂结构示意图

R: 疏水链; I: 亲水链; Y: 联接基因

2、双子表面活性剂国内外的研究情况

1971年, Bunton 等[4]首次合成了一类阳离子型gem ini表面活性剂::烷基– AX- 双二烷基双甲基烷基溴化铵,并对它们的表面活性和临界胶束浓度进行了研究。1990年,Zhu

等[5]合成出了阴离子型表面活性剂。1991年美国Emory大学的Menger等合成了以刚性间隔基联接离子头基的双烷烃链表面活性剂。并命名为gemini型表面活性剂。此后对双子表面活性剂的研究及新型结构的双子表面活性剂不断被报道。各国已对gem ini表面活性剂做了大量的研究工作,并合成了许多新型gem ini表面活性剂,如: 不对称型、无公害双糖型、阳离子(季铵盐) 和阴离子(磷酸盐)的两性型。

1999 年11 月,日本大阪大学池田功教授应邀来华讲学,介绍了以环氧氯丙烷为原料,和单长链烷基二甲基叔胺在其盐酸盐存在下反应可以很容易地得到Gemini 阳离子,并研究

了该反应的机理和此Gemini 阳离子的表面活性[6]。反应方程式如下:

为了进一步认识这类表面活性剂提高表面活性的机理,池田功等又设计、合成了多烷基多季铵盐阳离子并研究了它们的性能[7]。其合成路线如下:

为了使这类高性能表面活性剂具有良好的生物降解性,池田功等又设法在Gemini 阳离子表面活性剂烷基链中引入易降解的酯基和酰胺基[8],合成的线路如下:

实验证明,引入酯基的双季铵盐和单季铵盐具有良好的降解性和表面张力的降低能力,而引入酰胺基的双季铵盐与原来的期待值相反,几乎不降解。

目前国内对双子表面活性剂进行研究的主要有福州大学化学系、山东大学胶体与界面实验室、北京大学化学院、无锡轻工大学化学与材料工程学院、石油大学( 华东) 石油工程学院、中国日用化学工业研究所、北京航空航天大学材料科学与工程系材料学、北京工商大学化工学院应用化学系、齐齐哈尔大学化学化工学院等。其中以北京航空航天大学材料科学与工程系材料学的陈功合成的一种新型的并联结构的双季铵盐阳离子Gemini TM 和BS,因其独特的表面性能应受到更加的注重。现简要介绍其合成路线如下[9~10]:

3、双子表面活性剂的合成

根据双子表面活性剂分子结构,其合成路线归纳起来有以下 3 种:

(1)用联结基团将两面个或(多个)两亲体在头基外键合起来。

(2)用联结基团先将两个尾链联结起来,再接上头基。

(3)用联结基团将头基联结起来,再接上尾链。

3.1、对称型双子表面活性剂的合成

对称型双子表面活性剂是指分子结构中含有相同的极性头基和相同的疏水尾链的表面活性剂,与非对称gemini 表面活性剂比较,由于合成和分离比较容易,对这类表面活性剂的研究比较广泛,已合成的表面活性剂有阴离子型、阳离子型和非离子型等。

3.1.1、对称型阳离子双子表面活性剂的合成

在阳离子gemini 表面活性剂研究中,最成熟最典型的是二季铵基卤化物。如具有抑菌性的含酰胺基溴化物双子表面活性剂的合成路线[11]:

图2 双酰胺基阳离子双子表面活性剂的合成路线

3.1.2、对称型阴离子双子表面活性剂的合成

阴离子Gemini 表面活性剂分为磺酸型、羧酸型、磷酸型等。文献Leslie R Dix[12]利用比较廉价的试剂通过一步合成出一种羧酸型阴离子双子表面活性剂,合成路线如下:

3.1.3、对称型非离子双子表面活性剂的合成

与阳离子、阴离子表面活性剂比较,非离子表面活性剂的合成比较复杂,聚氧乙烯型非离子双子表面活性剂的合成路线如下:

3.2、非对称双子表面活性剂的合成

在许多文献中将非对称双子表面活性剂称为Heterogemini,一般是指具有不同极性头基的双子表面活性剂。由于非对称表面活性剂在溶液中低浓度时具有极强的自组装特性和界面聚集行为,引起人们极大的兴趣。1996 年Jaeger 和他的同事首次报道了阴离子- 阳离子型Heterogemini,随后几年,人们开发研究了其它类型的表面活性剂,如阳离子- 非离子型、阴离子非离子型及非离子- 非离子型等。

3.2.1、阳离子- 阴离子型Heterogemini 表面活性剂的合成

阳离子- 阴离子型Heterogemini 表面活性剂的分子结构与两性表面活性剂相似,以脂肪醇、脂肪胺为原料合成了一系列磷酸酯基- 季铵基双子表面活性剂,两个疏水链的碳原子

在8~ 18之间。合成路线如下:

3.2.2、阴离子- 非离子型Heterogemini 表面活性剂的合成

有一类环境友好的Heterogemi-ni 表面活性剂。这类表面活性剂是以油酸的衍生物、油腈为原料,两个极性头基分别为磺酸盐和与甲基键合的聚氧乙烯基。合成路线如下:

4、双子表面活性剂的独特性质

双子表面活性剂独特的分子结构赋予其独特的性能。相对于对应的传统表面活性剂, 双子表面活性剂具有如下优越的性能[13~15]。

4.1、低临界胶束浓度(CMC)

与常规表面活性剂相比,双子表面活性剂具有较低的CMC。双子表面活性剂(双亚甲基-1,2-双(十二烷基二甲基溴化铵) )与对应的常规表面活性剂DTAB(十二烷基三甲基溴化铵)在25℃时浓度与表面张力的关系如图3所示

由图3可知,双子表面活性剂的CMC 为w = 0.055% ,而对应的常规表面活性剂DTAB 则为w = 0.50% ,前者比后者几乎低一个数量级。这是因为双子表面活性剂分子中的离子头基通过共价键作用,削弱了头基之间的静电斥力,使碳链间距和单元分子头基间距缩短,从而使烷烃链相互排列更为紧密,疏水作用增强,胶团的稳定性增大,胶团化倾向增强,所以其CMC值比对应的常规表面活性剂低。

图3 (双亚甲基-1,2-双(十二烷基二甲基溴化铵) )与DT AB的CM C及c20的对比4.2、高表面活性

双子表面活性剂比对应的常规表面活性剂更能有效地降低水的表面张力, 这种效率通

常用c20 ( 水的表面张力每降低20m N·m- 1所需的表面活性剂浓度)和CMC时的表面张力rCMC来表示。例如,双子表面活性剂(双亚甲基-1,2-双(十二烷基二甲基溴化铵) )和DTAB 的c20分别为0.0083% 和0.21% ( 图3) ,前者仅为后者的1 /25。这是因为DTAB分子的亲水头基间存在静电斥力。使得碳氢链之间的距离变远,在水的表面排列疏松;而双子表面活性剂的两个离子头基靠联接基通过化学键连接,使联接基两端的两个表面活性剂分子的距离缩短,从而使两个疏水尾基间更容易产生强的范德华引力,即加强了碳氢链间的疏水结合力,同时,离子头基间的静电排斥倾向因受制于化学键力而被大大削弱,这样在水的表面排列更为紧密,所以相对于单链单头基的常规表面活性剂,双子表面活性剂具有更高的表面活性。

