两性聚合物与阴离子表面活性剂的相互作用
(完整word版)表面活性剂
第三章表面活性剂表面活性剂在药物制剂的制备中被广泛应用，其结构特征是具有亲水性与亲脂性两种基团，其作用是能显著降低分散系的表面（界面）张力，因此可用作乳化剂、助悬剂、增溶剂、促吸收剂、润湿剂、起泡剂与消泡剂、去污剂等，是药用乳剂、悬浊剂、脂质体等的重要辅料.本章重点讨论表面活性剂的基本性质（如CMC值、HLB值、Krafft点与昙点等）与测定方法等。
第一节表面活性剂分类一、表面活性剂（surfactant)：具有很强表面活性,加入少量就能使液体表面张力显著下降的物质。
1.①纯液体在一定温度有一定的表面张力，是液体的物理常数.②当在水中加入无机盐或糖类物质时，则水的表面张力略有升高;③当在水中加入低级脂肪醇、脂肪酸时，则水的表面张力下降,称此类物质为水的表面活性物质。
④当在水中加入油酸钠、十二烷基硫酸钠（高级脂肪酸）时，则水的表面张力能够显著的降低，称此类物质为该溶剂的表面活性剂(surfactant)。
2.表面活性剂分子的结构特征:是由具有极性的亲水基和非极性的亲油基组成,而且两部分分处两端。
因此，表面活性剂具有既亲水又亲油的两亲性质，但具有两亲性的分子不一定都是表面活性剂。
3.表面活性剂的吸附性：表面活性剂由于其特殊结构可以在两相界面发生定向排列,来改变两相界面性质。
从而起到润湿、乳化、增溶、絮凝、反絮凝、起泡、消泡的作用。
（1）在溶液中的正吸附:表面活性剂在溶液表面层聚集的现象为正吸附，正吸附改变了溶液表面的性质。
最外层疏水，表现低表面张力，产生较好的润湿性、乳化性、增溶性、起泡性.（2）在固体表面的吸附：表面活性剂溶液与固体接触时，表面活性剂分子可能在固体表面发生吸附，使固体表面性质发生改变，易于润湿.二、表面活性剂的类型1。
表面活性剂分类方法有多种，根据来源可分为天然表面活性剂与合成表面活性剂；2。
根据溶解性质可分为水溶性表面活性剂与油溶性表面活性剂;3。
根据极性基团的解离性质分为离子型表面活性剂与非离子型表面活性剂两大类；再根据离子型表面活性剂所带电荷，又分为阳离子、阴离子、两性离子表面活性剂。
乳液聚合原理
M
M/P
R*
M
M
<1μm
乳胶粒长大阶段乳液状态示意图
乳液聚合机理
聚合完成阶段（聚合Ⅲ段） （单体转化率达到60～70％）
M/P ↓ P
聚合完成阶段乳液状态示意图
乳液聚合机理
乳液聚合各个阶段转化率与反应速度和表面张力的关系
表面张力及聚合速度与转化率的关系图
2、乳液聚合的基本原理
2、乳液聚合反应动力学
2、影响乳状液稳定的因素
（1）电解质的加入
当乳状液中加入一定量的电解质后，液相中离子浓度增加，在吸 附层中异性离子增多，电中和的结果是使动电位下降，双电层被压缩。 当电解质浓度达到足够浓度时，乳胶粒的动电位降至临界点以下，乳 胶粒之间的吸引力由于排斥力的消失而体现出来，使体系出现破乳和 凝聚现象。
根据疏水链的种类不同可分为碳氢型和碳氟型 Gemini表面活性剂
阳离子Gemini表面活性剂
阳离子型Gemini表面活性剂
最重要的是含氮的表面活性剂。目前对阳离子型 双子表面活性剂研究较多也是含氮原子的，而且主要 是季铵盐型表面活性剂。这是因为它生物降解性好， 毒性小，性能卓越。
例如：
C9H19
C9H19
Cl(HOH2CH2C)3N
O OH
O
N(CH2CH2OH)3Cl
OH
TM 结构式
阴离子Gemini表面活性剂
阴离子型Gemini表面活性剂
