[科普中国]-聚合物表面活性剂

聚合物表面活性剂是由大量既含亲水基又含疏水基的结构单元自身反复重复所组成，可分为天然和合成聚合物表面活性剂两大系列。因其结构独特，亲水基及疏水基大小、位置等可调，既可制得低分子表面活性剂，又可制得高分子表面活性剂，从而具有一系列独特性能，如优良的分散、乳化、絮凝、低泡、稳定等作用，成为一类很有实用价值和发展前途的表面活性剂。

简介聚合物表面活性剂是由大量既含亲水基又含疏水基的结构单元自身反复重复所组成，可分为天然和合成聚合物表面活性剂两大系列。因其结构独特，亲水基及疏水基大小、位置等可调，既可制得低分子表面活性剂，又可制得高分子表面活性剂，从而具有一系列独特性能，如优良的分散、乳化、絮凝、低泡、稳定等作用，成为一类很有实用价值和发展前途的表面活性剂。聚合物表面活性剂无毒或低毒，合成、改性容易，其品种和性能在不断发展之中。

天然聚合物表面活性剂的制备可由碳水化合物或糖类等直接获得或经衍生及接枝共聚而得。合成聚合物表面活性剂的制备一般视反应单体不同，可以先引入亲水基，再进行单体聚合；也可以先聚合，再引入亲水基；也可以是二者交替。其亲水基的引入同普通表面活性剂的制备一样，主要单元反应有硫酸化、磺化、烷氧基化、酰胺化、磷酸化、季胺化等，由此合成出阴离子、非离子、阳离子及两性表面活性剂。

缩合聚合、加聚反应和开环聚合是聚合物单体相连的最基本反应，视单体和需合成聚合物表面活性剂性能、分子量不同，由上述基本反应又可以衍生出许多方法，如齐聚是正在开发的很有前途的方法，由齐聚制备的低分子量聚合物表面活性剂兼有高分子和低分子表面活性剂两者的性能，特别适合作分散剂和乳化剂。此外，接枝共聚也是近年研究较多很有发展前途的方法，利用接枝共聚可以使聚合物表面活性剂获得更为独特的功能，例如Hughes将含羧基的单体如丙烯酸、衣康酸及任意共聚物单体接枝到母体如聚乙烯醇、脂肪醇聚氧乙烯醚或篦麻油乙氧基化物上，所得聚合物表面活性剂生物降解性好，可用于衣物洗涤剂和餐具清洗剂及作为助洗剂、抗再沉积剂等。1

羧酸盐型聚合物表面活性剂羧酸盐型聚合物表面活性剂是这类表面活性剂中应用最广的一类，已在许多工业领域获得应用，其合成主要以丙烯酸及丁烯二酸为原料。丙烯酸可以单独聚合，也可以与苯乙烯、乙烯、异丁烯、烷基取代的环状亚胺醚、环状磷化合物以及其它一些含氮、含氧的杂环化合物共聚。

丙烯酸多在溶液中按自由基方式聚合。所用溶剂有水、二甲苯、甲苯等。只有不离解的丙烯酸才能进行聚合反应，所以只有当pH在3.5以下时才能聚合，聚合温度一般为40~60℃。当pH=6时，丙烯酸开始解离，其聚合速度几乎等于零。1

以糖为亲水基的聚合物表面活性剂这是近年来广泛研究的一个课题。各种低聚糖、复合糖不仅是生命的能源，也是细胞的建筑材料之一，此外，还有调节新陈代谢的作用，存在于细胞膜中的低聚糖和复合糖还起细胞间的相互识别作用。其中研究较多的是以聚苯乙烯为亲油基，在侧链上引入麦芽糖、葡萄糖等糖类亲水基的聚合物表面活性剂，它们既能溶于水又能溶于有机溶剂，在水中能形成胶束，能使一些与糖类结合着的卵磷脂凝聚，能够吸收溶在水中的有机颜料。其合成方法如下：将麦芽糖在甲醇中于40℃下用碘酸钾氧化，得到白色结晶的麦芽糖甲盐，收率为80%，将生成物用阳离子交换树脂IR-120B（H+）交换成酸型，然后浓缩甲醇溶液，得到脱水麦芽糖-1，5内酯，将制得的内酯与对乙烯苯甲胺在甲醇中回流12min，即得N-对乙烯基苯甲基麦芽糖酰胺。最后再以偶氮二异丁腈AIBN为引发剂，在二甲基亚砜（DMSO）中于60℃下聚合，得非离子型聚合物表面活性剂聚N-对乙烯基苯甲基麦芽糖酰胺，结构如图。1

β-环糊精衍生的筒状低聚阴离子表面活性剂这是一类由日本新开发的由天然环糊精衍生的低聚物表面活性剂。由于环糊精是由D-吡喃葡萄糖以α-1，4糖苷键结合形成的环状低聚物，具有空筒状结构，筒内为空的疏水性环境，当在活性羟基上引入亲水基或疏水基时，所形成的表面活性剂不仅表面活性高而且具有独特的包合作用，因而非常引人注目。该类表面活性剂对浮选工业及分离工业废水中有害金属或从胶体状态的混浊液中回收有用金属非常重要。1

有机硅改性聚乙烯醇型聚合物表面活性剂聚乙烯醇是一种水溶性聚合物表面活性剂，具有好的分散作用、乳化作用及保护胶体作用。其缺点是表面活性不高，极易吸水，用它制成的塑料制品，常因水分而膨胀变形，为克服这一缺点，最近日本在聚乙烯醇的分子链中引入表面活性高、防水能力大的有机硅化合物，提高了聚乙烯醇的表面活性和防水能力，其方法之一是将聚乙烯醇与聚二甲基硅氧烷进行接枝共聚，工艺如下：以环状三聚体二甲基硅氧烷为原料，以正丁基锂为引发剂，在四氢呋喃中进行阴离子活性链聚合，最后加入1，1-二甲基乙烯基氯化硅烷为终止剂，使之形成末端具有乙烯基的二甲基硅氧烷，再用偶氮二异丁腈AIBN为引发剂，使具有乙烯基的二甲基硅氧烷与醋酸乙烯酯共聚合，得到聚醋酸乙烯与聚硅氧烷的接枝共聚合体。用石油醚将共聚合体洗净，精制，共聚合体中硅氧烷含量由H-NMR测定。最后将接枝共聚体用NaOH水溶液皂化，即得聚乙烯醇与聚二甲基硅氧烷的接枝共聚体。接枝共聚体中硅氧烷的含量随反应性二甲基硅氧烷进料比的增加而增加，随着共聚体中硅氧烷含量的增加，共聚体逐渐由水溶性变为油溶性，当其含量达20%时，具有好的防水效果，这类共聚体是一种十分优异的乳化剂和分散剂。1

本词条内容贡献者为:

李雪梅 - 副教授 - 西南大学