4.3、强增粘性

表面活性剂水溶液的宏观流变性与其在水溶液中的微观聚集状态密切相关。带有短联接基的双子表面活性剂的水溶液在浓度相对较低时即表现出增粘能力,而常规表面活性剂在相同条件下的水溶液的粘度则很低。图4描绘了双子表面活性剂(双亚甲基-1,2-双(十二烷

基二甲基溴化铵) )和常规表面活性剂DTAB 在25℃时不同体积分数对浓度的影响。

图4 (双亚甲基-1,2-双(十二烷基二甲基溴化铵) )与DT AB增粘能量的对比由图4可以看出,DTAB 的体积分数即使高达10% ,其水溶液的粘度也只是稍高于纯水的粘度;而双子表面活性剂(双亚甲基-1,2-双(十二烷基二甲基溴化铵) )的体积分数为5%时,其水溶液的粘度即可达几百P a·s,比DTAB 高6个数量级。这是因为随着浓度的增大,双子表面活性剂分子在水溶液中形成线状胶束并相互缠结形成网状结构。

4.4、生物安全性

表面活性剂对皮肤的刺激性随体系中未胶束化表面活性剂浓度的降低而降低。双子表面活性剂的CMC 值较低,未形成胶束的游离表面活性剂浓度很低,所以对皮肤的刺激性极微。

除上述性能外,双子表面活性剂还具有更好的水溶性、优良的润湿性、强去污能力等,和常规表面活性剂尤其非离子型表面活性剂复配能产生更强的协同效应。

5、结论与展望

5.1、结论:

传统表面活性剂已广泛用于化工各领域,人们称为工业味精,双子表面活性剂则将无愧是工业味精的新一代精品。由于双子表面活性剂的特殊结构,键合产生的新分子几何形状的改变,带来了若干新形态的分子聚集体,这大大丰富了两亲分子自组织现象。它不仅具有高

表面活性,而且产生新形态聚集体和奇异性质,为多学科交叉创造条件,将在化学生物学、

纳米科技、超分子与全盛化学的发展中受到重视,将会在诸多的领域中发挥出独特的作用。

5.2、展望

阻碍双子表面活性剂走向应用的瓶颈问题之一是其价格较为高昂,难以工业化生产。尽管双子表面活性剂用量极低即可达到传统表面活性剂的效果,但终端用户常常只关心产品价格而忽视产品的性价比。因此,在未来的研究中,除了开发价格低廉的双子表面活性剂外,还应该着重探讨其性价比;并应在不同的应用领域开展有针对性的应用基础研究,为推动和拓宽双子表面活性剂的应用范围打下基础。

而且,目前对双子表面活性剂的研究主要集中于串联结构,而对并联结构和联接基团位置对表面活性的影响研究得很少。现有的研究数据表明并联结构的双子表面活性剂具有比串联结构的双子表面活性剂高的降低表面张力的能力。在疏水链中引入酯基有利于表面活性剂的降解和溶液表面张力的降低。所以以后对双子表面活性剂的研究,应该更要着重并联结构的探索和合成,推动双子表面活性剂向更进一步的应用领域发展,为人类的日常生活服务。

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表面活性剂最新研究进展

表面活性剂最新研究进展 人类的日常生活,各类生产活动,多种科学和技术的进步对表面活性剂品种和性能提出越来越高的要求,促使表面活性剂科学不断发展,迄今方兴未艾,表面活性剂已经深入到生命起源以及膜材料、纳米材料、对映体选择性的反应等各个领域中,设计新的有特殊用途和应用价值的表面活性分子仍不断受到人们的关注。新的功能型表面活型剂与附加的官能基团的性质和位置有密切关系, 对传统的表面活性剂分子结构的修饰会导致其结构形态有很大的变化,近几年国内外的相关研究单位在表面活性剂领域的最新研究进展主要有以下方面。 一、高分子表面活性剂 高分子表面活性剂的合成成为近年来表面活性剂合成研究的热点课题之一。高分子表面活性剂是相对一般常言的低相对分子质量表面活性剂而讲的,通常指相对分子质量大于1000且具有表面活性功能的高分子化合物。它像低分子表面活性剂一样,由亲水部分和疏水部分组成。高分子表面活性剂具有分散、凝聚、乳化、稳定泡沫、保护胶体、增溶等性质,广泛应用作胶凝剂、减阻剂、增黏剂、絮凝剂、分散剂、乳化剂、破乳剂、增溶剂、保湿剂、抗静电剂、纸张增强剂等。因此,高分子表面活性剂近年来发展迅速,目前已成为表面活性剂的重要发展方向之一。 高分子表面活性剂可根据在水中电离后亲水基所带电荷分为阴离子型、阳离子型、两性离子型和非离子型四类高分子表面活性剂。如阴离子型的高分子表面活性剂有聚(甲基)丙烯酸(钠)、羧甲基纤维素(钠)、缩合萘磺酸盐、木质素磺酸盐、缩合烷基苯醚硫酸酯等。两性离子型的高分子表面活性剂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。非离子型的高分子表面活性剂有羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧乙烯类共聚物等。阳离子型的高分子表面活性剂有聚烯烃基氯化铵阳离子表面活性剂、亚乙基多胺与表氯醇共聚季铵盐、淀粉或纤维素高取代度季铵盐、多聚季铵盐、聚多羧基季铵盐等。 开发低廉、无毒、无污染和一剂多效的高分子表面活性剂将是今后高分子表面

