Обычно используемые поверхностно-активные вещества представляют собой в основном низкомолекулярные соединения с молекулярной массой в сотни единиц. С углубленными исследованиями во многих горячих областях, таких как повышенная нефтеотдача, носители лекарственных средств и контролируемое высвобождение, биологическое моделирование, полимерные пленки LB, медицинские полимерные материалы (антикоагулянты), полимеризация лосьонов и т. д., требования к поверхностно-активным веществам становятся все более значительными. диверсифицированные и высокоэффективные полимеры поверхностно-активных веществ стали центром внимания.
Обычно вещества с молекулярной массой более тысячи и поверхностной активностью называют высокомолекулярными поверхностно-активными веществами. Подобно обычным поверхностно-активным веществам, для полимерных поверхностно-активных веществ не существует стандартной классификации. В целом по классификации низкомолекулярных ПАВ и их ионных свойств в воде их можно разделить на анионные, катионные, цвиттерионные и неионогенные ПАВ. В зависимости от того, образуется ли мицелла в растворе, ее можно разделить на полимыло и водорастворимое полимерное поверхностно-активное вещество.
Полимыло
Подавляющее большинство полимыл заряжены, как и полиэлектролиты. Фактически большинство полимыл являются продуктами гидрофобной модификации полиэлектролитов, обычно нерастворимых в воде. В настоящее время синтезированы следующие типы полимыл (в формуле R представляет собой длинноцепочечный алкил):
Водорастворимое полимерное поверхностно-активное вещество
Полимерные поверхностно-активные вещества, которые не образуют мицелл в растворе, обычно представляют собой водорастворимые полимерные поверхностно-активные вещества. По источнику его можно разделить на природные, полусинтетические и синтетические полимерные поверхностно-активные вещества.
Природные полимеры, такие как различные виды камеди, крахмала, полисахаридов микробной ферментации и т. д.;
Полусинтетические полимеры — это различные полимеры, полученные химической модификацией крахмала, целлюлозы и белка, такие как катионный крахмал, метилцеллюлоза и др.;
Синтетические полимеры представляют собой полимеры, полученные путем полимеризации полимеризационных мономеров нефтехимического происхождения, таких как производные полиакриламида, полиакриловая кислота и т. д.
Классификация полимерных ПАВ
По своим ионогенным свойствам в воде их можно разделить на анионные, катионные, цвиттерионные и неионогенные.
Анионное полимерное поверхностно-активное вещество
(1) Типичные полимеры типа карбоновой кислоты включают полиакриловую кислоту и ее сополимер, масляную кислоту и ее сополимер, сополимер акриловой кислоты и малеинового ангидрида и некоторые из их омыленных продуктов.
(2) Типичными полимерами сульфатного типа являются:
(3) Тип сульфокислоты включает частично сульфированный полистирол, конденсат формальдегида бензолсульфокислоты, конденсат формальдегида нафталинсульфокислоты, сульфированный полибутадиен и т. д. Лигносульфонат также является разновидностью сульфированного полимерного поверхностно-активного вещества. Типичные поверхностно-активные вещества на основе полимеров сульфокислот следующие:
Катионное полимерное поверхностно-активное вещество
(1) Соли аминов или полиамины, такие как поливинилимин, поливинилпирролидон, полималеимид и их производные. Типичные полимеры:
(2) Соли четвертичного аммония, такие как кватернизованный полиакриламид, соль поливинилпиридиния, полидиметиламин, эпихлоргидрин и т. д. Полимерные поверхностно-активные вещества на основе четвертичного аммония проявляют положительное электричество в кислых, нейтральных и щелочных водных средах. Репрезентативные продукты включают:
Амфотерное полимерное поверхностно-активное вещество
Основные разновидности включают сополимер акриловой кислоты и винилпиридина, акриловую кислоту, катионный акрилатный сополимер, амфотерный полиакриламид и т. д., такие как:
Неионогенное полимерное поверхностно-активное вещество
Основные разновидности включают поливиниловый спирт и его частично этерифицированные или ацетализированные продукты, такие как модифицированный полиакриламид, сополимер малеинового ангидрида, полиакрилат, полиэфир, полиэтиленоксид, пропиленоксид, водорастворимая фенольная смола, аминосмола и т. д.
