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2020-11-02

上海得利化工助劑有限公司告訴您:表面活性劑的發(fā)展方向?

上海得利化工助劑有限公司告訴您:表面活性劑的發(fā)展方向?


1.烷基磷羧酸鹽(AEC)工業(yè)化制造

表面活性劑應(yīng)人類(lèi)要求正向著溫和、易生物降解和多功能性,強(qiáng)調(diào)使用安全、生態(tài)保護(hù)和提高效率的方向發(fā)展。例如:烷基醇醚羧酸鹽(AEC)是8O年代以來(lái),發(fā)達(dá)國(guó)家積極研究開(kāi)發(fā)的優(yōu)質(zhì)表面活性劑熱點(diǎn)品種,它與烷基多苷和醇醚磷酸單酯同被稱(chēng)為“表面活性劑90年代的綠色品種”。

圖1 表面活性劑結(jié)構(gòu)示意圖

(4)生物降解性能優(yōu)異。烷基醚羧酸鹽國(guó)內(nèi)的應(yīng)用市場(chǎng)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國(guó)家,隨著環(huán)保意識(shí)的不斷加強(qiáng)和人民物質(zhì)文化水平的不斷提高,這類(lèi)集溫和、易生物降解和多功能性于一身的表面活性劑,在金屬加工領(lǐng)域內(nèi),將發(fā)揮更大作用。

2.新一代表面活性劑Gemini

現(xiàn)已經(jīng)合成的低聚表面活性劑有二聚體、三聚體和四聚體等,其中最引人注目的是二聚體,結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1,二聚表面活性劑最早被合成于1971年[4-5],后因其結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)而被形象地命名為Gemini(英文是雙子星之意)表面活性劑。

表面活性劑Gemini(或稱(chēng)dimeric)提高了表面活性。與當(dāng)前為提高表面活性而進(jìn)行的大量嘗試,如添加鹽類(lèi)、提高溫度或?qū)㈥庪x子表面活性劑與陰離子表面活性劑混合相比較,Gemini表面活性劑是概念上的突破,因而被譽(yù)為新一代的表面括性劑。

圖2 炔醇類(lèi)Gemini表面活性劑

離子相當(dāng)緊密的連接,致使其碳?xì)滏滈g更容易產(chǎn)生強(qiáng)相互作用,即加強(qiáng)了碳?xì)滏滈g的疏水結(jié)合力,而且離子頭基間的排斥傾向受制于化學(xué)鍵力而被大大削弱,這就是Gemlrd表面活性劑和單鏈單頭基表面括性劑相比較,具有高表面括性的根本原因。另一方面。在兩個(gè)離子頭基問(wèn)的化學(xué)鍵聯(lián)接不破壞其親水性,從而為高表面活性的C~mini表面活性劑的廣泛應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。通過(guò)化學(xué)鍵聯(lián)接方法提高表面活性和以往通常應(yīng)用的物理方法不同,在概念上是一個(gè)突破。Genfini表面活性劑的優(yōu)良性質(zhì):

離子型Gemini表面活性劑的特征性質(zhì):

(1)更易吸附在氣/液表面,從而更有效地降低水溶液表面張力。

(2)更易聚集生成膠團(tuán)。

(3)Gemini降低水溶液表面張力的傾向遠(yuǎn)大于聚集生成膠團(tuán)的傾向,降低水溶液表面張力的效率是相當(dāng)突出的。

(4)具有很低的Krat~相轉(zhuǎn)移點(diǎn)。

(5)對(duì)水溶液表面張力的降低能力和降低效率而言,Gemini和普通表面活性劑尤其是和非離子表面活性劑的復(fù)配能產(chǎn)生更大的協(xié)同效應(yīng)。

(6)具有良好的鈣皂分散性質(zhì)。

(7)在很多場(chǎng)合,是優(yōu)良的潤(rùn)濕劑。

Gemini表面活性劑正在成為世界膠體和界面科學(xué)領(lǐng)域各主要小組的研究方向。

3.AB型嵌段高分子表面活性劑

涂料中顏填料的分散先后使用過(guò)聚磷酸鹽、硅酸鹽、碳酸鹽等無(wú)機(jī)分散劑,傳統(tǒng)小分子表面活性劑和聚羧酸鹽、聚丙酸酸鹽等高分子化合物。高分子化合物主要利用空間位阻使顏填料顆粒穩(wěn)定,效果好于小分子表面活性劑的靜電排斥作用。研究表明,在眾多類(lèi)型的高分子分散劑中,效果最好、效率最高的是AB型嵌段高分子表面活性劑。從分子結(jié)構(gòu)上看,AB型嵌段高分子就是超大號(hào)的表面活性劑,A嵌段和B嵌段分別類(lèi)似于表面活性劑的親水頭基和疏水尾鏈。AB嵌段高分子表面活性劑在顏填料表面采取尾型吸附形態(tài),A嵌段是親顏料的錨固基團(tuán),B嵌段是親溶劑的溶劑化尾鏈。A嵌段可以是酸、胺、醇、酚等官能團(tuán),通過(guò)離子鍵、共價(jià)鍵、配位鍵、氫鍵及范德華力等相互作用吸附在顆粒表面,由于含有多個(gè)吸附點(diǎn),可以有效地防止分散劑分子脫附,使吸附緊密且持久。B嵌段可以是聚醚、聚酯、聚烯烴、聚丙烯酸酯等基團(tuán),分別適用于極性和非極性溶劑。典型的AB嵌段型高分子表面活性劑結(jié)構(gòu)如圖3所示。穩(wěn)定顆粒主要依靠B嵌段形成的吸附層產(chǎn)生的空間位阻作用,所以對(duì)作為溶劑化尾鏈的B嵌段的長(zhǎng)度和均一性有極高的要求,希望可以形成厚度適中且均一的吸附層,如果B段過(guò)長(zhǎng),可能會(huì)起架橋作用,引起分散體系黏度增加,甚至絮凝沉淀。通常認(rèn)為位阻層的厚度為20nm時(shí),可以達(dá)到最好的穩(wěn)定效果。