季铵盐型双子表面活性剂与十八醇的混合单分子膜_周栋梁

Vo.l 28 高等学校化学学报No .52007年5月 CHEM I CAL J OURNAL OF CH I NESE UN I VERSI T I E S 932~935季铵盐型双子表面活性剂与十八醇的混合单分子膜 周栋梁1,杨红伟1,朱谱新1,孙玉海2,冯玉军2,吴大诚1 (1.四川大学纺织研究所,成都610065;2.中国科学院成都有机化学研究所,成都610041)摘要 研究了双子表面活性剂12-2-16和12-2-12分别与十八醇(C 18H 37OH )在空气-水界面上混合单分子膜的P -A 等温线.在相分离表面压以下,比较了不同表面压下和不同混合比单分子膜的混合表面过剩自由能$G ex o M ,分析了双子表面活性剂与脂肪醇在空气-水界面上混合膜中的相容性.结果表明,12-2-16与C 18H 37OH 在所有混合摩尔比下随着表面压增高,自由能增大.12-2-12与C 18H 37OH 混合膜体系的相容性取决于两者的 混合比,$G exo M 随所加入C 18H 37OH 摩尔分数的增加逐渐增大,从异种分子间净的吸引作用转变到相互排斥 作用体系,转变点为C 18H 37OH 加入量的摩尔分数0165.当混合为热力学自发过程时,增大表面压将有利于混合;而对相互排斥体系,增加表面压将使体系内异种分子之间的相互排斥作用更大. 关键词 季铵盐型双子表面活性剂;十八醇;混合单分子膜;混合表面过剩自由能 中图分类号 O 647 文献标识码 A 文章编号 0251-0790(2007)05-0932-04 收稿日期:2006-07-05. 基金项目:国家自然科学基金(批准号:50673062)资助. 联系人简介:朱谱新(1956年出生),男,博士,教授,主要从事高分子材料结构与性能、表面与界面等方面的研究. E-m ai:l z hupxscu @163.co m 双子表面活性剂的结构特殊,表面活性更高,能有效地降低表面张力,易形成胶束、易溶解、润湿 性良好[1],因而成为研究的热点[2~11].季铵盐型双子表面活性剂是一种目前研究较多的阳离子型双子表面活性剂,对它的合成以及物理化学性能已有深入的研究[8~11].为了使双子表面活性剂能大规模的应用,人们探索了其与普通阴离子、阳离子、非离子和两性离子表面活性剂进行复配使用,并研究了 其混合体系溶液的表面性质[9~11].以Lang mu ir 膜天平为手段研究双子表面活性剂在空气-水界面的单 分子膜,可以了解其在溶液中的胶束行为.通常,两亲性分子铺展的单分子膜在压缩过程中处于亚稳态,当表面压较低时在缓慢压缩的时间尺度下,可以将压缩单分子膜看成是稳定的,因为铺展分子从 膜中向亚相溶解需要克服脱附能垒,达到平衡的过程很漫长[12].以往对于具有一定水溶性的两亲性分 子表面单分子膜的研究较少,而对此方面的研究可以得到表面单分子膜稳定性的很多信息.本文采用Lang m uir 膜天平分别测定了双子表面活性剂12-2-16和12-2-12与C 18H 37OH 混合膜在空气-水界面上混合膜的P -A 等温线,并计算混合表面过剩自由能,从而说明与极性有机分子C 18H 37OH 复配时,双子表面活性剂12-2-16和12-2-12形成的复合单分子膜的界面行为以及混合膜分子之间的相互作用.1 实验部分 1.1 试剂与仪器 双子表面活性剂12-2-16和12-2-12为自制[13],在丙酮和乙醇的混合溶剂中重结晶3次.在25e 时,12-2-16和12-2-12水溶液的临界胶束浓度分别为0116和0180mm o l/L [13].正十八醇(C 18H 37OH,分析纯,上海光铧科技有限公司);三氯甲烷(分析纯,成都长联化工试剂有限公司);无水乙醇(分析纯,沈阳化学试剂厂);实验用水为二次去离子水;LB 膜分析仪(KSV 2000-Ⅲ型,芬兰). 1.2 实验过程 分别配制12-2-16,12-2-12和C 18H 37OH 的三氯甲烷溶液,浓度约为1g /L ,再按一定摩尔比配成混合溶液.先用无水乙醇将Lang mu ir 槽(材质为聚四氟乙烯,内径尺寸700mm @120mm @10mm )清洗干净,再用二次去离子水冲洗,然后注满二次去离子水,用障条刮水面3次,以去除水面上的杂质.

表面活性剂的作用

表面活性剂的作用 润湿作用 润湿是固体与液体接触时,扩大接触面而相互附着的现象。若接触面趋于缩小不能附着则称不润湿。可以用接触角θ的大小来描述润湿的情况。液体,比如把水滴在玻璃表面上,它很容易铺展开,在固液交界处有较小的接触角θ;而滴在固体石蜡上则呈球形,θ达到180°。接触角越小,液体对固体润湿得越好,θ为180°表示液体完全不润湿固体。显然,这是不同表面与界面的张力的作用的综合的结果。倘若加入表面活性剂,改变液体的表面张力,则接触角θ随之改变,液体对固体的润湿性也就改变了。能被液体所湿润的固体称为亲液性固体,反之称为憎液性固体。一般极性液体容易润湿极性固体物质。极性固体皆亲水,如硫酸盐、石英等。而非极性固体多数是憎水的,如石蜡、石墨等。 乳化和增溶作用 把一种液体以极其细小的液滴(直径约在0.1~数十μm数量)均匀分散到另一种与之不相混溶的液体中的过程称为乳化。所形成的体系称为乳状液。将两种纯的互不相溶的液体,比如水和油放在一起用力振荡(或搅拌)能看到许多液珠分散在体系中,这时界面面积增加了,构成了热力学不稳定体系。静置后水珠迅速合并变大,又分为两层,得不到稳定的乳状液。若想得到较稳定的乳状液,通常加入稳定剂,称为乳化剂。它实际上是表面活性剂。它的作用在于能显著降低表(界)面张力。由于表面活性剂分子在“液滴”,即胶束表层作定向

排列,使“液滴”表层形成了具有一定机械强度的薄膜,可阻止“液滴”之间因碰撞而合并。若用离子型表面活性剂时,因为带同性电荷,胶束间相斥阻止了液滴的聚集。乳状液中所形成的胶束有两种。 前者分散介质是水,分散质为油,这种乳状液称为水包油型(O/W);后者则正相反,这种乳状液是油包水型(W/O)。把某种表面活性剂加入到乳状液中,乳状液会变成透明溶液。表面活性剂的这种作用叫做增溶作用,起增溶作用的表面活性剂叫增溶剂。表面活性剂可以用于增溶的原因:是由于表面活性剂形成了各种形式的胶束,分散质进入胶束囊中或层间使胶束膨胀但又不破裂(体系外观也没有变化),因而“增加”了溶解度。 与乳化类似,将磨细的固体微粒(粒径0.1μm至几十μm)分散到液体中时,加入少量的表面活性剂可增加液体对固体的润湿程度,抑制固体微粒的凝聚成团的倾向,从而能很好地均匀地分散在液体中。 起泡和消泡作用 大家知道纯水不易起泡,肥皂水却很容易形成较稳定的泡沫。泡沫是未溶气体分散于液体或熔融固体中形成的分散系。能使泡沫稳定的物质为起泡剂。它们大多数是表面活性剂,肥皂便是一种。气体进入液体(水)中被液膜包围形成气泡。表面活性剂富集于气液界面,以它的疏水基伸向气泡内,它的亲水基指向溶液,形成单分子层膜。这种膜的形成降低了界面的张力而使气泡处于较稳定的热力学状态。当气泡在溶液中上浮到液面并逸出时,泡膜已形成双分子膜了。倘若再加入另一类表面活性剂,部分替代原气泡膜中起泡剂分子,从而改变膜