Структура и свойства полимерных ПАВ
Поверхностная активность полимерного ПАВ зависит от морфологии макромолекул в растворе, а морфология молекул тесно связана с такими факторами, как амфифильная химическая молекулярная структура полимера, соотношение состава и относительная молекулярная масса макромолекулы.
Блокировать поверхностно-активное вещество
Многоблочные гидрофобные сегменты распределены по основной цепи макромолекулы. Правильная длина гидрофобной гидрофильной последовательности будет эффективно предотвращать самоассоциацию (формирование одиночных молекулярных мицелл) или межмолекулярную ассоциацию (мультимолекулярную ассоциацию) гидрофобных сегментов.
Гребенчатое поверхностно-активное вещество
Преимущества гребенчатых поверхностно-активных веществ заключаются в простоте приготовления и разнообразии. Например, поверхностно-активное вещество, полученное гомополимеризацией или сополимеризацией амфотерных и амфифильных мономеров, имеет различную химическую структуру с разветвленной цепью в соответствии с различным положением гидрофобных и гидрофильных групп.
Поскольку в разветвленной цепи имеются гидрофильные группы, которые препятствуют агрегации и ассоциации гидрофобных сегментов цепи, даже в образованных мицеллах по сравнению с мицеллами с обычно сформированными плотными ядрами внутренняя часть относительно рыхлая, и все еще имеется большое количество молекул воды, поэтому они могут иметь высокую поверхностную активность; В то же время благодаря конфигурации амфифильная разветвленная цепь может препятствовать объединению гидрофобной основной цепи, состоящей из метилена и метилена, так что она может участвовать в адсорбции поверхности раздела.
Исследования показывают, что любой фактор, повышающий жесткость молекулярных цепей, способствует растяжению макромолекул в растворе и может улучшить поверхностную активность полимеров при сохранении растворимости.
Применение полимерных поверхностно-активных веществ
Применение в фармацевтической промышленности:
Благодаря своей превосходной поверхностной активности блочные и привитые полимерные поверхностно-активные вещества широко используются в фармацевтической промышленности, например, в качестве носителей лекарств, эмульгаторов лекарственных средств, дисперсионных солюбилизаторов, смачивающих агентов и т. д. Кроме того, полимерные поверхностно-активные вещества также широко используются в анализе лекарственных средств в качестве фазы. катализаторы переноса в синтезе лекарств.
Применение в нефтяной промышленности:
Добываемая сырая нефть содержит твердые парафины, что приводит к плохой текучести сырой нефти и вносит определенные трудности в добычу, хранение, транспортировку, переработку и другие процессы такого рода отверждаемой высоковязкой нефти. Эту проблему можно решить, добавив в сырую нефть присадку, снижающую температуру застывания, или присадку, улучшающую текучесть. Дисперсность маслорастворимого полимерного ПАВ позволяет дополнительно повысить текучесть присадки и предотвратить образование отложений парафина в мазуте при транспортировке и хранении.
Применение в текстильной полиграфической и красильной промышленности:
Полиэфирные полимерные поверхностно-активные вещества часто используются в качестве моющих средств с низким пенообразованием, эмульгаторов, диспергаторов, пеногасителей, антистатиков, смачивающих агентов, средств для печати и окрашивания и т. д.; Поливиниловый спирт и другие высокомолекулярные соединения широко используются в качестве загустителей и защитных коллоидов при приготовлении лосьонных полиграфических и красильных вспомогательных средств; Производные целлюлозы, такие как карбоксиметилцеллюлоза, используются в качестве моющих средств для предотвращения повторного загрязнения; Лигносульфонат и фенольный конденсат сульфонат применяют в качестве диспергаторов нерастворимых красителей.
Применение в бумажной промышленности:
Полимерным поверхностно-активным веществам в последние годы уделяется все больше внимания из-за их уникальной и важной роли в улучшении свойств бумаги и повышении эффективности бумагоделательных машин. Некоторые исследования показали, что моноэфиры малеиновой кислоты получают из полиэтиленгликоля и малеинового ангидрида с различной относительной молекулярной массой, а затем полимеризуют с акриловой кислотой с образованием моноэфиров малеиновой кислоты и сополимеров акриловой кислоты. Эффект обесцвечивания замечательный.