下载文档原格式
表面活性剂课题研究报告表面活性剂是一类在溶液中具有降低表面或界面张力的物质，广泛应用于各个领域，包括洗涤剂、乳化剂、高分子合成等。
本报告将介绍表面活性剂的基本原理、分类和应用，并重点关注最新的研究进展。
一、基本原理：表面活性剂是由亲水基团和疏水基团组成的分子，其可以在液体的表面或界面上聚集形成一层分子膜，从而降低液体表面或界面的张力。
表面活性剂通过改变液体的表面性质，实现各种应用，如降低洗涤剂对水的接触角、提高液液乳化效果等。
二、分类：表面活性剂可以分为阴离子型、阳离子型、非离子型和两性型四类。
阴离子型表面活性剂中，亲水基团带有负电荷，疏水基团为烃基。
阳离子型表面活性剂中，亲水基团带有正电荷，疏水基团为烃基。
非离子型表面活性剂没有离子性质，由亲水基团和疏水基团通过化学键连接。
两性型表面活性剂具有同时含有正离子和负离子特征的分子结构。
三、应用：表面活性剂广泛应用于洗涤剂、乳化剂、药物传递系统等领域。
在洗涤剂中，表面活性剂能够改善水的润湿性，提高清洁效果。
在乳化剂中，表面活性剂能够将油水两相稳定地分散，形成乳状液。
在药物传递系统中，表面活性剂可以加速药物的吸收和解离，提高药效。
四、最新研究进展：最近的研究表明，新型表面活性剂的开发和改良已成为研究的热点。
例如，研究人员正在开发具有环境友好性的表面活性剂，以减少对环境的影响。
此外，还有研究探索表面活性剂在纳米颗粒制备、油污分解等方面的应用。
总结：表面活性剂作为一种具有降低表面或界面张力的物质，具有广泛的应用前景。
通过对其基本原理的研究，可以更好地理解表面活性剂的性质和应用。
未来的研究将继续探索新的表面活性剂材料和应用领域，以满足社会的需求并保护环境。
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活性剂的研究趋势。
洗涤用表面活性剂的类型原则上讲，凡是能降低表面张力的物质都具有表面活性。
而表面活性剂则是指能显著降低溶剂(一般为水)表面张力和液-液界面张力并具有一定结构、亲水亲油特性和特殊吸附性能的物质。
表面活性剂具有亲水亲油的特性，易于吸附、定向于物质表面(界面)，而表现出能降低表面(界面)张力、渗透、润湿、乳化、分散、增溶、发泡、消泡、洗涤、杀菌、润滑、柔软、拒水、抗静电、防腐、防锈等一系列性能。
表面活性剂用途广泛，涉及方方面面。
从合成洗涤剂、化妆品、食品工业，乃至纺织工业、皮革工业、橡胶、塑料工业、土木建筑业、涂料、油墨工业、金属加工工业、石油、燃料工业、采矿业、煤炭工业、造纸工业、农林业以及医疗卫生、环境保护等部门都广泛使用表面活性剂，以改进生产工艺、提高产品质量、增加产量、降低消耗、节约能源、提高生产效率及改善生产环境等。
从结构看，所有的表面活性剂都是由极性的亲水基和非极性的亲油基两部分组成。
亲水基与水分子作用，使表面活性剂分子引入水；而亲油基与水分子相排斥，与非极性或弱极性溶剂分子作用，使表面活性剂分子引入油(溶剂)。
表面活性剂分子的亲油基一般是由烃基构成的，而亲水基则由各种极性基团组成，种类繁多。
因此，表面活性剂在性质上的差异，除与烃基的大小和形状有关外，主要与亲水基团的类型有关。
亲水基团在种类和结构上的改变远比亲油基团的改变对表面活性剂性质的影响要大，所以，表面活性剂一般以亲水基团的结构为依据来分类。
按亲水基是否荷电将表面活性剂分为离子型和非离子型两大类。
离子型表面活性剂的分子在水中能电离，形成带正电荷、带负电荷或者同时既带正电荷又带负电荷的离子。
带正电荷的称为阳离子表面活性剂；带负电荷的称为阴离子表面活性剂。
既带正电荷又带负电荷的则称为两性表面活性剂。
非离子型表面活性剂分子在水中不电离，呈电中性。
表面活性剂的相对分子质量一般为几百至几千，而几千至几万以上的则称为高分子表面活性剂。
表面活性剂有的是从天然物质提取制得的，有的是化学合成制备的，前者称为天然表面活性剂(以区别于后者)。