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生物表面活性剂研究进展 杨齐峰 (黄石理工学院,湖北,435000) 【摘要】:生物表面活性剂是由微生物分泌的天然产物,它无毒,可以生物降解,对环境影响很小,具有高效的表面活性,因此是合成表面活性剂的理想代替品。介绍了生物表面活性剂的特性及其生产制备方法,综述了近年生物表面活性剂在石油、洗涤、医药、食品等工业领域的应用与研究进展,主要介绍了利用生物表面活性剂在提高石油采收率等方面的应用,探讨了今后生物表面活性剂的主要发展方向。 【关键词】:生物表面活性剂;微生物;应用;发展趋势 Biosurfactant research progress Yangqifeng (Huangshi Institute of Technology School Hubei 435003)abstract:Biological surfactant is secreted by microbial natural products,it is avirulent,can biodegradation,a little influence and efficient surface activity,and is thus synthesis of surfactants ideal replacement. Introduces the characteristics and its biosurfactant production preparation methods,this paper reviews biosurfactant in petroleum,washing,pharmaceutical,food and other industrial areas of application and research progress,mainly introduced the use of biological surfactants in enhanced oil recovery of application,discusses the future biosurfactant the main development direction。 key words:biosurfactant;Microbial;application;development tendency 表面活性剂是一类能显著降低溶剂表面张力的物质,化学合成的表面活性剂都是以石油为原料化学合成而来的,在生产和使用过程中常常会给人类生存环境带来严重的污染,对人类的身体健康产生很大威胁。生物表面活性剂是从20世

新型双子表面活性剂的制备及性能研究_顾义师

新型双子表面活性剂的制备及性能研究 顾义师黄丹 * (江南大学生态纺织科学与技术教育部重点实验室 无锡 214122) 南通苏州大学纺织研究院开放课题(NS1211)资助2013-01-15收稿,2013-03-11接受 摘要制备了一系列羧基支化改性双子表面活性剂,其利用马来酸酐将2个疏水性基团和2个亲水性 基团通过弱酯键连接基团连接在一起,以反丁烯二酸为羧化试剂在过氧化自由基的引发下进行羧化接枝反应接入了阴离子亲水基团。用红外光谱和核磁共振表征了合成物的分子结构。测定了合成产物的表面张力、胶团形貌、疏水性能、泡沫性能、润湿性能、乳化性能和分散性能。结果显示所合成的双子表面活性具有优异的表面性能。 关键词 双子表面活性剂 表面性能 表面张力 分散性能 Preparation and Properties of Novel Gemini Surfactant Gu Yishi ,Huang Dan * (Education Ministry Key Laboratory of Science &Technology for Eco-textiles ,Jiangnan University ,Wuxi 214122) Abstract A series of carboxyl branch modified Gemini surfactants were prepared.These cleavable surfactants possess two identical hydrophobic alkyl group moieties ,two hydrophilic polyethylene glycol group moieties and a succinic acid spacer as weak ester linkage.Nonionic hydrophilic moieties had been added by reacting fumaric acid in the presence of a peroxy-type free radical initiator to form a carboxylic acid groups.The structures of these compounds were confirmed through IR and NMR.The physical and chemical properties of synthetic products ,including surface tension ,micelles morphology ,hydrophilicity ,foam property ,wetting property ,emulsifying property and dispersion property were determined.The results showed that the as-prepared Gemini surfactants have excellent surface properties. Keywords Gemini surfactant ,Surface properties ,Surface tension ,Dispersion properties 双子表面活性剂(Gemini surfactant )在结构上是由2个亲水基团和2个疏水基团在连接基团的作用下形成的。其有着比传统表面活性剂不止2倍的性能提升且表面张力更低、临界胶束浓度(CMC )更低的特点。由于其结构的“非常规”性,使得其在生物医学、纺织染整、三次采油上有着独特的应用 [1 5] 。 聚醚马来酸双酯是一种双子表面活性剂[6,7] ,其利用顺丁烯二酸为连接基团将2个聚醚单体在其 亲水基部位或靠近其亲水基部位通过化学键连在一起,形成1个具有2个亲水基团和2个亲油基团的结构, 由于桥基的作用,使得聚醚单体连接得相当紧密,从而使其碳链之间的作用力增强,而且亲水基(—CH 2CH 2O —)部分的斥力由于桥基的存在而大大减弱,这就使得其活性远大于一般的表面活性剂。在过氧化自由基的作用下,以反丁烯二酸为羧化试剂在聚氧乙烯链上进行羧化接枝,使分子链上带有大量的水溶性羧酸基团。这样的亲水基团和疏水基团的交错排列使得其性能相比传统表面活性剂更为优异。之前有研究者以月桂醇聚醚来合成这类表面活性剂,包括对称[8] 和不对称 [9] 双酯,但由于结构中 含有芳香基团,生物降解性能不好。本研究以硬脂醇聚醚为原料合成羧化硬脂醇聚醚马来酸双酯 Gemini 表面活性剂,性能更优异,更易生物降解。 · 735·http ://www.hxtb.org 化学通报2013年第76卷第6期DOI:10.14159/https://www.wendangku.net/doc/3d8030292.html,ki.0441-3776.2013.06.016

双子表面活性剂表面活性的研究

双子表面活性剂表面活性的研究 马素俊,孙玉海,冯茜,马天态,杨景辉 (中国石化胜利油田分公司采油工艺研究院,东营257000) [摘 要]利用胜利油田临盘采油厂的注入水配制了不同含量的双子表面活性剂,考察了双 子表面活性剂的表面活性,并将其与对应的传统表面活性剂进行了对比。结果表明,双子表面活性剂具有较强的耐温抗盐性能,且在较低含量下降低表面张力的能力明显优于对应的传统表面活性剂,可用于高矿化度和温度为70 90?的油藏。 [关键词]阳离子双子表面活性剂 杂双子表面活性剂 表面活性 收稿日期:2011-08-01。 作者简介:马素俊,硕士,主要从事油层保护技术研究工作。 双子表面活性剂是近年来研究较多的新一代表面活性剂,因其特殊结构而使其具有一些特殊的性质,如低临界胶束浓度、高表/界面活性、良好的水溶性和润湿性等。20世纪90年代初,双子表面活性剂在世界范围内引起极大关注,成为胶体与界面化学领域的研究热点。目前,国外一些研究学者 〔1-2〕 已合成出一系列阴离子、阳离子、 非离子及两性型双子表面活性剂。2001年我国开始进行双子表面活性剂的研究,唐善法等〔3-6〕 合成了不同类型的双子表面活性剂,并对其性能及应用做了大量研究。在石油开采应用中,双子表面活性剂在提高驱油效率方面已有报道〔4〕 ,在 油田开发方面具有广阔的应用前景 〔7〕 。 我们利用胜利油田临盘采油厂的注入水配制了不同含量的双子表面活性剂,考察双子表面活性剂联结基长度对表面张力的影响及阳离子、杂双子表面活性剂的耐温抗盐性能,为双子表面活性剂在实际油藏中应用提供了理论和实践指导。1实验部分 1.1 主要仪器与试剂 SVT 20型旋转滴张力仪,Data physics 公司;天平;恒温水浴TC -202D ,美国Brookfield 。 双子表面活性剂12-2-12、 14-3-14、14-4-14、14-6-14、8(-)-2-16(+),纯度80%,自制;十二烷基三甲基溴化铵(DTAB )、十四烷基三甲基溴化铵(TTAB ),分析纯。 临盘采油厂1316站注入水为NaHCO 3水型,离子组成见表1。 表1 临盘采油厂1316站注入水离子组成 mg /L 1.2 实验方法 盐水配制:按照m (NaCl )?m (CaCl 2)?m (MgCl 2·6H 2O )=7?0.6?0.4质量比配制3种不同含量的盐水。 表面活性剂溶液的配制:用临盘采油厂1316站注入水及不同含量的盐水配制不同含量的表面活性剂溶液。 表面张力测定方法:采用SVT 20旋转滴张力仪测定表面活性剂溶液表面张力。 2结果与讨论 2.1 双子表面活性剂与对应的传统表面活性剂 的性能比较 用1316站注入水配制了不同含量的两种双子表面活性剂溶液及其对应的传统表面活性剂溶液,在70?下,采用旋转滴法测定其表面张力,结果见表2。当表面活性剂溶液含量(质量分数,下 同)>100?10-6 时, 双子表面活性剂在降低表面张力的能力上没有明显优势;当12-2-12含量 为0.1?10-6 时,表面张力为25.54mN /m ;而DTAB 含量为10?10-6时,表面张力为26.36mN /m 。这表明双子表面活性剂在较低含量下可达传统表面活性剂DTAB 高含量下的表面效果, 5 2011年12月马素俊等.双子表面活性剂表面活性的研究