圖3 AB嵌段型高分子表面活性劑

合成分子結(jié)構(gòu)明確和相對(duì)分子質(zhì)量可控的AB型嵌段高分子表面活性劑是涂料分散助劑的發(fā)展方向,這需要用到受控聚合技術(shù)。但僅有BYK、Ciba、Rhodia等少數(shù)幾個(gè)公司擁有受控聚合技術(shù)。深圳海川公司正在開(kāi)發(fā)的新型分散劑也是AB型嵌段高分子表面活性劑。

4.Bola型表面活性劑

Bola型表面活性劑是由兩個(gè)極性頭基用一根或多根疏水鏈連接鍵合起來(lái)的化合物,它因形似南美土著人的一種武器Bola(一根繩子的兩端各連接一個(gè)球)而得名,最簡(jiǎn)單的Bola型表面活性劑結(jié)構(gòu)如圖3所示。典型的締合型增稠劑如圖4所示。

圖4 Bola型大分子表面活性劑

分子兩端的疏水基團(tuán)起締合作用,相當(dāng)于Bola型表面活性劑的2個(gè)端頭基,是增稠的決定因素,通常是油基、十八烷基、十二烷苯基、壬酚基等。親水鏈相當(dāng)于Bola型表面活性劑的連接鏈,能提供化學(xué)穩(wěn)定性和黏度穩(wěn)定性,常用的是聚醚,如聚氧乙烯及其衍生物。締合型增稠劑的分子鏈?zhǔn)峭ㄟ^(guò)聚氨酯基團(tuán)來(lái)擴(kuò)展的,所用聚氨酯有IPDI、TDI和HMDI等。這

樣的分子結(jié)構(gòu)使締合型增稠劑分子可以像大分子表面活性劑一樣形成膠束,親水端與水分子以氫鍵締合,疏水端與乳液粒子、表面活性劑等的疏水結(jié)構(gòu)吸附締合在一起,在水中形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),達(dá)到增稠的效果。

5.Dendrimer型表面活性劑

Dendrimer就是樹(shù)枝狀大分子,它是從一個(gè)中心核分子出發(fā),由支化單體逐級(jí)擴(kuò)散伸展開(kāi)來(lái)的結(jié)構(gòu),或者由中心核、數(shù)層支化單元和外圍基團(tuán)通過(guò)化學(xué)鍵連接而成的。已經(jīng)有聚醚、聚酯、聚酰胺、聚芳烴、聚有機(jī)硅等類(lèi)型。樹(shù)枝狀大分子的特性是其分子結(jié)構(gòu)規(guī)整,分子體積、形狀和末端官能團(tuán)可在分子水平上設(shè)計(jì)與控制,因此成為高分子學(xué)科的熱門(mén)課題。按照需求對(duì)其端基進(jìn)行改性,就得到相應(yīng)的樹(shù)枝狀大分子表面活性劑。樹(shù)枝狀大分子也引起涂料界的關(guān)注,開(kāi)發(fā)出該種類(lèi)型的分散劑、交聯(lián)劑和專(zhuān)用樹(shù)脂等。樹(shù)枝狀表面活性劑用作涂料分散劑有兩方面優(yōu)勢(shì),首先,通過(guò)對(duì)其端基修飾,可以產(chǎn)生多個(gè)顏料親和基團(tuán),加強(qiáng)與顏料的相互作用。其次,由于分子結(jié)構(gòu)一致,且形狀近似橢球形,在分散體系中比較容易獲得較低黏度。超支化聚氨酯用聚乙二醇或環(huán)氧丙烷共聚物改性,是一種新型的高固體分、溶劑性或水性涂料的顏料分散劑。以商品化的超支化聚酯、聚酯-酰胺、聚乙烯亞胺為骨架,加以改性開(kāi)發(fā)的核-殼型顏料錨固機(jī)制的分散劑,其優(yōu)點(diǎn)是在低黏度下具有顏料分散穩(wěn)定性。

6.低泡或無(wú)泡表面活性劑

低泡或無(wú)泡表面活性劑就是在原有的表面活性劑基礎(chǔ)上進(jìn)行改性,使其原有的發(fā)泡基團(tuán)失去或降低發(fā)泡性,也有用異構(gòu)醇加EO和PO進(jìn)行嵌段來(lái)調(diào)節(jié)泡沫大小生產(chǎn)而成的。市場(chǎng)有低泡表面活性劑LT-601,無(wú)泡表面活性劑8550、8551。



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