表面活性剂：是一种加入很少即能明显降低溶剂（通常为水）的表面（或界面张力），改变物系的界面状态，能够产生润湿、乳化、起泡、憎溶及分散等一系列作用，从而达到实际应用的要求的精细化学品。
在结构上至少存在亲水基和疏水基两种基团，一个分子中可以同时存在多个亲水基，多个疏水基。
分类：（1）按离子类型分类：1）非离子型表面活性剂2）离子型表面活性剂：阴离子、阳离子、两性（2）按表面活性剂的特殊性分类：碳氟表面活性剂、含硅表面活性剂、高分子表面活性剂、生物表面活性剂、冠醚型表面活性剂。
常见阴离子、阳离子、两性表面活性剂的中英文名、简写及结构（1）阴离子：十二烷基苯磺酸钠：Sodium dodecyl benzene sulfonate （SDBS 或LAS）弧比一 3 Na（2）阳离子：苄基三甲基氯化铵:Benzyltrimethylammonium Chloride （TMBAC ）（3）非离子：脂肪醇聚氧乙烯醚：Primary Alcobol Ethoxylate （AE 或AEO）R-O-（CH2CH2O） n-H（4）两性：十二烷基甜菜碱：Dodecyl dimethyl betaine （BS-12）C12H25-N+（CH3）2CH2COO-阴离子表面活性剂的合成：（1）烷基苯磺酸盐——烷基芳烃的生产过程:a•以烯烃为烷基化试剂合成长链烷基苯: 反应历程：（质子酸做催化剂）R—CH = CH2 + H+ = R- + CH —CH3（以AlCl3作催化剂）HCl + AICI3 = H S +—Cl S - • AICI3RCh k CH2 + H S +—Cl S - • AlCl3 = R — + CH- CH V AICI4 —之后反应：R-CH-CH3 +b. 以氯代烷为烷基化试剂、三氯化铝为催化剂合成长链烷基苯：R a + AlCh R- 匸二 ft AICU或 RCHCH 2CH 2SO 3NaOHRCH J CH^CH J(3)氧磺化法生产烷基磺酸盐:(4)氯磺化法制备烷基磺酸盐：RH + SO2 + CI2 f RSO2CI + HCI TRSO2CI + 2NaOH f RSO3Na + H2O + NaCIRCH2CH^CH 2 I so 3NaOhlRCH=CHCH 2SO^JaNaOHRCHOH(CH 2h_3SO3NaRCH2CH3 + SO 2 + 扌。
第四章表面活性剂第一节概述一、表面活性剂的概念一定条件下的任何纯液体都具有表面张力,20℃时，水的表面张力为72.75ｍＮ·ｍ-1。
当溶剂中溶入溶质时，溶液的表面张力因溶质的加入而发生变化，水溶液表面张力的大小因溶质不同而改变，如一些无机盐可以使水的表面张力略有增加，一些低级醇则使水的表面张力略有下降，而肥皂和洗衣粉可使水的表面张力显著下降。
使液体表面张力降低的性质即为表面活性。
表面活性剂是指那些具有很强表面活性、能使液体的表面张力显著下降的物质。
此外，作为表面活性剂还应具有增溶、乳化、润湿、去污、杀菌、消泡和起泡等应用性质，这是与一般表面活性物质的重要区别。
二、表面活性剂的结构特征表面活性剂分子一般由非极性烃链和一个以上的极性基团组成，烃链长度一般在8个碳原子以上，极性基团可以是解离的离子，也可以是不解离的亲水基团。
极性基团可以是羧酸及其盐、磺酸及其盐、硫酸酯及其可溶性盐﹑磷酸酯基﹑氨基或胺基及它们的盐，也可以是羟基、酰胺基、醚键﹑羧酸酯基等。
如肥皂是脂肪酸类（R-COO-）表面活性剂，其结构中的脂肪酸碳链(R-)为亲油基团，解离的脂肪酸根（COO-）为亲水基团。
三、表面活性剂的吸附性1．表面活性剂分子在溶液中的正吸附表面活性剂在水中溶解时，当水中表面活性剂的浓度很低时，表面活性剂分子在水-空气界面产生定向排列，亲水基团朝向水而亲油基团朝向空气。
当溶液较稀时，表面活性剂几乎完全集中在表面形成单分子层，溶液表面层的表面活性剂浓度大大高于溶液中的浓度，并将溶液的表面张力降低到纯水表面张力以下。
表面活性剂在溶液表面层聚集的现象称为正吸附。
正吸附改变了溶液表面的性质，最外层呈现出碳氢链性质，从而表现出较低的表面张力，随之产生较好的润湿性、乳化性、起泡性等。