种类较多，大多数专利文献报道的内容属此类， 并已有工业化产品供应。
从报道的化合物结构来看，主要分为磷酸盐、 羧酸盐和磺酸盐型。
阴离子Gemini表面活性剂
Gemini型表面活性剂是一种新型的表面活 性剂，由两个双亲分子的离子头经联接基团通过 化学键联接而成。
亲水整理剂类别
亲水整理剂类别
亲水整理剂是一类化学品，可以增强纤维材料（如织物、纸张等）的亲水性能，使其具有更好的润湿性和吸水性。
根据不同的应用和化学成分，亲水整理剂可以分为以下几个主要类别：
1. 表面活性剂类亲水整理剂：包括非离子型、阴离子型、阳离子型和两性离子型表面活性剂，通过改善纤维表面张力，提高纤维与水的相互作用，从而增强纤维的亲水性。
2. 聚合物类亲水整理剂：常见的聚合物包括聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚醚等，它们可以在纤维表面形成覆盖层或孔隙结构，提高纤维的亲水性和吸湿性。
3. 硅油类亲水整理剂：属于无机亲水整理剂，通过在纤维表面形成一层保护膜，增加纤维与水的接触角，从而提高纤维的亲水性。
4. 环氧树脂类亲水整理剂：环氧树脂可以在纤维表面形成一层亲水薄膜，提高纤维的润湿性和吸湿性。
5. 硅烷类亲水整理剂：硅烷类化合物可以通过与纤维表面
反应生成化学键，从而增强纤维的亲水性。
需要根据具体应用场景和需求选择适合的亲水整理剂，并遵循相应的使用方法和配方。
两亲化合物名词解释
两亲化合物名词解释在化学中，两亲化合物（amphiphile）是指具有两亲性质的分子。
这类化合物具有一种特殊的性质，即在同一分子中同时含有亲水基团和亲油基团。
这种分子结构使得两亲化合物在溶液中能够同时与水和其他有机溶剂相溶。
两亲化合物在许多领域具有重要的应用，如洗涤剂、化妆品、药物输送、生物材料等。
一、定义两亲化合物，又称为表面活性剂（surfactant），是指在同一分子中同时含有亲水基团和亲油基团的化合物。
亲水基团通常是指能够与水分子相互作用的原子或基团，如羟基、磺酸基等；亲油基团则是指能够与非极性有机溶剂相互作用的原子或基团，如长链烃基、酯基等。
由于两亲化合物在同一分子中兼具亲水亲油性质，因此能够在不同环境中自由扩散，如在水中扩散到空气中，或在有机溶剂中扩散到水中。
二、分类根据亲水基团和亲油基团的数量和类型，两亲化合物可以分为以下几类：1. 单组分表面活性剂：这类化合物仅包含一个亲水基团和一个亲油基团。
例如，阴离子表面活性剂（如硫酸钠）和两性表面活性剂（如磷酸酯）。
2. 双组分表面活性剂：这类化合物包含两个不同的亲水基团和亲油基团。
例如，阳离子表面活性剂（如季铵盐）和非离子表面活性剂（如聚氧乙烯醇）。
三、应用两亲化合物在许多领域具有重要的应用，主要包括以下几个方面：1. 洗涤剂：两亲化合物作为表面活性剂，能够降低水中的表面张力，使油渍更容易从衣物上去除。
此外，它们还能够降低水与空气之间的界面张力，有助于泡沫的产生和稳定性。
2. 化妆品：两亲化合物在化妆品中用作乳化剂、增稠剂等，有助于提高产品的稳定性和性能。
例如，阴离子表面活性剂可以用于洗发水中，有助于去除头发上的油脂和污垢。
3. 药物输送：两亲化合物可以作为药物载体，将药物输送到特定的组织或细胞中。
例如，阳离子表面活性剂可以将药物输送到带负电荷的细胞表面，从而提高药物的生物利用度和靶向性。
4. 生物材料：两亲化合物可以用于制备生物相容性的材料，如纳米纤维、纳米颗粒等。
表面活性剂的作用原理与应用
