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一、概述

分子中具有亲水基与疏水基，能富集(吸附)于界面，使界面性质发生显著改变而出现界面活性的物质称为表面活性剂。常用的表面活性剂多为分子量为数百的低分子量化合物，随着诸多热点领域如强化采油、药物载体与控制释放、生物模拟、聚合物LB膜、医用高分子材料(抗凝血)、乳液聚合等的深入研究，对表面活性剂的要求日趋多样化和高性能化，具有表面活性的高分子化合物现已成为人们关注的焦点，通常将分子量在数千以上且具有表面活性的物质称为高分子表面活性剂。最早使用的高分子表面活性剂有纤维素及其衍生物，以及作为胶体保护剂使用的天然海藻酸钠和各种淀粉，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基，故其表面活性较低。1954年，美国Wyandotte公司报道了合成聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物非离子高分子表面活性剂，此后具有高性能的各种高分子表面活性剂相继开发，并应用于各个领域，近年来发展迅速，目前已成为表面活性剂的重要发展方向之一。

二、高分子季铵盐阳离子表面活性剂的特点

与普通的表面活性剂相似，高分子表面活性剂也可以分为阴离子型、阳离子型、两性型和非离子型。目前研究和应用较多的是非离子型高分子表面活性剂，但是阳离子型高分子表面活性剂因其固有的特殊结构，具有正电荷和高分子，使其具有特定的性能和广阔应用领域。阳离子型高分子表面活性剂按其结构又可分为聚硫盐型、聚磷盐型和聚季铵盐型，而最多的为聚季铵盐型即高分子季铵盐阳离子表面活性剂，主要品种有如下几种：

（1）聚烯烃基氯化铵

（2）亚乙基多胺与表氯醇共聚季铵盐

（3）淀粉/纤维素高取代度季铵盐

（4）多聚季铵盐

与低分子表面活性剂相比，高分子表面活性剂具有以下特点：(1)具有较高的分子量，渗透能力差，可形成单分子胶束或多分子胶束；(2)溶液粘度高，成膜性好；(3)具有很好的分散、乳化、增稠、稳定以及絮凝等性能，起泡性差，常作消泡剂；(4)大多数高分子表面活性剂是低毒或无毒的，具有环境友好性；(5)降低表面张力和界面张力的能力较弱，且表面活性随分子量的升高急剧下降，当疏水基上引入氟烷基或硅烷基时其降低表面张力的能力显著增强。

高分子季铵盐阳离子表面活性剂除具有高分子表面活性剂的一般特性外，还具有其自身特性：（1）具有极高的阳电荷密度和单分子活性；（2）具有极强的进入固液和油水界面的能力，使用极低浓度效果就非常明显，且性能不受温度、无机盐等影响；（3）对粒子表面具有很强的亲和力，对分散体系具有极佳的立体保护作用，它可以吸附在粒子表面，阻止粒子间缔合所产生的凝聚；（4）起泡性能差，泡沫小，对形成的泡沫具有稳定作用；（5）渗透力较弱，去污洗涤作用较低，但具有保水性、增稠性、成膜性、吸附性强等优点。

三、高分子季铵盐阳离子表面活性剂的制备

高分子季铵盐阳离子表面活性剂通常含有季铵化的氨基，一般通过含有乙烯基的脂肪和芳香胺，或者季胺聚合得到。季铵化可以在聚合前进行，也可以先聚合，再季铵化。像一般高分子化合物一样，高分子季铵盐阳离子表面活性剂也是通过加成聚合、逐步聚合或高分子化学反应而制备，主要制备方法有以下几种：

（一）加成聚合

该反应即为自由基加成聚合反应，单体都是乙烯基单体，它们与聚合物的水溶性决定了系统的聚合条件，通常水是溶液聚合的溶剂，是乳液聚合的分散相，是反向乳液聚合的连续相。

1、均聚

在均聚物里使用最多的是二烯丙基二甲基氯化铵的聚合物，烯丙基胺一般是不能发生自由基聚合反应的，但是二烯丙基二烷基季铵盐或二烯丙基胺盐酸盐则可以顺利进行自由基聚合反应，虽然单体分子中含有二对双键，但是聚合产物是可溶的线性结构，它们主要是通过分子内与分子间的交替增长机理—即环化聚合而制得，反应式如下：

2、共聚

丙烯酰胺几乎是所有高分子季铵盐阳离子表面活性剂的共聚单体，这主要是因为丙烯酰胺水溶性好，价廉，得到的聚合物分子量高（＞5×105），在很大范围内竞聚率接近阳离子单体的竞聚率。

（二）逐步聚合

自由基聚合可获得线形的高分子量季铵盐阳离子表面活性剂，而逐步聚合得到的阳离子表面活性剂分子量很少超过10万，主要有二胺与表氯醇反应以及二卤烷与叔胺的反应等。

表卤醇与双官能团仲胺的反应，反应结果得到主链上含氮的聚季铵盐，反应式如下：

二卤烷与叔胺的反应，反应方程式如下：

（三）聚合物改性

天然高分子化合物如淀粉和纤维素自身都带有大量的具有一定反应活性的羟基官能团，这些基团在一定条件下与其他化合物进行反应就可以获得高分子季铵盐阳离子表面活性剂，如淀粉和纤维素经环氧氯丙烷改性。反应方程式如下：

四、高分子季铵盐阳离子表面活性剂的应用

水处理中絮凝剂是高分子季铵盐阳离子表面活性剂的一大应用领域。我们知道，水中悬浮的固体粒子大都带负电荷，由于负电荷的相互排斥使得粒子很难凝聚沉降，因此浑浊的水很难澄清。高分子季铵盐阳离子表面活性剂的加入，它所带的正电荷与悬浮粒子的负电荷中和，使悬浮粒子很快凝聚。另外高分子对悬浮粒子的吸附架桥作用，也使粒子相互凝聚，这双重作用加速了粒子凝集，达到絮凝目的。因而，与非离子型高分子表面活性剂相比，高分子季铵盐阳离子表面活性剂用于水处理时，用量更少，效果更好。

造纸工业也常用到高分子季铵盐阳离子表面活性剂，主要用作助留剂、增强剂、抗静电剂。它们主要是通过与纸张表面的负电荷吸附而起到助留、增强等作用的。

在印染行业中，高分子季铵盐阳离子表面活性剂是一种很好的固色剂，另外也可用作匀染剂、柔软剂以及抗静电剂等。

高分子季铵盐阳离子表面活性剂用于浮选矿物，尤其是从稀金废水中回收金的研究引人注目。有研究报道，对浓度为5μg.ml^-1的AuCl^-4稀金液，用高分子季铵盐阳离子表面活性剂絮凝回收金，回收率可达90~95﹪。这为从含金废水回收金找到了一种新方法。

高分子季铵盐阳离子表面活性剂易通过分子间力的作用吸附于粘土微粒上，防止粘土微粒因静电斥力产生运移，从而起到有效的防止粘土膨胀的作用，降低泥页岩的水化、膨胀、分散，有利于敏感性砂岩粘土矿物的稳定。此外，电镀行业中的镀锌、镀锡、镀铅也常用到高分子季铵盐阳离子表面活性剂；也可用于化妆品行业，用作杀菌剂或用于护发及改善头发的梳理性，用作洗涤护肤类产品的光滑剂、促进调理剂沉积助剂；用作螯合聚合物原料、阻燃剂和土壤改良剂；用作高效破乳剂；乳液聚合的阳离子乳化剂等。

 

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最后编辑时间为: 2020-04-04 00:01 Saturday