如果表面活性剂浓度越低，而降低表面张力越显著，则表面活性越强，越容易形成正吸附。
因此，表面活性剂的表面活性大小，对于其实际应用有着重要的意义。
知识点回顾第1章：绪论1 表面活性剂的定义：指能显著降低水的表面张力的一类物质。
从结构上看均为两亲分子，即同时具有亲水的极性基团和憎水的非极性基团。
亲水基团进入水中，憎水基团企图离开水而指向空气，在界面定向排列。
2 表面活性剂的特征：降低表面张力（能力和效率）；在界面形成定向单层；超过临界浓度后形成胶束；亲水-亲油平衡值（HLB）；一般分子量为300-1000。
3 表面张力、克拉夫点、浊点的定义表面张力：垂直通过液面上任一单位长度，与液面相切的收缩表面的力，简称为表面张力，其单位为mN/m克拉夫点：离子型表面活性剂在温度较低时溶解度很小，但随温度升高而逐渐增加，当到达某一特定温度时，溶解度急剧陡升，把该温度称为克拉夫点浊点：浊点是非离子表面活性剂均匀胶束溶液发生相分离的温度4 典型表面活性剂的命名、代号与结构式，比如1831,1227，BS12，LAS，SAS，AS，AEO，AES等。
5 按照应用功能可分为乳化剂、洗涤剂、润湿剂、发泡剂、消泡剂、分散剂、絮凝剂、渗透剂及增溶剂等。
按结构组合分为普通型、双子（Gemini）型、Bola型、星型等。
6 表面活性剂绿色化四大要素：原料绿色化（采用无毒无害原料，提高制造过程及产品安全性）、制备工艺绿色化（采用原子经济反应实现制造过程零排放，减少反省步骤缩短制备流程，减少过程排放）、产品性能绿色化（改变分子结构提高安全性能，开发新型温和活性剂）、应用过程绿色化（微乳农药，微乳炼油替代消耗臭氧层物质及非臭氧层有机溶剂的水基清洗剂）。
举例阐述四大要素所代表的实际意义。
7 我国表面活性剂行业的现状与发展方向。
第2章：表面活性剂的作用原理1 表面张力的表达方式（力学和能量角度）和测定方法。
力学：f=2γl能量：dG=γdA测定方法：滴重法（滴体积法）、毛细管上升法、环法、吊片法、最大气泡压力法、滴外形法2 影响表面张力的因素：分子间作用力、温度、压力。
3 临界胶束浓度的测定方法。
- 1 - 高分子表面活性剂综述 XXX （XXX大学 XXX系，XXX XXX XXX） 摘要：概述了高分子表面活性剂的分类、性质、合成方法及应用，分析了其应用前景，旨在通过对高分子表面活性剂的综述，为高分子表面活性剂的应用起到引导作用。 关键词：高分子表面活性剂；综述；应用 Review of Polymeric Surfactants XXX (XXX) Abstract: The classification, properties, synthesis methods and applications of polymeric surfactants are overviewed with the analysis of the prospects for its application, intending to play a guiding role for the application of polymeric surfactants through a review of polymeric surfactants. Keywords: Polymeric Surfactants ;Review ;Application
高分子表面活性剂通常指相对分子质量大于1000且具有表面活性的高分子化合物。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、稳泡、增溶等性质，广泛用作增黏剂、絮凝剂、分散剂、乳化剂、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。 1 分类 高分子表面活性剂按在水中电离后亲水基所带电荷分类可分为阴离子型、阳离子型、两性型和非离子型四类高分子表面活性剂。如阴离子型的有缩合萘磺酸盐、木质素磺酸盐、缩合烷基苯醚硫酸酯等。阳离子型的有氨基烷基丙烯酸酯共聚物、改型聚乙烯亚胺、聚乙烯苯甲基三甲铵盐等。两性型的有丙烯酸乙烯基吡啶共聚物、丙烯酸一阳离子丙烯酸酯共聚物、两性聚丙烯酰胺等。非离子型的有羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺、聚氧乙烯类共聚物等。 高分子表面活性剂按来源分类可分为天然高分子表面活性剂和合成高分子 - 2 -