减阻表面活性剂的研究进展

第24卷第1期2007年1月精细化工 FI NE C H E M I CAL S Vo.l24,No.1 J an.2007 表面活性剂 减阻表面活性剂的研究进展* 乔振亮,熊党生 (南京理工大学材料科学与工程系,江苏南京 210094) 摘要:介绍了表面活性剂减阻的机理。探讨了影响表面活性剂减阻效果的各种因素,包括:表面活性剂与补偿离子的结构及其浓度、管路系统的直径、流体的温度和速度以及环境中的金属离子。论述了表面活性剂的减阻与传热效率之间的关系;并且讨论了在使用减阻表面活性剂的循环系统中提高传热效率的方法。总结了减阻表面活性剂的一般特点。预测了减阻表面活性剂的发展趋势。引用文献35篇。 关键词:表面活性剂;减阻;传热效率 中图分类号:TQ423.99 文献标识码:A 文章编号:1003-5214(2007)01-0039-05 Progress i n D rag R educi ng Surfactant R esearch Q I A O Zhen li a ng,X I O NG Dang sheng (D e p ar t m ent of M aterial Science and E ngineer i ng,N anjin g Universit y of Science and T echnology,N anjing210094,J iangsu,China) Abstract:The m echanis m of drag reduc i n g surfactant is i n troduced.M any facto rs i n fluenc i n g t h e effectiveness o f drag reducing surfactant are addressed,such as surfactan,t counteri o n,concentra ti o n, dia m eter of c ircu lati n g syste m s,te m perature and velocity o f the fl u i d,and i o ns inside the recircu lation syste m s.The re l a ti o nship bet w een drag reduction and heat transfer ab ility i s discussed,and m ethods of i m prov i n g the effic i e ncy of heat transfer i n the recircu lation syste m s conta i n ing the drag reduci n g surfactan t are a lso described.Co mm on characteristics of drag reduc i n g surfactant are su mm arized. F i n ally,t h e developm ent trend of drag reduc i n g surfactant is i n d icated.35references are c ited. Key w ords:surfactan;t drag reduction;heat transfer ab ility 19世纪80年代的石油危机引起了人们对减阻技术的普遍关注,继而这一技术迅速应用于各个行业。主动减阻是一种向紊流中添加少量添加剂,使流体摩擦力大大降低的方法。流体的紊流被改变或者受到抑制,便产生了减阻的效果。 一些少量的高分子聚合物和阳离子表面活性剂可以加在水中降低紊流阻力,研究发现,紊流流动阻力最高可以降低80%[1]。所以,这一技术在远距离流体输送、城市供热制冷等领域具有良好的应用前景。虽然一些水溶性的高分子也可以用来减阻,但是在有工业泵的系统中,如果用水溶性高分子就存在着机械降解的问题,并且降解后分子结构无法恢复,使减阻能力下降。表面活性剂受大的剪切应力作用也会发生机械降解,但是它可以自行修复[2]。因此,在有机械力的场合,多用表面活性剂来进行减阻。 用来减阻的表面活性剂有阳离子、阴离子、两性离子等。阴离子表面活性剂做减阻剂使用时,易与水中的钙、镁离子形成沉淀而影响减阻效果;阳离子表面活性剂做减阻剂对水质要求不高,有更广泛的使用范围;在加热系统中用两性减阻表面活性剂也是一种增加经济效益的很有前途的方法[3]。在实际使用中最常用的表面活性剂是阳离子型和两性离子型两类。减阻表面活性剂的特殊重要性,使它受到广泛关注,国内许多人都做了相关研究[4~7]。 本文综述了减阻表面活性剂的研究进展。 *收稿日期:2006-06-19;定用日期:2006-09-08 作者简介:乔振亮(1970-),男,河南省巩义市人,博士研究生,师从熊党生教授,主要从事生物材料、仿生减阻材料的研究,电话:025-********,E-m ai:l q i aozhen liang@126.co m。

双子表面活性剂

双子表面活性剂的合成进展 摘要:双子表面活性剂是一类新型的双亲水基、双疏水基两亲表面活性剂,按照其结构特点,双子表面活性剂可分为阳离子、阴离子、非离子以及两性离子表面活性剂。本文介绍了双子表面活性剂的研究进展和合成现状。 关键词:双子表面活性剂,研究进展,合成现状 双子表面活性剂是一族性能优异的表面活性剂,其分子是由两个普通单链单头基表面活性剂分子在头基处通过联接基团以化学键连接而成。双子表面活性剂特殊的结构决定它比传统表面活性剂具有更优良的性能。它具有两个亲水基和疏水基,通过联接基团将两部分连接,联接基团有化学键作用,降低了两极性间的静电排斥力及其水化层间的作用力,使得双子表面活性剂具有低CMC特性。与单烷烃链和单离子头基组成的普通表面活性剂相比,双子表面活性剂具有如下特征性质:(1)易吸附在气/液表面,有效地降低水的表面张力;(2)易聚集生成胶团,有更低的临界胶束浓度;(3)具有很低的Kraff点;(4)与普通表面活性剂间的复配能产生更大的协同效应;(5)具有良好的钙皂分散性能;(6)优良的润湿性能。目前,双子表面活性剂已经受到世界各国科学家的青睐,并掀起了一股新的研究热潮。本文综述了当前各类双子表面活性剂的研究进展和合成现状。 1阳离子型双子表面活性剂的合成 阳离子型双子表面活性剂由于其特殊结构而呈现出独特的性能, 如抗静电性、杀菌性、柔软性、防腐性等,是其它类型的表面活性剂所无法替代的。国内外对阳离子型双子表面活性剂的合成研究一直比较活跃。大部分阳离子型双子表面活性剂的结构中含有2个亲水基和2个疏水链,且极性基团和疏水链都是相同的,但也看到一些含有特殊官能团表面活性剂的文献 报道。 1.1多烷基多季铵盐表面活性剂的合成