表面活性剂的作用原理与应用作者：叶聪杨飞李勇来源：《科学与财富》2019年第09期摘要：表面活性剂通过在气液两相界面吸附降低水的表面张力，也可以通过吸附在液体界面间来降低油水界面张力。
表面活性剂系统的热动力学很重要，不论是理论上还是实践上。
因为表面活性剂系统代表的是介于有序和无序物质状态之间的系统。
表面活性剂溶液可能含有有序相和无序相。
胶束——表面活性剂分子的亲脂尾端聚于胶束内部，避免与极性的水分子接触;分子的极性亲水头端则露于外部，与极性的水分子发生作用，并对胶束内部的憎水基团产生保护作用。
关键词：表面活性剂;合成;分类;作用原理近年来，表面活性剂在生命科学、能源科学、信息材料以及许多现代高新技术中发挥了重要作用。
表面活性剂一般为具有亲水与疏水基团的有机两性分子，可溶于有机溶液和水溶液。
亲水基团常为极性的基团，如羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其盐，也可是羟基、酰胺基、醚键等;而憎水基团常为非极性烃链，如8个碳原子以上烃链。
表面活性剂分为离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂等。
它是一大类有机化合物，他们的性质极具特色，应用极为灵活、广泛，有很大的实用价值和理论意义。
一、表面活性剂的分类表面活性剂的分类方法很多，根据疏水基结构进行分类，分直链、支链、芳香链、含氟长链等;根据亲水基进行分类，分为羧酸盐、硫酸盐、季铵盐、PEO衍生物、内酯等;有些研究者根据其分子构成的离子性分成离子型、非离子型等，按极性基团的解离性质分类1、阴离子表面活性剂：硬脂酸，十二烷基苯磺酸钠肥皂类。
系高级脂肪酸的盐，通式：（RCOOˉ）nM。
硫酸化物RO-SO3-M。
主要是硫酸化油和高级脂肪醇硫酸酯类。
磺酸化物R-SO3-M。
属于这类的有脂肪族磺酸化物、烷基芳基磺酸化物和烷基萘磺酸化物。
2、阳离子表面活性剂：季铵化物该类表面活性剂起作用的部分是阳离子，因此称为阳性皂。
其分子结构主要部分是一个五价氮原子，所以也称为季铵化合物。
其特点是水溶性大，在酸性与碱性溶液中较稳定，具有良好的表面活性作用和杀菌作用。
12 两性表面活性剂
( C3H6O )n H ( C3H6O )n H
CH2O ( C2H4O ) m
CP5 其它类型的表面活性剂
此外，还可用带有环氧官能团有机的硅化合
物与HO-PE桥连，可制得含硅共聚醚类。例如：
CH3 C2H5O Si CH3 C2H5O C3H6 OCH2CH CH3 Si CH3 O C3H6 CH2
（三）主要性能及用途 1、性能：——P17（划书） 生产制造成本较高，具有良好的表面活性、泡沫、渗透、抗静电、 抗菌和织物柔软性能，对皮肤温和、刺激性小，毒性极低，具有良好 的杀菌作用，与其他类型表面活性剂配伍性好，一般与其他类型表面 活性剂配合使用。 CH2 2、用途——P17 （划书） （四）典型产品 N CH2 1、咪唑啉型 （1）一般结构
CP5 其它类型的表面活性剂
含硼表面活性剂的沸点一般都很高；不挥发，高
温下极稳定，但能水解。与单甘油酯和酸性硼酸烷基甘
油酯相比，具有优良的表面活性。抗菌性试验表明，有
机硼表面活性剂具有很好的抗菌性，其抗菌性的强弱不 仅取决于硼的含量，还与表面活性剂的结构密切相关。 半极性有机硼表面活性剂不但具有抗菌性，而且毒性低， 如液体硼酸双甘酯单棕榈酸酯的大白鼠口服量达
