化学筑材助剂PPT

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所属分类:化学助剂
Tag:  化学助剂一、有机溶剂 有机溶剂一般都是低分子有机化合物,个别的也 有高分子化合物。 作用 在化学建材中(涂料、胶粘剂、防水材料等),其主要 作用是溶解,分散和稀释等。 1、石油类溶
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  一、有机溶剂 有机溶剂一般都是低分子有机化合物,个别的也 有高分子化合物。 作用 在化学建材中(涂料、胶粘剂、防水材料等),其主要 作用是溶解,分散和稀释等。 1、石油类溶剂 汽油部分 煤油部分 馏出温度 碳数 O 2、煤焦油溶剂:芳烃溶剂 一 常 用 溶 剂 种 类 3、萜烯溶剂:松香油、樟脑油 R 4、酯类溶剂:低级有机酸与醇酯化所得产物 O O C OH + HO R R C O 5、醇类溶剂:含羟基的有机化合物 6、酮类溶剂:含有酮基的化合物 R + H2O 7、含卤有机溶剂:烷烃氯代物,氯仿,四氯化碳 8、酸碱溶剂:甲酸;乙酸;苯甲酸;乙胺…… 9、其他溶剂:硝基烷;苯类;醚类等等 二、溶剂的选择 实际应用中,选择溶剂时应考虑以下因素:溶解性、 毒性、粘度、挥发性和成本等。 其中最基本的因素是溶剂的溶解性,即溶解能力, 它是选择溶剂的主要依据。 (-)极性相似相溶规律 (二)溶度参数相近相溶规律 (三 )溶剂化作用 (-)极性相似相溶规律 溶剂与溶质的极性相似,可以较好的相互溶解; 例如:石油与水 1.分子的极性 ,常用分子的偶极距来衡量。 2.分子间的作用力;溶解程度是体系中各种分 子之间相互作用的净结果。 1. 分子极性, 通常了解一种 溶剂的极性一 般可从以下三 方面考虑 一是分子中是否有极性基团 二是分子量大小,相同极性基团的分子, 其分子量大的极性小 三是分子的不饱和程度(含不饱和键 的数量),共轭双键体系 在化学建材中所用的有机高分子化合物,多属非极性或弱极性 物质。因此,所用的溶剂一般多是弱极性的。 2.分子间的作用力,溶解体系一般有三种分子之间的作用: 溶剂一溶剂、溶质一溶质、溶剂一溶质 (A) 从微观 上看 C≥A、B或A≈B≈C易发生溶解 A>B、C或B>A、C时则不易溶解或难溶解。 分子间的力是范德华力,范德华力永远存在 于分子间,没有方向性和饱和性,比化学键 能小1-2个数量级。 取向力:极性分子与极性分子 诱导力:极性分子与非极性分子 (B) (C) 减 小 色散力:非极性分子与非极性分子 氢键:当分子具有电负性大的(O、N、F)原子上连有氢原 子,由于氢的质子化程度(正电性)较高,又有负电性大的原 子存在,能够形成氢键。(氢键的键能比范德华大)解释水油 不相溶。溶解过程实质上是分子间力竞争的过程。 (二)溶度参数相近相溶规律 分子间作用力大小,可用分子的内聚能或内聚能密度这一宏 观物理量来表征。 内聚能是指一摩尔分子聚集在一起的总能量,也等于使同样分 子分离的总能量。 内聚能密度(CED):单位体积的内聚能 溶度参数(δ或SP):内聚能密度的平方根 聚合物与溶剂的δ相近就可溶解 混合溶剂δ:δ混=V1δ1+V2δ2+…… (三 )溶剂化作用 溶剂与溶质相互接触,分子间产生相互作用,形成溶剂化物。 这种作用力大于溶质间分子的内聚力,从而产生溶解 。 原理:溶剂化作用可看成是缺电子物种与富电子物种之间的 电子密度均衡作用 ;溶剂化作用是分子间较强的作用力,它 包括分子间的化学键和次价力。 上述溶剂溶解的三条规律不能孤立看 待,它是以实践为基础总结起来的经 验性规律,对于聚合物是比较复杂的。 应用时要综合起来考虑,并要结合试 验才能作出最后的应用选择。 二、表面活性剂(Surfactant) 定义:能够吸附在表(界)面上,在加入量很少 时即可显著改变表(界)面的物理化学性质,从而 产生一系列的应用性能;化学建材中的高聚物合 成、应用,不少场合离不开表面活性物质,这类物 质绝大多数是一些具有特定结构的有机化合物,是 化学建材生产中的一类功能性原料 。 (一) 表面活性剂的基本构成 表面活性剂(结构):极性的亲水部分和非极性的亲油部分 亲水基 亲油基 -SO3H(Na) 、 -COOH(Na)、 -OH、-O-、 =NX (季铵盐) 等 极性基团 长链的烃基 非极性或弱 极性基团 (二)表面活性剂的主要作用与功能 1.润湿和渗透作用 润湿是指在固-液接触时,原来的固-气界面消失,而形成新的固液界面之现象。 所加入的表面活性剂称之为润湿剂。 借助于表面活性剂来渗入物体内部的作用称渗透作用,所用之 物称渗透剂 。 润湿及渗透作用是基于表面活性剂降低表面张力的基本性质, 这种作用常用润湿角(θ)来衡量。 完全不润湿 润湿作用越强 2.乳化、扩散和增溶作用 将非水溶性物质,在水中呈均匀乳化或分散状态的现象,称为 乳化作用或扩散作用。 能够将液体(油)均匀分散在水中或另一种介质中的物质称 乳化剂 (乳液聚合) 能使一种固体呈微粒均匀分散在液体或水中的物质称扩散剂 或分散剂 (悬浮聚合) 增溶作用:是当表面活性剂达到了临界胶束浓度后,有胶束 形成,胶束的亲油部分,能增加对油或固体微粒的吸附,从而 增加其溶解度 。 常把能使微溶或不溶物质增大溶解度的这类表面活性剂亦称 增溶剂。 O/W; W/O; HLB P95 油与水的乳化有两种常见的形式,凡易溶于水的乳 化剂,水量大、油被分散,水是连续相,可形成水 包油型的乳状液(O/W),易溶于油的乳化剂,水 是分散相,油是连续相,则易形成油包水型乳状液 (W/O)。 乳化剂的这种亲水、 HLB值 在水中的性质 亲油性常用其亲水 1-4 不分散 亲油平衡(HLB) 3-6 分散不良 值来衡量。HLB是 6-8 强烈搅拌可形成乳化体系 可成稳定的乳化体系 反映了亲水基与亲 8-10 油基的比值,其值 10-13 半透明至透明的分散体系 大于13 透明溶液 愈大,亲水性愈强。 3. 起泡作用 定义:在有表面活性剂的溶液中,经搅拌,当 空气进入到溶液中,形成液膜包围着的气体泡 (二相泡);基于降低界面张力的作用,这类物 质称为起泡剂或稳定剂。 高碳的脂肪酸类或高碳醇阴离子、非离子和两性 表面活性剂,均具有较高的起泡能力;十二烷醇 等高碳醇、乙醇胺等氨基酸可以稳定泡沫。 消泡作用:在形成泡沫的条件下,加入表面活性很高的物质, 顶替原来的起泡剂,由于本身的碳氢链较短,进入双分子定向 膜后,破坏了原来的力学平衡,使其无法形成牢固的薄膜,致 使泡沫破裂。起到消泡作用的物质称为消泡剂。 常用的消泡剂:低碳或中碳的饱和醇(乙醇、辛醇)、脂肪 酸及其酯、磷酸三丁酯、磺化蓖麻油和有机硅油等 。 4.助磨作用 助磨作用:加入某种表面活性剂(称助磨剂),可提高粉碎 程度和效率。 原理:表面活性剂吸附于颗粒表面,降低其表面张力,使颗 粒不易粘附、聚集,表面光滑、易于滚动等,从而提高了粉 碎的效率;并且还可自动渗入微细裂缝中去,并能向深处扩 展起到起着劈裂作用 。(水磨) 常用助磨剂:水、油酸、亚硫酸造纸浆废液等 5.洗涤作用 固体表面除掉污物统称为洗涤 。洗涤的过程实质上是表面活 性剂降低界面张力,产生润湿、乳化、扩散等作用的综合效果, 也是一种油(油污)的乳化过程。 6. 表面活性剂的其它性能与应用 抗静电 吸附于纤维表面,成为单分子膜,降低了纤维间的摩 擦系数,使其难以产生摩擦静电。P98 在纤维的表面可形成一个亲水膜,降低物体表面的电荷 杀菌 表面活性剂能与蛋白质发生作用,吸附于菌体上,然 后浸透菌体的细胞膜,使之破坏,达到杀菌之目的 。 降低染色速度,使染料分子缓慢地与纤维接触 纤维制品的防水整理,一般分为不透气性和透 气性两种 。 能降低纤维间摩擦系数,使纤维制品增加柔性 的特殊表面活性剂,称柔软整理剂. 匀染 防水整理 柔软整理 表面活性剂的结构与性质: 1.表面活性剂的亲水基与其性质 强疏水性基团: …CH2―CH3,―Ph,―Ph―CH2―… 弱亲水性基团: …CH2―O―CH2…,―COOCH3,―Ph―OCH3, ―Ph―O―CH2―… 亲水性基团: -OH,-COOH,-NHCO-,-CN 强亲水性基团: ―OSO3Na,―SO3H(Na),―COOH(Na), [―N―]+X― , ―NH2· HCl(HBr) 亲水、亲油基团共存于一个分子内,它们之间是相互影响和制 约的。