两性表面活性剂在粉体表面改性中的应用


来源:粉体公开课

[导读]  表面活性剂具有润湿或抗粘、乳化或破乳、起泡或消泡以及增溶、分散、洗涤、防腐、抗静电等一系列物理化学作用,是一类灵活多样、用途广泛的精细化工产品。

中国粉体网讯  表面活性剂(surfactant),是指加入少量能使其溶液体系的界面状态发生明显变化的物质,在行业内俗称“工业味精”属于精细化工行业,位于化工产业链中末端,上游是以石油衍生物和天然油脂衍生物为原料,下游几乎可以覆盖所有的精细化工领域。从理化性质看,具有固定的亲水、亲油基团,在溶液的表面能定向排列。

 

在实际应用中,表面活性剂由于具有润湿或抗粘、乳化或破乳、起泡或消泡以及增溶、分散、洗涤、防腐、抗静电等一系列物理化学作用,是一类灵活多样、用途广泛的精细化工产品。表面活性剂除了在日常生活中作为洗涤剂,其他应用几乎可以覆盖所有的精细化工领域。

 

一、表面活性剂分类

 

表面活性剂分为离子型表面活性剂(包括阳离子表面活性剂与阴离子表面活性剂)、非离子型表面活性剂、两性表面活性剂、复配表面活性剂、其他表面活性剂等。

 

1.根据来源

 

合成表面活性剂——主要来源于石油化学制品的烃类。

 

天然表面活性剂——以天然油脂为原料生物表面活性剂——由细菌、酵母和真

菌等多种微生物产生。

 

2.根据亲水基的不同

 

①脂肪酸系——微生物培养可制得,有覆盖霉菌酸,青霉孢子酸的钠盐及烷基胺盐,洗涤能力超强。

 

②磷脂系——大豆和蛋黄制得,是制备脂质体的主要原料。

 

③糖脂系——是假单胞菌在以正构烷烃为唯一碳源的培养基时得到,应用于食品药和生物制剂。

 

④酰基缩氨酸系——有枯草杆菌等培养,具有很好的表面活性,如活性蛋白的脂肽。

 

⑤生物高分子表面活性剂——利用酶的催化活性使明胶等水溶蛋白质与氨基酸的烷基反应得到。

 

3.根据表面活性剂亲水性质

 

分为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性表面活性剂、非离子表面活性剂等。

 

①阴离子表面活性剂

 

将在水中电离后起表面活性作用的部分带负电荷的表面活性剂称为阴离子表面活性剂。从结构上把阴离子表面活性剂分为羧酸盐、磺酸盐、硫酸酯盐和磷酸酯盐四大类。

 

②两性表面活性剂

 

在水溶液中同一分子上可以形成阴离子和阳离子构成内盐。与其他表面活性剂混合使用有很好的相容性及协同作用,具有很强的功能性。

 

③非离子表面活性剂

 

在水中和有机溶剂中均可溶解,在固体表面上可强烈吸附,有较高的耐硬水性;在纳米材料合成中易于形成胶团,纳米粉体中应用较多。

 

二、表面活性剂在材料制备中作用


1.    控制微粒大小、形状

 

表面活性剂分子结构特点决定其在溶液中必然形成胶团,而胶团的大小和胶团的数目是可以通过控制表面活性剂结构决定。


2.    改善微粒表面性能

 

表面活性剂可以控制微粒的亲水性或亲油性、表面活性,并对纳米微粒表面进行改性;亲水基团与表面基团结合生成新结构;降低表面能,使之处于稳定状态,形成空间位阻,防止再团聚。

 

3.控制材料结构

 

表面活性剂的两亲性结构决定其在溶液表面能形成分子定向排列,利用该特性可以选择特定结构的表面活性剂制备理想的结构材料。

 

例如,采用高分子表面活性剂的可聚合单体,在溶液中形成定向排列。然后引发聚合,就可以得到与原始胶团结构一样的纳米结构材料。

 

三、表面活性剂的应用

 

1.在纳米技术研究中的应用

 

在纳米材料制备领域,利用表面活性剂分子在分散体系中形成的有序聚集体如胶束、反胶束、微乳相等性质成功制备了各种纳米材料。阳离子表面活性剂作为无机硅酸盐的插层改性剂在聚合物基-无机纳米复合材料的制备中能发挥重要作用。在解决纳米粉体的团聚问题时,用表面活性剂进行改性可以降低纳米粉体巨大的表面能,是抑制纳米粉体聚结的重要手段。从纳米材料的制备、表征到应用,表面活性剂由于其独特的性质都发挥着重要的作用。

 

2.在制药工业中的应用

 

表面活性剂在药物制剂中做药剂辅料、在药物合成中做相转移催化剂及在药物荧光分析中做增溶增敏剂,因此广泛应用于制药工业中。

 

3.在环境保护研究中的应用

 

表面活性剂在水污染处理技术、大气除尘技术、土壤和地下水污染修复技术中的研究中占有重要地位。如表面活性剂加溶修复技术的研究是解决土壤和地下水污染修复的重大研究课题,并且在理论及实验室研究中取得了较好的效果。

 

此外,表面活性剂在石油/煤炭开采和电镀以及皮革领域的应用也十分广泛。

 

2020年,中国粉体网旗下平台粉体公开课举办首届粉体表面改性及包覆技术网络研讨会,受到了业内人士的诸多好评。2021年,中国粉体网平台粉体公开课再出发,于2021年7月2日,举行2021第二届粉体表面改性及包覆技术网络研讨会,特邀湖南化工职业技术学院颜鑫教授为大家带来题为《两性表面活性剂在粉体表面改性中的应用》的专业报告,线上为大家讲解粉体表面活性剂分类与应用技术简介以及近年来两性表面活性剂在粉体表面改性中的应用趋势与关键技术。

 

专家介绍


 


颜鑫,教授,中国无机盐工业协会碳酸钙行业专家组成员,中国设备管理协会冶金石灰行业首届专家组成员,中国化工学会化肥专业委员会委员。


CSCD收录期刊《无机盐工业》编委,EI、CSCD收录期刊《化工进展》审稿人,广东省科技特派员,全国石油和化工行业教学名师,湖南省应用化工技术专业带头人。

 

参考资料:

百度百科,表面活性剂

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