高分子表面活性剂就是指分子量达到某种程度以上(即分子量一般为103~106),又具有一定表面活性的物质[1-10]。从结构上可分为嵌段共聚物、接枝共聚物等。高分子表面活性剂若按离子类型划分,可分为阴离子型、阳离子型、两性离子型和非离子型四大类;按来源划分,可分为天然高分子表面活性剂、天然改性高分子表面活性剂及合成高分子表面活性剂。跟低分子表面活性剂相比,高分子表面活性别的主要特性是:(1)具有较小的降低表面张力和界面张力的能力,大多数高分子表面活性剂不形成胶束;(2)具有较高的分子量,渗透力弱;(3)形成泡沫能力差,但所形成的泡沫都比较稳定;(4)乳化力好;(5)具有优良的分散力和凝聚力;(6)大多数高分子表面活性剂是低毒的。
较早使用的高分子表面活性剂有淀粉、纤维素及其衍生物等天然水溶性高分子化合物,它们虽然具有一定的乳化和分散能力,但由于这类高分子化合物具有较多的亲水性基团,故其表面活性较低。高分子表面活性剂的开发始于1950年。1951年,Ceresa合成了双亲嵌段聚合物-聚环氧乙烷聚环氧丙烷嵌段聚合物,将其应用于表面活性剂工业。同年Stauss合成了聚皂,1954年第一种商品化高分子表面活性剂问世,此后各种合成高分子表面活性剂相继开发并应用于各种领域。1954年美国 Wyandotte公司发表了环氧乙烷和环氧丙烷嵌段共聚物Pluronic系列产品。此后,世界上很多国家开始了高分子表面活性剂的研究工作。1961年Strauss合成了名为聚皂的高分子表面活性剂。随后,氧化乙烯、氧化丙烯嵌段井聚物[18]被作为非离子型表面活性剂实现了工业化生产。与常用的低分子表面活性剂相比降低表面张力的能力较差,成本偏高,始终未能占据表面活性剂领域的优势地位。近十余年来, 由于能源工业(强化采油、燃油乳化、油/煤乳化)、涂料工业(无皂聚合、高浓度胶乳)、膜科学(仿生膜、LB膜)的需要,高分子表面活性剂有了新的进展,得到了性能良好的氧化乙烯-硅氧烷共聚物、乙烯亚胺共聚物、乙烯基醚共聚物、烷基酚-甲醛缩聚物-氧化乙烯共聚物等品种。
很长一段时间以来,在有关表面活性剂的专著中,仅将聚氧丙烯、聚氧乙烯共聚物归于高分子表面活性剂范畴,而其它聚合物未被列入。原因是其它水溶性聚合物不大能大幅度降低溶液的表面张力。但是,近代大量研究表明:这些高聚物在界面之上,特别在固-液界面上有强烈的吸附作用说明它们有极强的界面活性。因此,近十几年来,人们把通过界面吸阴而产生各种作用的一系列可溶性高分子,都作为高分子表面活性剂加以研究和开发。与低分子表面活性剂相比,高分子表面话性剂具有溶液粘度高,成膜性好的优点,是一类在石油开采和涂料工业中有着巨大应用前景的聚合物材料,在仿生膜中亦有着广泛的应用,目前已成为化学、化工、石油、医学、材料、生命科学等相互交叉研究的对象。
高分子表面活性剂的特性功能
1、表面张力
因为高分子表面活性剂的亲水链段和疏水链段在表面或界面间具有一定的取向性,所以具有降低表面张力和界面张力的能力,但往往比低分子表面活性差一些。
高分子表面活性剂降低表面张力的能力不如低分子表面活性剂,且表面活性随着分子量提高而急剧下降。
2、乳化分散功能
尽管分子量较高,有许多高分子表面活性别能够在分散相中形成胶束,并且具有CMC值,发挥乳化功能,由于具有两亲结构,其分子的一部分可吸附在粒子表面,其它部分则溶于作为连续相的分散介质中,聚合物分子量不是太高时,具有空间位阻效应,在单体液滴或聚合物粒子表面产生障碍,阻止它们缔合而产生凝聚。
3、 凝聚功能
当高分子表面活性剂分子量很高时,则吸附于许多粒子上,在粒子之间产生架桥,形成絮凝物,起到絮凝剂的作用。
4、其它功能
许多高分子表面活性剂本身起泡力不太好,但是保水性强,泡沫稳定性优良,因为高分子表面活性剂分子量高,所以具有随之而来的成膜性和粘附性等优良性能。
5、溶液性能
分子表面活性剂在选择性溶剂中的行为:高分子表面活性剂多为两亲性的嵌段和接枝共聚物,在选择性溶剂中,其溶液性能比小分子或均聚物复杂,分子结构特点、两亲性链段长度比、组分组成以及溶剂的性质均对它的溶液形态有较大的影响。两亲性高分子同低分子表面活性剂一样,疏水基在表面吸附而使表面张力降低,同时在溶液内部缔合成胶束。
与低分子表面活性剂不同的是,在较低浓度下高分子表面活性在溶剂中可能形成单分子胶束,但许多报道结果迥异,至今尚无定论。
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