高分子表面活性剂作业[精选].doc

东 北 大 学 研究生考试试卷 考试科目：高分子表面活性剂 课程编号： 阅 卷 人： 考试日期： 姓 名： 学 号： 注 意 事 项 1.考前研究生将上述项目填写清楚 2.字迹要清晰，保持卷面清洁 3.交卷时请将本试卷和题签一起上交 东北大学研究生院 简述高分子表面活性剂定义 高分子表面活性剂是指那些分子量在数千（5000）以上并具有表面性功能的高分子化合物高分子表面活性剂一般由亲水部分和疏水部分组成因而具有良好的分散、絮凝和保护胶体的作用最早使用的高分子表面活性剂有淀粉、纤维素及其衍生物等天然水溶性高分子化合物，它们虽然具有一定的乳化和分散能力，但由于这类高分子化合物具有较多的亲水性基团，故其表面活性较低。1951Stauss将含有表面活性基团的聚合物-聚1-十二烷基-4-乙烯吡啶溴化物命名为聚皂（Polysoap），从而出现了合成高分子表面活性剂。以后各种合成高分子表面活性剂相继开发并应用于各种领域。 简述高分子表面活性剂分类 天然高分子表面活性剂具有优良的增粘性、乳化性、稳定性和结合力，并且具有很高的无毒安全性和易降解等特性，所以广泛应用于食品、医药、化妆品及洗涤剂工业。 但有些天然高分子表面活性剂来源相对有限，且其品质受产地、季节等影响，其特性难以满足大工业的需要，因此导致了合成高分子表面活性剂的产生 合成高分子表面活性剂 合成高分子表面活性剂由亲水性单体均聚或与憎水性单体共 聚而成，或通过合成高分子化合物改性而制得的高分子表面活性剂。合成高分子表面活性剂有着广阔的应用前景，有关其合成及其应用的研究正日益得到人们的重视。 按离子性分类可分为阴离子型、阳离子型、两性型和非离子型 四种，见图1。 图1 高分子表面活性剂分类 简述高分子表面活性剂结构特点 , 简便易行，单体种类选择和组成变化范围广，例如： 由亲水性单体与疏水性单体共聚可以制备含有亲水/疏水链段 的嵌段高分子表面活性剂，其中亲水链段可以是聚氧乙烯、聚乙烯亚胺等；疏水链段可以是聚氧丙烯、聚氧丁烯、聚苯乙烯等，例如： 此类共聚物具有良好的乳化性能，但高分子量的两嵌段或三嵌 段共聚物降低表面（界面）张力的能力十分有限， 其原因可能是大分子疏水链段在水溶液中易缔合，可形成以亲水链段为外壳、疏水链段为脱水内核的胶束， 致使疏水链段不能在界面形成有效的覆盖。 非表面活性小分子通过缩聚反应合成高分子表面活性剂。如制备聚酯、聚酰胺、烷基酚醛树脂及聚氨酯类型高分子表面活性剂。此类方法制备的表面活性剂，其组成和亲油亲水平衡值易于调节，但一般分子量较低。例如： 简述高分子表面活性剂在水溶液中的分子状态 在水溶液体系中(冰山结构，iceberg structure) 如果碳氢链段全部或部分逃离水形成脱水或半脱水状态，则冰 山结构被破坏，体系从比较有序变成较为无序。这一过程中体系的熵增加（ΔS0，尽管疏水基团的熵可能有所减少)，同时大分子链段间相互作用代替了链段与水分子之间的相互作用。该过程总的Gibbs自由能ΔG为负值，即两亲性大分子溶于水中时，存在着疏水基团以某种方式破坏水的冰山结构，逃离水介质的热力学趋势。 聚合物分子中的疏水组分脱离水介质的方式有两种：一是在 溶液的表（界）面上吸附，形成椭球状或长棒状，减少疏水基团与水分子的接触程度，而亲水组分仍溶于水中，见图2；二是在溶液内部疏水基团相互靠拢，缔合形成以高分子中疏水链段为脱水内核，与水接触的为亲水长链极性外壳，即形成大分子胶束，见图3。前一种方式能够降低溶液表（界）面张力，后一种具有增容有机物的效应并且可以作为聚合反应的场所，但对降低表面张力贡献则很小。 图2 长棒状疏水组分示意图 图3 具有脱水内核与极性外壳的大分子胶束 高分子表面活性剂多为嵌段型或接枝型，由于分子量大且链结 构多样化，所以在溶液中形态也很复杂。一般认为高分子表面活性剂在溶液中既能形成单分子胶束又可以形成多分子胶束，见图4。Sadron通过研究发现由于链段的溶解性能不同且彼此间不相溶，使得高分子表面活性剂在稀溶液下可单分子聚集卷曲成线团，溶液的表面张力等温线会出现双折射点现象，并且所测得的高分子表面活性剂的特性粘数与旋转半径均有明显的下降。据此提出了单分子胶束的概念。如果溶液浓度比较高且大分子链之间相互缠结则会形成多分子胶束。 图4 嵌段共聚物在选择性溶剂中得胶束形态模型（不溶嵌段被可溶嵌段包围） (a)单分子；(b)多分子 此外，高分子表面活性剂的表面活性主要取决于溶液中大分子构象或形态，而大分子的构象又依赖于其化学结构（嵌段、接枝、无规和组成等因素）。如果大分子链在水中较为伸展，难以形成胶束，大分子能够向表面迁移排列，呈现较高的表面活性；若大分子链呈卷曲