表面活性剂的现状及发展方向

现状

表面活性剂是从20 世纪50 年代开始随着石油化工业的飞速发展而兴起的一种新型化学品,是精细化工的重要产品,享有“工业味精”的美称。它几乎渗透到一切技术经济部门。当今,表面活性剂产量大,品种逾万种。随着世界经济的发展以及科学技术领域的开拓,表面活性剂的发展更加迅猛,其应用领域从日用化学工业发展到石油、食品、农业、卫生、环境、新型材料等技术部门。但在表面活性剂给人们生活、给工农业生产带来极大方便的同时,也给环境带来了污染,因此,研究表面活性剂发展及其趋势,对表面活性剂工业,乃至我国整体工业经济有着非常重要作用和意义。 

发展方向

1.烷基磷羧酸盐(AEC)工业化制造

表面活性剂应人类要求正向着温和、易生物降解和多功能性,强调使用安全、生态保护和提高效率的方向发展。例如:烷基醇醚羧酸盐(AEC)是8O年代以来,发达国家积极研究开发的优质表面活性剂热点品种,它与烷基多苷和醇醚磷酸单酯同被称为“表面活性剂90年代的绿色品种”。

生物降解性能优异。烷基醚羧酸盐国内的应用市场还远远落后于发达国家,随着环保意识的不断加强和人民物质文化水平的不断提高,这类集温和、易生物降解和多功能性于一身的表面活性剂,在金属加工领域内,将发挥更大作用。

2.新一代表面活性剂Gemini

现已经合成的低聚表面活性剂有二聚体、三聚体和四聚体等,其中最引人注目的是二聚体,二聚表面活性剂最早被合成于1971年[4-5],后因其结构上的特点而被形象地命名为Gemini(英文是双子星之意)表面活性剂。

表面活性剂Gemini(或称dimeric)提高了表面活性。与当前为提高表面活性而进行的大量尝试,如添加盐类、提高温度或将阴离子表面活性剂与阴离子表面活性剂混合相比较,Gemini表面活性剂是概念上的突破,因而被誉为新一代的表面括性剂。

离子相当紧密的连接,致使其碳氢链间更容易产生强相互作用,即加强了碳氢链间的疏水结合力,而且离子头基间的排斥倾向受制于化学键力而被大大削弱,这就是Gemlrd表面活性剂和单链单头基表面括性剂相比较,具有高表面括性的根本原因。另一方面。在两个离子头基问的化学键联接不破坏其亲水性,从而为高表面活性的C~mini表面活性剂的广泛应用提供了基础。通过化学键联接方法提高表面活性和以往通常应用的物理方法不同,在概念上是一个突破。Genfini表面活性剂的优良性质:

离子型Gemini表面活性剂的特征性质:

(1)更易吸附在气/液表面,从而更有效地降低水溶液表面张力。

(2)更易聚集生成胶团。

(3)Gemini降低水溶液表面张力的倾向远大于聚集生成胶团的倾向,降低水溶液表面张力的效率是相当突出的。

(4)具有很低的Krat~相转移点。

(5)对水溶液表面张力的降低能力和降低效率而言,Gemini和普通表面活性剂尤其是和非离子表面活性剂的复配能产生更大的协同效应。

(6)具有良好的钙皂分散性质。

(7)在很多场合,是优良的润湿剂。

Gemini表面活性剂正在成为世界胶体和界面科学领域各主要小组的研究方向。

3.AB型嵌段高分子表面活性剂

涂料中颜填料的分散先后使用过聚磷酸盐、硅酸盐、碳酸盐等无机分散剂,传统小分子表面活性剂和聚羧酸盐、聚丙酸酸盐等高分子化合物。高分子化合物主要利用空间位阻使颜填料颗粒稳定,效果好于小分子表面活性剂的静电排斥作用。研究表明,在众多类型的高分子分散剂中,效果最好、效率最高的是AB型嵌段高分子表面活性剂。从分子结构上看,AB型嵌段高分子就是超大号的表面活性剂,A嵌段和B嵌段分别类似于表面活性剂的亲水头基和疏水尾链。