表面活性剂。天然高分子表面活性剂是从动植物体内分离、精制而成的两亲性水溶性高分子，包括天然高分子经过化学改性而制成的高分子表面活性剂（也叫半合成高分子表面活性剂）。如各种淀粉、树胶、多糖、改性淀粉、纤维素、蛋白质和壳聚糖等。合成高分子表面活性剂是指亲水性单体均聚或与憎水性单体共聚而合成的高分子。如聚丙烯酰胺、聚丙烯酸和聚苯乙烯一丙烯酸共聚物等。 2 性质
2.1 表面活性 高分子表面活性剂的表面活性通常较弱，表面张力要经过很长时间才能达到恒定。表面活性不但与化学结构及相对分子质量有关,，而且还与大分子化合物内链段的排列方式有关。当疏水基上引入硅烷、氟烷时，降低表面张力的能力显著增强。有机硅高分子表面活性剂由性能差别很大的聚醚链段和聚硅氧烷链段通过化学键连接而成，亲水性的聚醚链段赋予了其良好的水溶性，疏水性的聚硅氧烷链段又赋予了低表面张力，而且这类共聚物还具有生物相容性、良好的适应性和低的玻璃化温度，因此其作为表面活性剂是其它有机类表面活性剂无法比拟的。氟端基聚合物具有极强的表面活性，当水溶液中或聚合物共混体中含有极少量的氟端基聚合物时，即会发生向表面的强烈吸附现象。水溶性的氟端基聚合物水溶液在临界胶束浓度时表面张力可达到15mN/m 左右。 2.2 乳化性 高分子表面活性剂不仅具有优良的乳化稳定性，而且往往能赋予乳液以特殊性能，这是普通表面活性剂无法比拟的。高分子表面活性剂具有较强的乳化能力，将一定量接枝共聚物溶解于油（水）中，充分振荡后，就会使油水体系乳化，并且保持乳化液稳定。 2.3 胶束性质 为获得必要的亲水性应引入亲水基，但水溶性和亲水基含量及极性间却难以有一个定量关系。因聚合物不同，分子结构不同，水溶性亦会有很大的变化。当疏水基作用加强时，水溶性高分子表面活性剂亦会形成胶体溶液，即以分子聚集体形式存在于溶液中。在多数情况下，水溶性高分子表面活性剂形成的是胶体溶液，这是一种热力学稳定体系，各种形状的粒子以分子簇的形式悬浮于胶体溶液 - 3 -
中。 2.4 分散性 普通表面活性剂虽然很多都具有分散作用，但由于受分子结构、相对分子质量等因素的影响，它们的分散作用往往十分有限，用量较大。高分子表面活性剂由于亲水基、疏水基位置大小可调，分子结构可呈梳状，又可呈现多支链化，因而对分散微粒、表面覆盖及包封效果要比前者强的多。由于其分散体系更易趋于稳定，成为很有发展前途的一类分散剂。 2.5 增稠性 增稠性有两个含义：一是利用其水溶液本身的高黏度，提高别的水性体系的黏度；二是水溶性聚合物可和水中其它物质如小分子填料、高分子助剂等发生作用，形成化学或物理结合体，导致黏度的增加。后一种作用往往具有更强的增稠效果。一般作为增稠剂使用的高分子应有较高的相对分子质量，如聚氧乙烯作为增稠剂时相对分子质量应在250 万左右。常用的增稠剂有明胶、羧甲基纤维素、硬脂酸聚乙二醇酯、脂肪胺聚氧乙烯等。 2.6 絮凝性 高分子表面活性剂在低浓度时，被固体粒子表面吸附后起着粒子间的架桥作用，是很好的凝聚剂，尤其当与硫酸铝、氧化铁等无机凝聚剂配合使用时，效果更好。阳离子型高分子表面活性剂作为絮凝剂时，通过其所含的正电荷基团对污泥中的负电荷有机胶体电性中和作用及高分子优异的架桥凝聚功能，促使胶体颗粒聚集成大块絮状物，从其悬浮液中分离出来。非离子型表面活性剂是通过其高分子的长链把污水中的许多细小颗粒或油珠吸附后缠在一起而形成架桥。 3 合成方法 高分子表面活性剂的合成方法主要有两种：高分子化学反应制备高分子表面活性剂和聚合反应制备高分子表面活性剂。 3.1 高分子化学反应制备高分子表面活性剂 在高分子中引入亲水或疏水基团以增加其亲水一疏水性，可得到各种类型的高分子表面活性剂。例如：高分子化合物通过磺化、硫酸化等改性反应可制备水溶性高分子表面活性剂。天然高分子产物经过化学改性也可制备高分子表面活性 - 4 -