R C +N CH2CH2OH
其中：R为C7~C17饱和或不饱和烃 （2）一般性能及用途 性质温和，对皮肤和眼睛的刺激性小，并有良好的发泡力。广泛应用 于婴儿浴用香波和低刺激性香波中，也用于化妆品和清洁剂制造，纤维的 柔软剂和抗静电剂。
2、甜菜碱型 （1）一般结构：
R
CH3 N
+
CH2COO
-
CH3
油溶性有机硼表面活性剂是一种半极性化合 物，其分子结构通式为：
表面活性剂知识
非离子型表面活性剂非离子型表面活性剂(non-ionic surface active agent)它在水溶液中不产生离子的一种表面活性剂。
它在水中的溶解是由于它具有对水亲和力很强的官能团。
非离子表面活性剂和阴离子类型相比较，乳化能力更高，并具有一定的耐硬水能力，是净洗剂、乳化剂配方中不可或缺的成分。
当然，与阴离子表面活性剂相比，非离子表面活性剂也存在一些缺陷，如浊点限制、不耐碱、价格较高等。
非离子表面活性剂大多为液态和浆状态，它在水中的溶解度随温度升高而降低。
非离子表面活性剂具有良好的洗涤、分散、乳化、润湿、增溶、匀染、防腐蚀、和保护胶体等多种性能，广泛地用于纺织、造纸、食品、塑料、皮革、毛皮、玻璃、石油、化纤、医药、农药、涂料、染料、化肥、胶片、照相、金属加工、选矿、建材、环保、化妆品、消防和农业等各方面。
种类：烷基酚的聚氧乙烯醚TX与NP是同一产品，为壬基酚的聚氧乙烯醚。
OP则是辛基酚的聚氧乙烯醚。
两种烷基酚醚的区别在于OP为14碳的碳链，TX/NP多出一个碳，为15个碳的碳链。
OP 的乳化性和渗透性能好于TX/NP，分散性能差于TX/NP。
OP的浊点和HLB值均高于TX/NP，OP的泡沫要低于TX/NP。
具体在应用方面，OP更适合做乳化剂和较高温度条件下使用。
TX/NP适合温度低的条件下使用，性能更加全面，多用于净洗领域。
烷基酚聚氧乙烯醚虽然对环境不友好，但是其乳化净洗效果还是相当出众，在农业、工业硬表面清洗等不要求APEO的领域，仍然发挥巨大作用脂肪醇聚氧乙烯醚月桂醇聚氧乙烯醚（AEO系列）12-14碳伯醇聚氧乙烯醚（MOA系列）12-14碳仲醇聚氧乙烯醚支链化13碳格尔伯特醇聚氧乙烯醚支链化10碳格尔伯特醇聚氧乙烯醚直链的10碳醇聚氧乙烯醚直链的8碳辛醇聚氧乙烯醚（JFC）直链的8碳异辛醇聚氧乙烯醚（JFC-2或JFC-E）AEO系列：价格最便宜，生产工艺最成熟，并且成品AEO月桂醇残余较低，但是乳化效果和分散效果跟其它醇醚相比较差，长期储存亦有分层现状。
第9章 表面活性剂的复配
一般情况下，当两种表面活性剂 产生复配效应时，其混合体系的临界 胶束浓度并不等于二者临界胶束浓度 的平均值，而是小于其中任何一种表 面活性剂单独使用的临界胶束浓度。 造成这种情况的原因就是表面活性剂 分子间的相互作用。
复配使用的两种表面活性剂，会在表面上 形成混合单分子吸附层，在溶液内部形成 混合胶束。无论是混合单分子吸附层还是 混合胶束，两种表面活性剂分子间均存在 相互作用。其相互作用的形式和大小可用
3.产品中夹带副产物。有些反应得不到单一 的表面活性剂，如聚氧乙烯的聚合反应得 到一系列聚合度不同的产品。
4.人为地进行混合。利用各种表面活性剂之 间的配伍性或相溶性，通过几种表面活性 剂的混合，可是商品配方或制剂的效果更 好，达到改善表面活性剂性能的目的，此 即表面活性剂的复配。
协同效应：表面活性剂复配的目的是达到 加和增效作用，即协同效应。即把不同 类型的表面活性剂人为地进行混合，得 到的混合物性能比原来单一组分的性能 更加优良，也就是通常所说的“1+1〉2” 的效果。