表面活性剂的基本作用与应用

5 表面活性剂的基本作用与应用 表面活性剂的分子由疏水基和亲水基组成。依据“相似相亲”的原则,当表面活性剂分子进入水溶液后,表面活性剂的疏水基为了尽可能地减少与水的接触,有逃离水体相的趋势,但由于表面活性剂分子中亲水基的存在,又无法完全逃离水相,其平衡的结果是表面活性剂分子在溶液的表画上富集,即疏水基朝向空气,而亲水基插入水相。当表面上表面活性剂分子的浓度达到一定值后,表面活性剂基本上是竖立紧密排列,形成一层界面膜,从而使水的表面张力降低,赋予表面活性剂润湿、渗透,乳化、分散、起泡、消泡、去污等作用。 由于表面活性剂疏水基的疏水作用,表面活性剂分子在水溶液中发生白聚,即疏水基链相互靠拢在一起形成内核,远离环境,而将亲水基朝外与水接触。表面活性剂分子在水溶液中的自聚(或称白组装、自组)形成多种不同结构、形态和大小的聚集体(参见第4章)。使表面活性剂具有增溶以及衍生出胶束催化、模板功能、模拟生物膜等多种特殊功能。 表面活性剂已广泛应用于日常生活、工农业生产及高新技术领域,是最重要的工业助剂之一,被誉为“工业味精”。在许多行业中,表面活性剂起到画龙点睛的作用,只要很少量即可显著地改善物质表面(界面)的物理化学性质,改进生产工艺、降低消耗和提高产品质量。根据应用领域的不同,表面活性剂分民用表面活性剂和工业用表面活性剂两大类。 民用表面活性剂主要是用作洗涤剂,如衣用、厨房用、餐具用、居室用、卫生间用、消毒用和硬表以以及个人卫生用品如香波,浴液和洗脸、洗手用的香皂、液体皂、块状洗涤剂等。其次是用作各种化妆品的乳化剂。 工业用表面活性剂可以分成两大类。一类是工业清洗,例如火车、船舶、交通工具的清洗,机器及零件的清洗,电子仪器的清洗,印刷设备的清洗,油贮罐、核污染物的清洗,锅炉、羽绒制品、食品的清洗等等。根据被洗物品的性质及特点而有各种配方,借助表面活性剂的乳化、增溶、润湿,渗透、分散等作用和其他有机或无机助剂的助洗作用,并施以机

表面活性剂LAS废水处理研究进展

表面活性剂LAS 废水处理研究进展 作者:姜安玺, … 文章来源:本站收集 点击数: 64 更新时间:2008-2-17 荐 近年来我国洗涤剂工业发展迅速,其产量逐年增加。1985年我国合成洗涤剂产量为100.4万T,1990年为151.4万T,1995 年已达221.8万T,2000年为382.8万T,2005年预计为460万T 。 目前我国应用比较多的表面活性剂有:阴离子表面活性剂(以直链烷基苯磺酸钠LAS 为主)占总量的70%;非离子表面活性剂占总量的20%;其他占10%。合成洗涤剂用途广泛,几乎涉及到家庭生活、工农业生产的各个方面,最后大部分形成乳化胶体状废水排入自然界,其首要污染物LAS 进入水体后,与其他污染物结合在一起形成一定的分散胶体颗粒,对工业废水和生活污水的物化、生化特性都有很大影响。因此对于表面活性剂LAS 的处理是这类乳化胶体废水的共同要求,该类废水可称之为表面活性剂(LAS)废水。LAS 废水的处理对于保护资源,保持生态平衡,促进经济发展,都具有重要意义。表面活性剂废水的来源除了合成洗涤剂生产过程中排放大量的LAS 废水外,洗涤、化工、纺织等行业和日常生活中都会产生LAS 废水。其特点主要有以下3点。1)废水中除含有表面活性剂LAS 和其乳化携带的胶体性污染物外,还含有混合助剂、漂白剂和油类物质;废水中的LAS 以分散和胶粒表面吸附两种形式存在。2)废水一般偏碱性,pH 值约为8~11;废水中LAS 含量有的高达上千mg/L,如洗毛废水,有的只有十几mg/L,如洗浴废水;COD 值差异也很大,从几百到几万甚至十几万mg/L 。3)废水中的LAS 会造成水面产生大量不易消失的泡沫。废水中的LAS 本身有一定的毒性,对动植物和人体有慢性毒害作用,LAS 还会引起水中传氧速率降低,使水体自净受阻。另外,废水产生的泡沫也会影响环境卫生和美观。目前对LAS 废水的处理除了原有的物化和生化法外,还有膜分离、微电解等新方法,并得到了一定的应用。本文简要总结了目前我国LAS 废水的处理技术现状,并探讨了该类废水处理技术的发展方向。 1 处理方法进展 根据对废水中LAS 的破坏性,可以将处理技术分为两类,“非破坏性”技术,即分离法,包括混凝分离法、泡沫分离法、膜分离法、吸附法;“破坏性”技术,即氧化分解法,包括催化氧化法、微电解法、生物氧化法。 1.1 混凝分离法 常用的混凝剂包括无机混凝剂和有机混凝剂两大类:其中无机混凝剂主要是铁盐、铝盐及其聚合物。目前国内研究主要集中在对原有混凝剂的复配使用和新型混凝剂的开发上,如用铝铁复合混凝剂处理COD 为684mg/L 、LAS 为160mg/L 的废水。与传统的聚铁、聚铝混凝剂相比,COD 、LAS 的去除率可提高6%、8%左右,同时沉降速度、污泥量都有所改善[4]。有机混凝剂包括阳离子高分子混凝剂,两性有机高分子混凝剂,阴离子型高分子混凝剂和非离子型混凝剂。其中阳离子型混凝剂二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)作为水处理剂在国内用得不多,而在国外应用极为广泛,几乎涉及工业废水、生活污水以及饮用水的各个方面。今后混凝剂的开发应以现有混凝剂为基础,在混凝剂 的结

表面活性剂的润湿性能

表面活性剂的润湿性能 一、润湿功能 例子:水润湿玻璃,加入表面活性剂润湿容易;水滴在石蜡上,石蜡几乎不被润湿,加入少量表面活性剂石蜡就容易被润湿了;较厚的毛毡或棉絮放入水中,很难渗透,加入一些表面活性剂就容易浸透了。 表面活性剂具有渗透作用或润湿作用 所谓润湿是指一种流体被另一种流体从固体表面或固液界面所取代的过程。 润湿过程往往涉及三相,其中至少两相为流体。 1.润湿过程润湿作用是一个过程。润湿过程主要分为三类:沾湿、浸湿和铺展。产生的 条件不同。其能否进行和进行的程度可根据此过程热力学函数变化判断。在恒温恒压条件下可方便使用润湿过程体系自由能变化表征。 (1)沾湿主要指液-气界面和固-气界面上的气体被液体取代的过程,在此过程中消失的固-气界面的大小与其后形成的固-液界面的大小是相等的。如喷洒农药,农药附着于植物的枝叶上。 沾湿附着发生条件:△G A=γSL-γSG-γLG<0 W A=γSG-γSL+γLG≥0 (沾湿) $ 式中:γSG、γSL和γLG分别为气-固、液-固和气-液界面的表面张力 (2)浸湿浸湿是指固体浸入液体的过程,原有的固气界面空气被固液取代。如洗衣时衣物泡在水中;织物染色前先用水浸泡过程 浸湿发生条件:△G i=γSL-γSG≤0 W i=γSG-γSL≥0 (W i:浸湿功) (3)铺展液体取代固体表面上的气体,固-气界面被固-液界面取代的同时液体表面能够扩展的现象。 铺展发生条件为:△G S=γSL+γLG-γSG≤0 S=γSG-γSL-γLG≥0 (S:铺展功) 一般,若液体能够在固体表面铺展,则沾湿和浸湿现象必然能够发生。 从润湿方程可以看出:固体自由能γSG越大,液体表面张力γLG越低,对润湿越有利。 2.接触角和润湿方程(杨氏方程) ] 接触角:固、液、气三相交界处自固-液界面经过液体内部到气液界面处的夹角。 接触角与固-液,固-气和液-气表面张力的关系可表示为: γSG-γSL=γLG COSθ杨氏方程 COSθ=(γSG-γSL)/γLG 加入表面活性剂,γLG↓γSL↓COSθ↑θ↓