AB嵌段高分子表面活性剂在颜填料表面采取尾型吸附形态,A嵌段是亲颜料的锚固基团,B嵌段是亲溶剂的溶剂化尾链。A嵌段可以是酸、胺、醇、酚等官能团,通过离子键、共价键、配位键、氢键及范德华力等相互作用吸附在颗粒表面,由于含有多个吸附点,可以有效地防止分散剂分子脱附,使吸附紧密且持久。B嵌段可以是聚醚、聚酯、聚烯烃、聚丙烯酸酯等基团,分别适用于极性和非极性溶剂。

稳定颗粒主要依靠B嵌段形成的吸附层产生的空间位阻作用,所以对作为溶剂化尾链的B嵌段的长度和均一性有极高的要求,希望可以形成厚度适中且均一的吸附层,如果B段过长,可能会起架桥作用,引起分散体系黏度增加,甚至絮凝沉淀。通常认为位阻层的厚度为20nm时,可以达到最好的稳定效果。

合成分子结构明确和相对分子质量可控的AB型嵌段高分子表面活性剂是涂料分散助剂的发展方向,这需要用到受控聚合技术。但仅有BYK、Ciba、Rhodia等少数几个公司拥有受控聚合技术。深圳海川公司正在开发的新型分散剂也是AB型嵌段高分子表面活性剂。

4.Bola型表面活性剂

Bola型表面活性剂是由两个极性头基用一根或多根疏水链连接键合起来的化合物,它因形似南美土著人的一种武器Bola(一根绳子的两端各连接一个球)而得名。

分子两端的疏水基团起缔合作用,相当于Bola型表面活性剂的2个端头基,是增稠的决定因素,通常是油基、十八烷基、十二烷苯基、壬酚基等。亲水链相当于Bola型表面活性剂的连接链,能提供化学稳定性和黏度稳定性,常用的是聚醚,如聚氧乙烯及其衍生物。缔合型增稠剂的分子链是通过聚氨酯基团来扩展的,所用聚氨酯有IPDI、TDI和HMDI等。这样的分子结构使缔合型增稠剂分子可以像大分子表面活性剂一样形成胶束,亲水端与水分子以氢键缔合,疏水端与乳液粒子、表面活性剂等的疏水结构吸附缔合在一起,在水中形成立体网状结构,达到增稠的效果。

5.Dendrimer型表面活性剂

Dendrimer就是树枝状大分子,它是从一个中心核分子出发,由支化单体逐级扩散伸展开来的结构,或者由中心核、数层支化单元和外围基团通过化学键连接而成的。已经有聚醚、聚酯、聚酰胺、聚芳烃、聚有机硅等类型。树枝状大分子的特性是其分子结构规整,分子体积、形状和末端官能团可在分子水平上设计与控制,因此成为高分子学科的热门课题。按照需求对其端基进行改性,就得到相应的树枝状大分子表面活性剂。树枝状大分子也引起涂料界的关注,开发出该种类型的分散剂、交联剂和专用树脂等。

树枝状表面活性剂用作涂料分散剂有两方面优势,首先,通过对其端基修饰,可以产生多个颜料亲和基团,加强与颜料的相互作用。其次,由于分子结构一致,且形状近似椭球形,在分散体系中比较容易获得较低黏度。超支化聚氨酯用聚乙二醇或环氧丙烷共聚物改性,是一种新型的高固体分、溶剂性或水性涂料的颜料分散剂。以商品化的超支化聚酯、聚酯-酰胺、聚乙烯亚胺为骨架,加以改性开发的核-壳型颜料锚固机制的分散剂,其优点是在低黏度下具有颜料分散稳定性。

6.低泡或无泡表面活性剂

低泡或无泡表面活性剂就是在原有的表面活性剂基础上进行改性,使其原有的发泡基团失去或降低发泡性,也有用异构醇加EO和PO进行嵌段来调节泡沫大小生产而成的。市场有低泡表面活性剂LT-601,无泡表面活性剂8550、8551。


您可能感兴趣产品