基于同样的原因，两性表面活性剂本 身碱性较低，获得质子的能力差，则 与阴离子型表面活性剂的相互作用也 较低。
4.添加无机电解质的影响
无机电解质的天加，会使离子型表面活性 剂与聚氧乙烯型非离子表面活性剂混合 体系中分子间相互作用力降低，这说明 此两类表面活性剂分子间存在着静电力 的作用。
5.温度的影响
12-混合体系
表面活性剂分子间的相互作用参数 β值和两种表面活性剂混合的自由能有关， β值为负值表示两种分子相互吸引；β值 为正值时，表示两种分子相互排斥；β值 接近0时，表明两种分子间几乎没有相互 作用，近乎于理想混合。
许多学者通过大量实验和计算发现β 值一般在-2（弱排斥）到-40（强吸引） 之间。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
两性聚合物与阴离子表面活性剂的相互作用
【摘要】制备了一种两性聚合物，利用粘度法、界面张力法研究了两性聚合物与阴离子表面活性剂在溶液中的相互作用。
实验结果表明：随着表面活性剂的增加，聚合物溶液粘度先增加、再降低；同时，聚合物对阴离子表面活性剂的界面性能也有较大影响，聚合物的加入使表面活性剂降低油/水界面张力的能力增大，油/水界面张力达到平衡所需时间缩短。
【关键词】两性聚合物阴离子表面活性剂粘度界面张力
1 引言
水溶性两性聚合物（water-soluble amphoteric polymers）是分子链上含有正负两种电荷的水溶性高分子。
普通聚合物溶液通常随着矿化度的增加，其粘度明显下降。
与仅含有一种电荷的阳离子型或阴离子型聚合物相比，两性离子型聚合物的性能更为独特。
在盐溶液中，其粘度非但不降低，反而增高，与常见聚合物是不同的。
因为正负电荷基团同时存在于两性聚合物中，并且正负电荷基团的数目相等，形成的两性离子聚合物呈电中性，所以这类聚合物表现出反聚电解质溶液行为。
普通的聚合物分子结构中只有一种电荷，分子间的作用力为静电排斥力。
在水溶液中，这种静电排斥作用使分子链形态较为舒展，因此表现出流体力学体积大，导致聚合物粘度大；在盐溶液中，盐所电离出的离子使分子基团间沿聚合物分子链的静电排斥力作用减弱，结果是聚合物分子链蜷曲，宏观上表现出粘度明显下降，这就是一般聚合物的聚电解质效应。
近年来，季铵盐阳离子和磺酸盐阴离子聚合物倍受关注。
学者们希望在医药、水处理、纺织、湍流减阻、油田开采、胶体保护等方面能很好的应用两性聚合物。
有研究表明，此类聚合物在油田钻井液的研究中有着广泛的应用。
2 实验部分
该聚合物反应为三元共聚反应，羧酸基甜菜碱单体、丙烯酰胺和实验室自制的疏水单体共聚反应。
羧酸基甜菜碱单体和疏水单体实验室已经制好，因此本文只需要原理中的第三步，及聚合物的合成。
该实验中采用共聚法来合成两性聚合物，引发剂为过硫酸铵和亚硫酸氢钠氧化还原体系。
合成步骤为：在广口瓶中按投料比依次加入AM、羧酸基甜菜碱单体及疏水单体，以蒸馏水为溶剂，磁力搅拌使其完全溶解。
然后通入氮气除去广口瓶中液体上部的氧气。
除完氧气后，加入引发剂，继续搅拌，广口瓶中溶液开始变粘，说明引发了聚合反应，将广口瓶放在恒温水浴中恒温反应4小时。
（反应完成之后，用无水乙醇反复洗涤合成出的聚合物，洗完后尽可能的把聚合物剪碎，放在60度的真空干燥箱中烘干。
3 实验结果和分析
配制一系列不同浓度的表面活性剂溶液，该系列表面活性剂中聚合物的加量分别为：0mg/L，1000mg/L，2000mg/L。