论文双子表面活性剂

双子表面活性剂综述 张家婧 (山东大学化学与化工学院山东省济南市250100) 摘要双子表面活性剂使其在表面活性剂相关领域脱颖而出。双疏水基双亲水基表面活性剂独特的分子结构使其具有与传统的单疏水基单亲水基表面活性剂不同的特性,如CMC很低,降低水溶液表面张力的效率很高。无论是表面活性,还是溶液中的性质,如界面行为、粘度特性等都体现出独特之处。另外,双子表面活性剂的应用也日趋广泛。 关键字双子表面活性剂结构性质应用 Review of Gemini surfactant Jiajing Zhang (College of Chemistry and Chemical Engineering,Shandong University,Jinan,250100) Abstract The particularity of the Gemini surfactants’structure makes it stand out in the related fields of surfactants.Gemini surfactants have two hydrophobic groups and two hydrophilic groups per https://www.wendangku.net/doc/3d8030292.html,paring to conventional surfactants which have single hydrophobic group and single hydrophilic group per molecule,the distinct molecular structure of Gemini surfactants make them possess some special properties,such as quite lower surface tension and higher efficiency for reducing surface tension.The surface activity,solubility and viscosity characteristics change a lot,which make Gemini surfactants increasingly wide application in practice.On the other hands,the application of surfactants in many fields is also becoming more widely. Keywords Gemini surfactants,Structure,Character,Application 1引言 表面活性剂按照分子结构的特征可分为三类:传统型、Bola型和Gemini型。 相对于传统的表面活性剂,双子表面活性剂可以说是一个全新的概念,这种有两个亲水端基和两个疏水端基的表面活性剂,相当于通过一个连接基将两个表面活性剂分子连接在一起的结构。越来越多的科研工作者们积极开展相关方面的研究,因为其有着独特的溶液和界面性质,使得效果往往优于传统表面活性剂。 1971年,Bunton[1]等首次合成了一类阳离子型Gemini表面活性剂并对它们的表面活性和临界胶束浓度进行了研究。1988年,日本Osaka大学的Okahara[2]等研究并合成了以柔性基团连接离子头基的若干双烷烃链表面活性剂,但真正系统性地开展这类新型表面活性剂研究工作则是从1991年Menger[3]合成了以刚性基团连接离子头基的双烷烃链表面活性剂开始。他将这类型顺序排列的两亲分子命名为:Gemini表面活性剂,并对Gemini表面活性剂的吸附形式和胶束形式作了探讨。从1991年开始,美国纽约州立大学Brookly学院的Rosen小组采纳了其命名,系统合成和研究了刚性基团连接的双子表面活性剂,撰写了一篇综述文章[4]。同时,

表面活性剂最新设计研究进展

word整理版 表面活性剂最新研究进展 人类的日常生活,各类生产活动,多种科学和技术的进步对表面活性剂品种和性能提出越来越高的要求,促使表面活性剂科学不断发展,迄今方兴未艾,表面活性剂已经深入到生命起源以及膜材料、纳米材料、对映体选择性的反应等各个领域中,设计新的有特殊用途和应用价值的表面活性分子仍不断受到人们的关注。新的功能型表面活型剂与附加的官能基团的性质和位置有密切关系, 对传统的表面活性剂分子结构的修饰会导致其结构形态有很大的变化,近几年国内外的相关研究单位在表面活性剂领域的最新研究进展主要有以下方面。 一、高分子表面活性剂 高分子表面活性剂的合成成为近年来表面活性剂合成研究的热点课题之一。高分子表面活性剂是相对一般常言的低相对分子质量表面活性剂而讲的,通常指相对分子质量大于1000且具有表面活性功能的高分子化合物。它像低分子表面活性剂一样,由亲水部分和疏水部分组成。高分子表面活性剂具有分散、凝聚、乳化、稳定泡沫、保护胶体、增溶等性质,广泛应用作胶凝剂、减阻剂、增黏剂、絮凝剂、分散剂、乳化剂、破乳剂、增溶剂、保湿剂、抗静电剂、纸张增强剂等。因此,高分子表面活性剂近年来发展迅速,目前已成为表面活性剂的重要发展方向之一。 高分子表面活性剂可根据在水中电离后亲水基所带电荷分为阴离子型、阳离子型、两性离子型和非离子型四类高分子表面活性剂。如阴离子型的高分子表面活性剂有聚(甲基)丙烯酸(钠)、羧甲基纤维素(钠)、缩合萘磺酸盐、木质素磺酸盐、缩合烷基苯醚硫酸酯等。两性离子型的高分子表面活性剂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。非离子型的高分子表面活性剂有羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧乙烯类共聚物等。阳离子型的高分子表面活性剂有聚烯烃基氯化铵阳离子表面活性剂、亚乙基多胺与表氯醇共聚季铵盐、淀粉或纤维素高取代度季铵盐、多聚季铵盐、聚多羧基季铵盐等。 开发低廉、无毒、无污染和一剂多效的高分子表面活性剂将是今后高分子表面

表面活性剂在涂料中的应用-颜料润湿分散剂

表面活性剂在涂料中的应用-颜料润湿分散剂

表面活性剂在涂料中的应用-颜料润湿分散剂 时间:2009-04-01 13:20 文字选择:大中小 1颜料润湿分散剂的作用 ①提高生产效率、降低制造成本。颜料的研磨与分散过程是制造涂料的主要工序,大约80%的电能和工时消耗在该工序上。选择合适的颜料润湿分散剂,一方面达到同样细度的时间最短,可以缩短工时;另一方面,可以降低体系的粘度,使制造高颜料的色浆——颜料浓缩浆成为可能。颜料浓缩浆可以提供涂料合理生产的机会,使实现计算机配色成为可能。通用色浆可与差不多全部的涂料体系相混容,涂料厂家可以较少的原料贮备制作各种类型的色漆,减少了贮运、管理各方面的麻烦。 ②提高涂料的贮存稳定性、减少浪费。颜料(填料)润湿分散得不好,得到的产品稳定性差,贮存一定时间后,会出现分层现象。轻者返粗,需要返工,增加损耗。颜、填料沉底,严重时会发硬、结块,导致涂料无法使用而报废。只要使用恰当的润湿分散剂,都会提高涂料贮存稳定性,防止颜料返粗、沉底等问题。