剂。 3.2 聚合反应制备高分子表面活性剂 该制备方法包括表面活性单体聚合和亲水一疏水性单体共聚两种方法。表面活性单体一般由可聚合的反应基团（双键、三键、羧基、羟基、环氧基等）、亲水性基团（链段）及疏水性基团（链段）组成，含有重复单体单元的两亲性单体成为表面活性单体。按表面活性单体中亲水疏水链段的不同连接方式制备高分子表面活性剂。亲水一疏水性单体共聚是通过采用阴离子聚合或开环聚合得到亲水一疏水链段的嵌段高分子表面活性剂。 4 应用 高分子表面活性剂具有分散、凝聚、乳化、稳泡、增溶等性质，广泛应用于废水处理、造纸工业、石油工业、化妆品工业等领域中。 4.1 在废水处理中的应用 高分子表面活性剂作为絮凝剂，由于其独特的结构和性质被广泛地应用于城建、环保、 造纸、印染、石油开采、食品、制药等各行各业的废水处理中。阳离子型高分子表面活性剂作为絮凝剂，主要应用于工业上的固液分离过程，包括沉降、澄清、浓缩及污泥脱水等工艺，应用的主要行业有造纸工业、食品加工业、石油工业、染色工业和制糖工业。两性高分子絮凝剂在同一高分子链节上兼具阴离子、阳离子2种基团。在不同介质条件下，其所带离子类型可能不同，适于处理带不同电荷的污染物。它的另一优点是适用范围广，酸性介质中、碱性介质中均可应用。此外还有非离子和阴离子型高分子表面活性剂应用于废水处理中。 4.2 在造纸工业中的应用 高分子表面活性剂由于具有很好的分散、絮凝、增溶、乳化、稳泡、增稠和黏附等作用，在造纸工业中具有多种用途，可作为松香乳化剂、表面施胶剂、涂布颜料分散剂、废纸脱墨助剂、树脂控制剂、废水絮凝剂、纸张柔软剂和阻垢分散剂等。高分子表面活性剂也可用作浆内施胶剂，如聚酰胺一聚胺、改性石油树脂等。目前国外开发出一种新型阳离子高分子表面活性剂—聚苯乙烯基阳离子共聚物作为浆内施胶剂，它具有高疏水性、粒径小且分布均匀并能控制电荷密度等 - 5 -
特点，施胶性能良好。 4.3 在石油工业中的应用 高分子表面活性剂既有增稠能力，又能降低油水界面张力的特性，提高波及系数与驱油效率，解决聚合物表面活性剂复合驱体系的色谱分离效应问题。“八五”期间高分子材料工程国家重点实验室油田高分子材料研究室合成了3大类表面活性大单体，采用超声波技术和化学方法研制成功了4类高分子表面活性剂：烷基酚醛聚氧乙烯醚系列、丙烯酰胺系列、丙烯酸酯系列和纤维素醚系列高分子表面活性剂。研制的高分子表面活性剂可使油水界面张力降至0.01 mN/m。 4.4 在洗涤剂中的应用 高分子表面活性剂可以形成比小分子表面活性剂更稳定的胶束，更好地吸附和包裹污垢粒子。由于水溶性高分子所特有的分子间作用力，其水溶液具有特定的黏度特征，可改进洗涤剂的加工或使用中的流变行为。水溶性高分子在洗涤过程中可以有效地分散悬浮污垢粒子、无机盐不溶物或与被洗脱的染料等络合，具有显著的抗再沉积效果。另一方面，与被洗涤织物化学结构相近的高分子聚合物加入到洗涤剂中在洗涤时可以迅速迁移到织物纤维表面对纤维进行抗污处理，使织物更易于洗涤。以上这些作用使高分子在洗涤剂中的应用愈来愈广泛，人们对它的研究也愈来愈深入。 4.5 在陶瓷工业中的应用 非离子型高分子表面活性剂可利用其静电斥力作用和空间稳定作用相结合改善陶瓷颗粒分散状态。高分子表面活性剂对于管制溶液中超细颗粒间的团聚状态是有效的。采用简单的湿化学方法制备氧化物陶瓷微粉，极少量的高分子表面活性剂的加入，可以代替复杂的且成本高的防颗粒团聚工艺和其它复杂的微粉制备方法，使湿化学法制备超细微粉实现工业化生产成为可能。 4.6 在乳液聚合上的应用 高分子表面活性剂有时也称为两亲聚合物，两亲聚合物从结构上可分为嵌段共聚物、接枝共聚物、无规共聚物和两亲聚合物网络。作为乳化剂用的两亲结构一般是嵌段共聚物和接枝共聚物。由于两亲共聚物相对分子质量高，其胶束浓度很低，其乳化效果优异，与低分子聚集体相比，稳定性高，更能符合乳液聚合制