测定这些溶液在温度在25℃，转速为
6000rad/min时与模拟油的界面张力与浓度曲线，结果如图1：
由图1可以看出：加入了聚合物的表面活性剂与模拟油的界面张力变化趋势相似。
不同的是加入聚合物后，表面活性剂与模拟油的界面张力值低于纯表面活性剂溶液与模拟油的界面张力。
且随着聚合物的增加，界面张力值降低的越大。
两性聚合物SDBS体系出现这种现象，说明随着聚合物浓度的增加，它与表面活性的协同作用增强，使其降低油水界面张力的能力逐渐增强。
但是随着表面活性剂浓度的增大，与聚合物分子作用的表面活性剂分子增多，使得自由的表面活性剂分子数目变少，吸附在油水界面层的表活剂分子数目不会因为浓度的升高而增多，因此体系的界面张力在CMC后趋于平稳。
配制一系列的不同浓度SDBS下的聚合物溶液，聚合物浓度为10000mg/L，表面活性剂浓度从100mg/L到1000mg/L，待溶液混合均匀后，测得粘度，聚表混合溶液的表观粘度随阴离子表面活性剂SDBS的变化有以下特点：
（1）两性聚合物溶液的表观粘度随着表面活性剂十二烷基苯磺酸钠（SDBS）浓度增高的变化趋势是聚合物粘度先升高后降低。
（2）聚合物溶液粘度随着表面活性剂的浓度的增加先急剧上升，在400mg/L 时达到峰值，由最初的17.7 mPa·s上升到271.2 mPa·s，粘度翻了15倍；随着表面活性剂的加入，聚合物溶液表观粘度下降，然后趋于平缓。
当在聚合物溶液中加入阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠后，聚合物的疏水基开始与表面活性剂的疏水基形成混合胶束，形成了大规模、稠密的空间结构，致使聚合物的粘度迅速上升。
（如图所示，在表面活性剂的加入量在100-400mg/L 时，聚合物的粘度急剧上升。
随着表面活性剂SDBS的继续加入，溶液中的聚集体继续增加，使得每个聚集体中的疏水链变有所变化，即聚合物分子间的缔合开始被拆散，因此体系的粘度迅速下降。
当溶液中的缔合结构完全被加入的表面活性剂分散时，溶液的表观粘度随着表面活性剂的加入粘度变化趋于平稳。
4 结论
用羧酸基甜菜碱单体、实验室自制疏水单体和丙烯酰胺合成了一种三元共聚的两性聚合物，并对其抗盐性能进行了评价：
（1）该聚合物与阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠有着很好的协同作用，聚合物的加入使阴离子表面活性剂SDBS与模拟油界面张力稳态值降低；在SDBS与聚合物的混合体系中，不同的聚合物浓度相同表面活性剂浓度时，混合体系比单一相同浓度表面活性剂更能降低油水界面张力。
（2）两性聚合物溶液的表观粘度随着表面活性剂十二烷基苯磺酸钠（SDBS）的浓度先升高后降低。
加入表面活性剂后，使聚合物的分子链开始伸展，就表现为聚合物粘度的升高。
参考文献
[1] 臧庆达，李卓美.功能高分子学报，1994，7（1）：90
[2] 张黎明.油田化学1997.6.25第166-174页
[3] Peiffer D G et al. US 4637882 1997
[4] 李秀花，陈进富，佟曼丽.石油与天然气化工，1995，24（1）：12-13
[5] Peiffer D G et al. US 4626285 1996
[6] （美）W E Haines主编，金静芷等译，油田化学发展论文集，北京：石油工业出版社，1991：60-67。