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阳离子表面活性剂在技术领域中的应用
2006年9月14日 9:51  来源:中国电镀助剂网  

    近年来,阳离子表面活性剂(C-SAA)的增长速度要比阴离子和非离子快得多。C-SAA的极性基带正电荷,因而更易在带负电的表面上吸附形成吸附膜并呈现出独特的性能:固体表面疏水化、杀菌、抗静电、柔软等。这些性能不仅构成了C-SAA在传统应用领域中的应用基础,而且使其应用领域不断拓宽,在近年来发展起来的高新技术中获得了广泛的应用。素有“工业味精”之称的表面活性剂(SAA)与高新技术的结合将是一种必然趋势,也是SAA领域本身发展的一种需要。

    1新材料技术随着新技术革命的发展,在新材料研究领域,C-SAA作为一种辅助添加剂已引起众多科研人员的注意,在新材料制备中也获得了广泛的应用。

    1.1C-SAA微乳液制备新材料最近10余年用微乳液聚合制备透明的多孔聚合材料取得了突破。在丙烯酰基十一烷基三甲基溴化铵微乳液中,甲基丙烯酸甲酯和交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯通过光引发聚合获得了透明的多孔材料[1];在用十六烷基三乙基溴化铵配制的微乳液中可制造出不同孔径和形态的新型聚合物复合材料,聚合中有效地避免了相分离[2]。以n-C12烷基三甲基溴化铵的微乳液为聚合介质可合成微孔聚合材料[3]。另外用微乳液制备无机纳米材料,进而被尝试用来制备催化剂半导体、超导体以及磁性材料等的报道较多。如利用CTAB微乳体系已制备出了一种重要的磁性纳米材料—钡铁氧体(BaFe12O19)[4];在水-CTAB-正丁醇-辛烷的微乳体系,通过钇、钡和的草酸盐在水核中共沉淀制得了超导体Yba2Cu3O7-x[4]。

    1.2C-SAA溶胶凝胶法制备新材料关于C-SAA的溶胶-凝胶法制备新材料的研究也有一些报道。例如,十二烷基三甲基季铵盐的溶胶凝胶可合成酸性多孔低聚镓(III)交换材料。该材料用于473K下的异丙醇分解反应,显示出高催化活性,丙烯的转化率和选择性几乎达到100%[5];再如用阳离子聚合物SAA和聚乙烯亚胺,由电泳溶胶-凝胶沉积法可制备SiO2厚膜,其厚度约为20μm[6]。

    1.3C-SAA模板合成新材料从仿生学的概念出发,以液晶结构作为模板来转录、复制由分子自组织形成确定结构的无机物质是一种创新的举措。用该方法可合成机械性能增强的集成材料、具有自调适功能的智能材料、工程生物材料和具有生物活性的陶瓷基质复合材料等[7]。在该法中,C-SAA充当了模板导向剂。C-SAA的大小、电荷、形状是决定材料结构类型的重要参数。近来研究得最多的是以C-SAA作模板导向剂制备SiO2材料。所用的C-SAA大多为季铵盐。当然也有用阳-非混合SAA作模板导向剂的[8]。阳-非混合SAA还可用来制备中间相有仿生化学表面花纹的层状氧化铝[9]。

    1.4无机粉料的表面改性无机粉料的表面改性是当今材料科学领域的热门课题。新型阳离子SAACDMAAB作为钛白粉的表面改性剂,可提高钛白粉在橡胶中的填充物理力学性能[10];另以新型C-SAA十六烷基二甲基烯丙基氯化铵作为白炭黑、碳酸钙的表面改性剂,改性样品可提高300%定伸、拉伸强度和硬度使它们在橡胶中有显著的补强效果[11]。