③改善涂膜状态。使用润湿分散剂,使颜料分散得更好,可以提高颜料的着色力和遮盖力,改善涂料的流平性,增加光泽,使用控制絮凝的润湿分散剂还可以防止复色漆的浮色、发花现象。譬如现在国际上一些大公司生产的钛白粉,其表面处理已做得非常好,研磨时甚至不加润湿分散剂也可能很快达到所要求的细度。但在配制灰色漆时,不加助剂的就可能会有发花现象,而加了助剂的就会防止该现象的发生。 ④其它作用。最佳的颜料分散可以提高紫外线的吸收和反射能力,增加颜料的耐候性和耐化学药品性。 控制絮凝的润湿分散剂可使涂料成为假塑性流体,一般场合下,假塑性的流变行为是配方设计者所追求的,它可以防止施工时的流挂现象。 2润湿分散剂的作用原理 前面已经讲过,涂料生产过程的第一步就是研磨——以达到最佳颜料分散。 颜料有三种存在状态:①原始颗粒,即单个颜料晶体或一组晶体,粒径相当小;②凝聚体,以面相接的原始颗粒团,其表面积比其单个粒子

阳离子型双子表面活性剂的合成及表面活性

2006年第64卷化学学报V ol. 64, 2006第18期, 1925~1928 ACTA CHIMICA SINICA No. 18, 1925~1928 * E-mail: yjfeng@https://www.wendangku.net/doc/3d8030292.html,; Tel. & Fax: +86 (0)28 85236874. Received March 10, 2006; revised May 19, 2006; accepted June 30, 2006. 中国科学院“百人计划”及中石油风险创新基金(No. 050511-2-3)资助项目.

1926化学学报V ol. 64, 2006 表面活性剂的研究却少有报道. Oda等[7]于1997年率先合成了m-s-m'(m-m'=4)型不对称型双子表面活性剂, 考察了疏水基长度和不对称性对相行为[8]及胶束聚集体[9]的影响, 利用1H和19F NMR谱研究了其胶束化行为[10,11], 并以其合成了有序的介孔材料[11]. Sikiri?等先后研究了不对称型双子表面活性剂12-2-14在水溶液中的吸附和缔合行为[12]、连接基的长度(s=2, 6, 10)对不对称型双子表面活性剂12-s-14固体相转变[13]和在水溶液中的吸附和缔合行为[14]的影响. Wang小组研究了不对称型双子表面活性剂m-6-m'(m+m'=24)的热力学性质和胶束化行为[15,16], 并利用微量热计[17]研究了其与DNA的复合物的性质. 但固定一端疏水碳链及连接基的长度、考察另一端疏水碳链长度对溶液性质的影响尚未见报道. 本文通过固定连接基的长度(s=2)和一端的疏水碳链长度(m=12), 变化另一端的碳链长度, 合成了一系列阳离子双子表面活性剂二溴化-N,N'-二(二甲基烷基)乙二铵(12-2-m', m'=4, 8, 12, 16), 并考察了它们在水溶液中的表面张力和电导行为. 1 实验部分 1.1 试剂 主要化学试剂: 1-溴代丁烷、1-溴代辛烷、1-溴代十二烷、1-溴代十六烷和四甲基乙二胺均为化学纯, 购自中国医药集团化学试剂公司; 实验用水为二次蒸馏水. 1.2 对称双子表面活性剂的制备和纯化 参考文献[3]的方法合成对称型双子表面活性剂12-2-12, 但在本工作中对反应条件作了一定的改进. 利用溴代十二烷对四甲基乙二胺在异丙醇中进行季铵化, 反应48 h后蒸发除去溶剂, 在丙酮和乙醇的混合溶剂中三次重结晶, 结晶物经真空干燥24 h后得白色固体粉末状产物, 产率为80%. 1.3 不对称双子表面活性剂的制备和纯化 根据文献[7]的思路合成不对称双子表面活性剂, 但对反应条件做了改进. 先通过四甲基乙二胺与溴代烷在丙酮中进行季铵化反应合成中间体m'-2 (m'=4, 8, 12), 蒸发除去溶剂, 在乙醚中多次重结晶, 结晶产物经真空干燥24 h, 产率为60%~70%. 然后, 中间体4-2和8-2与1-溴代十二烷、12-2与1-溴代十六烷在乙腈中反应2~3 d, 蒸发除去溶剂得到粗产物. 粗产品在丙酮中重结晶数次, 真空干燥24 h后得白色固体产物. 1.4 中间体及双子表面活性剂的结构表征 中间体m'-2 (m'=4, 8, 12)和双子表面活性剂12- 2-m'(m'=4, 8, 12, 16)分别以D2O和CDCl3为溶剂, 在Bruker Avance 300核磁共振仪上进行1H NMR表征. 利用CARLO ERBAO1106型元素分析仪(意大利) 分别对中间体和表面活性剂进行元素分析. 1.5 水溶液表面张力和电导率的测定 表面活性剂试样溶解在二次蒸馏水中配制成一定 浓度的溶液, 通过连续稀释法分别利用全自动表面张力 仪BZY-1(上海衡平仪器厂)和DDS-11A电导率仪(成都 方舟科技开发公司)在(25.0±0.1) ℃测定不同浓度下水 溶液的表面张力和电导率. 2 结果与讨论 2.1 双子表面活性剂的合成和纯化 溴代烃与二胺之间发生的是季铵化反应, 属于SN2 取代反应, 因此反应溶剂的极性、沸点和对产物的溶解 性对反应速率影响很大. 在对称型双子表面活性剂 12-2-12的制备过程中, 采用高沸点的异丙醇作为反应 溶剂回流48 h. 在不对称双子表面活性剂中间体的制备 过程中采用丙酮作为反应溶剂以减少二胺的副反应, 从 而提高中间体的收率. 第二步反应采用乙腈作为反应溶 剂来加快反应的速率. 其中, 12-2-4与12-2-8的第二步 制备反应需要在40 ℃左右反应3 d, 而12-2-16需要在 回流温度下反应2 d. 根据产物的溶解性, 12-2-12采用丙酮与乙醇混合溶 剂进行重结晶, 12-2-4, 12-2-8及12-2-16在丙酮中重结晶. 但发现, 12-2-16在丙酮与乙醇的混合溶剂中重结晶 的效果更好. 产物12-2-4与12-2-8在室温下为蜡状固体, 12-2-12和12-2-16为白色固体粉末. 中间体及最终 产物的收率见表1. 表1 双子表面活性剂及中间体的收率 Table 1 The yield of intermediates and geminis Yield/% Sample This work Literature data 4-2 70 — 8-2 65 — Intermediate 12-2 67 78[12] 12-2-4 60 — 12-2-8 58 — 12-2-12 80 — Gemini surfactant 12-2-16 70 — 2.2 中间体及双子表面活性剂的结构表征 表2和3分别是中间体和双子表面活性剂的1H NMR数据. 从表中可以看出, 不同官能团中氢原子的 位移与理论值相吻合; 各种类型氢所占的比例与化合物

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