    2生命科学和生物技术在近半个世纪成长起来的现代生命科学已经成为自然科学中发展最为迅速的学科之一。它被誉为21世纪初的主导科学。而生物技术是最有发展前途的技术领域,其诱人之处在于可广泛地应用于不同的领域。C-SAA由于能与蛋白质相互作用并能透过细胞膜,因而长期以来被用作抗微生物制剂。C-SAA在生命科学和生物技术领域中还有很多实际应用。如C-SAA对多糖的凝固能力可被用于各种疫苗的制造,像提纯脑膜炎球菌素表面抗原等。C-SAA对蛋白质同样具有凝固能力,这种能力无疑会对一些生命过程、生理现象发生重要的影响。此外C-SAA也可和其他物质括药物如阴离子抗生素发生作用[12]。显然,C-SAA的这些特性使它具备了在生命科学、生物技术上有所作为的可能性。由于C-SAA能与多糖、蛋白质相互作用,又有缓和药物活性、渗透微生物膜的作用,尤其是与内生植物新陈代谢调节剂—乙酰胆碱有相似性,因而可被用于生产新药,治疗各种疾病[12]。已报道的有:CTAB胶束能抑制阿司匹林的水解[13];含EO链和酰胺基的铵盐能用于某种药物的配方[14]。C-SAA还具有抗病毒作用,可防止病毒对其目标的渗透。例如:C-SAA用于预防爱滋病毒用防腐剂[15]。此外,C-SAA还具有限制真核细胞和原核生物细胞的新陈代谢的能力。最近发现双季铵盐由于能形成膜状和棒状结构而被用于人造细胞膜[16],并有专门报道指出了双季铵盐在生物技术中有潜在的应用价值[17]。

    3能源技术随着能源供应日趋紧张和生态环境的破坏,如何充分利用现有的传统能源、研究节能技术、积极开发新能源以及研究能源与环境的关系已成为世界各国面临的课题。C-SAA由于具有杀菌、抗静电、乳化等特性,因而在能源技术中获得了重要应用

    3.1传统能源石油、煤是传统能源,但其生产和使用中存在着破坏环境的问题,且利用率低。通过使用C-SAA可使这些问题得到缓解和改善。在石油工业固井液中C-SAA用作杀菌剂、防腐蚀剂、降滤失剂。C-SAA既可作钻井液中的消泡剂,又是压裂液中的重要成分。另外它还可用于原油降黏、油井堵水、油井固砂、地层暂时封堵以及抑制原油蒸发等。比较典型的例子是:在少量阴离子SAA(石油磺酸铵或钠盐)、阳离子SAAHyamine1622、酸和缓冲剂盐的存在下,对水和氯仿进行适当乳化,可制成具有高触变性的黏性乳状液。它是一种多功能处理液,可用作钻井液、压裂液和三次采油的驱油液[18]。燃油掺水技术是传统能源利用上的一次突破,C-SAA在这一技术中充任油水体系的乳化剂。如C21~30脂肪酸胺的季铵盐用作汽油/柴油-水体系的乳化剂[19]。同样,C-SAA在煤炭工业中也发挥着重要的作用。季铵盐是煤炭浮选中的捕集剂且在精煤的过滤脱水中能有效地降低滤饼水分并使滤饼厚度增加,从而提高了处理量,节省了动力消耗、运输费用,同时有助于洗精煤的防冻。在煤炭的利用上,水煤浆和油煤浆技术格外引人注目,如用聚氧乙烯季铵盐作分散剂,将煤粉分散于燃油中可得到稳定的油煤浆液体混合燃料[18]。

    3.2新能源和节能技术在核能工业中C-SAA可用于纯化核原料———铀。此外,含C-SAA的清洗剂可以用来洗涤暴露于辐射中的物品,消除辐射;在对太阳能的利用上,C-SAA可以防止储热材料在反复融化-凝固可逆相变操作中出现的相分离现象[20];在分区供暖系统中使用C-SAA充当减阻添加剂可以减少能源消耗[21]。

    4电子技术在电子技术中,基于C-SAA的抗静电性和固体表面疏水化特性,C-SAA是制造硅片表面保护板的重要成分[22]。C-SAA也可作为洗涤剂用于清洗电子元件及设备。另外,全氟C-SAA用作电子元件助焊剂[23];季铵盐用于陶瓷成型及电工陶瓷的制造[24];而在一种具有很好的电流变性效果和稳定性的电黏流体中含有0.01%~10%(w%)的C-SAA[25]。

    5新型分离技术C-SAA应用于分离技术主要体现在膜技术上,因为C-SAA易吸附在带负电的膜表面,使膜表面疏水化,从而影响膜性质及膜分离过程。关于这方面的报道较多。如用咪唑啉季铵盐型C-SAA制备具有良好分离性能和低收缩性的聚乙烯醇膜,该膜具有良好剥离性,膜收缩率<5%[26];再如,由C-SAA改性的超滤膜用于净化含硝酸盐或硫酸盐离子的废水[27]。近来在膜技术中兴起了液膜分离技术,该技术具有高效、快速、选择性高等特点,可广泛应用于化工、湿法冶金、环境保护、生物及医学工程等领域。而SAA在液膜分离中起着极为重要的作用,直接影响液膜的稳定性、溶涨性能及液膜乳液的破乳、油相回用等方面。液膜分离中常用的C-SAA是季铵盐。例如双烃型C-SAA由于其乳状液稳定性好、易破乳,因而利用其液膜可以从电镀工业所排放的废水中提取铬,效果优于传统的Span80和聚胺等SAA[28]。另一种比较新型的分离技术是胶团增强超滤技术(MEUF)。该技术用于除去有害有机物。C-SAA由于其胶束较为疏松,因而比阴、非离子具有更大的增溶量。用双十二烷基二甲基氯化铵进行反向胶束萃取可以实现蛋白质的浓缩分离[29]。美国油脂化学家协会曾举办研讨会专门探讨应用三烷基(C8~C12)胺和三烷基甲基氯化铵于重金属萃取的问题,被萃取的金属有铀、钒、铝、铜和等。

    6环保技术C-SAA用于环保技术主要体现在废水处理上,此外如上述提到的MEUF技术。作为絮凝剂,它对废水处理有着显著的作用,尤其是在某些特种废水的处理上。上述膜技术中曾提到过C-SAA处理含硫酸盐、硝酸盐及铬离子的废水[27、28]。其他应用实例如:C-SAA既可处理含脂肪季铵盐的废水又可在活性污泥法中防止固液分离。此外,用含C-SAA的复合处理剂可净化含染料的废水并可用于洗涤法脱墨废水浮选脱色。

    7结语C-SAA在高新技术领域中有着广泛的应用,并不仅仅局限于本文所提到的几个方面。通过学科间的交叉、渗透,C-SAA还能直接或间接地用于其他领域,如航空航天、海洋工程等。在本文讨论的基础上,笔者认为如下几点是值得我们关注的:(1)在表面活性剂的应用基础研究和应用研究中应高度重视学科间的交叉渗透。通过这种交叉、渗透寻求C-SAA新的应用领域和新的发展点。(2)相对而言,C-SAA与新材料技术的结合是比较成熟的,将有较大的发展。而C-SAA应用于生命科学、生物技术的一个重要前提是必须降低自身毒性。因此,用天然原料开发低毒的C-SAA新产品将是今后努力的目标。(3)C-SAA应用于能源、新型分离工程应注意产、学、研相结合,加快产业化的步伐。而在电子、环保中的应用研究应予以加强。在这两个领域的应用中如取得突破将具有重大意义。(4)C-SAA成功地应用于高新技术领域仅是一系列典型的例子而已。事实上,整个SAA工业将逐渐融入高新技术领域。因而,SAA工业应抓住机遇,搭上高新技术产业高速发展的便车以谋求自身更大的发展。这也正是SAA工业未来之希望.

 
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