亲水性是与基团的分子量、极性大小有关,HLB值反映 了亲水、亲油结构的综合结果。当分子中亲水基不变时,亲油 基部分的分子量越大,则水溶性就越差。憎水性可用憎水基 (亲油基)分子量大小表示;对亲水基来说,因种类繁多,不 能完全用分子量表示。 依据此图可帮 助粗略地选择 表面活性剂 HLB值与表面活性剂性质的关系 2.表面活性剂憎水基及其性质 表面活性剂的憎水基一般为长链烃基。按其憎水性强弱,可 有下列次序: 脂肪族烷烃基>环烷基>脂肪族烯烃基>脂肪族芳香烃基> 芳香烃基>带弱亲水基的烃基。 在憎水剂憎水情况了解的基础上,可为表面活性剂的选择提 供重要线索,一般被乳化物与憎水基结构相似,则相容性好。 例如乳化矿物油时,可用带脂肪族或脂肪烃芳香族的憎水基 表面活性剂作为乳化剂;对染料或颜料的分散,则以选用带 芳香族基的憎水基为宜;对洗涤动物油时,一般可选用脂肪 烃基的肥皂及合成洗涤剂;在避免生产工艺中发生泡沫,选 用带弱亲水基的憎水基表面活性剂为宜。 3.表面活性剂的分子结构与性质 这里的分子结构因素,主要指亲水基的相对位置和憎水基的 支化程度。一般亲水基在乳化剂分子的中间部位(在亲油基 链中间),其润湿性能好,在末端的去污能力强,例如,十 八烯醇硫酸钠去污能力强,润湿、渗透性能差。 CH 3(CH2)7CH=CH(CH2)7CH2-OSO2ONa 憎水基结构中,带支链的润湿、渗透性能好。 十二烷基苯磺酸钠去污力强 四聚丙烯苯磺酸钠渗透力强 4.分子量与性质 表面活性剂分子量大小,对其性能也有一定影响。当HLB值 相同、亲水基和借水基种类也相同,则分子量成为影响某些 性能的主要因素,对同一品种的表面活性剂,随憎水基中碳 链增加,其CMC逐步减小,而降低水的表面张力作用逐渐增 大,分子最小的渗透力强,分子量大的去污、乳化、分散能 力强。 C16H33SO4Na C14H29SO4Na C12H26SO4Na 按排列顺序,去污能力减弱,但润湿能力增加。 (三)表面活性剂的种类 依照表面活性剂亲水基的不同,一般根据在溶液中能否离解和 离解后所带电荷的性质分类 ,可分为阴离子型、阳离子型、两 性型、非离子型。 1、阴离子表面活性剂在水溶液中离解时生成的表面活性剂带 负电荷。阴离子表面活性剂通常按照亲水基可分为:羧酸盐型、 磺酸盐型、硫酸盐型、和磷酸盐型等。阴离子表面活性剂是家 用洗涤剂、工业洗涤剂、干洗剂和润湿剂的重要组分。 直链烷基苯磺酸 盐类(LAS) RCH=CH 2 + H2SO4 R CH OSO 3H CH3 NaOH R CH OSO 3Na CH3 硫酸酯盐类 太古油或土耳其红油,硫酸化 蓖麻油 磷酸酯类含磷的表面活性剂 2、阳离子表面活性剂 在水溶液中离解时生成的表面活性剂带 正电荷;亲水基主要是氮原子,也有磷、硫、碘等原子。其中 最重要的含氮的表面活性剂:胺盐、季胺盐、环壮的吡啶型、 咪唑啉型等四类。阳离子表面活性剂主要作为杀菌剂、抗静电 剂、织物处理剂、分散剂、固色剂等。 3、两性表面活性剂是指在分子中同时含有酸性基和碱性基, 易形成“内盐”。酸性基大多是羧基、磺酸基或磷酸基;碱性 基则为胺基或季胺基;两性表面活性剂有甜菜碱型、咪唑啉型、 氨基酸型、磷脂、淀粉、蛋白质衍生物等。由于大多数两性表 面活性剂对眼睛和皮肤刺激性低,因此,适合于配制香波和其 它个人护理品。 a-烷基-N-羧基-羟乙基咪唑啉 4、非离子性表面活性剂,是分子中含有在水中不离解的聚氧 乙烯基(醚基)或羟基;两性表面活性剂有脂肪酸聚氧乙烯醚 类 、烷基苯酚聚氧乙烯醚类 、脂肪酸聚氧乙烯酯类、脂肪酸 多元醇酯类等;用途比较广泛。 R R CH2 CH2 OH + O R OCH2CH2OH R O(CH2CH2O) CH2CH2OH OCH2CH2OH + nCH2 CH2 O OP 脂肪酸甘油脂 非离子型表面活性剂从合成反应看,它与聚氧乙烯反应的发展 相联系,该类物质具有一系列重要性质。 1)水溶性 水溶性是由醚基的氧与水分子形成氢键而溶解的。 2)浊点 浊点是非离子表面活性剂的一个重要特征。它是对一 定浓度的表面活性剂溶液,加热后出现混浊,当冷却时混浊消 失。浊点温度的高低与氢键破坏和烷基链有关。 3)表面张力及临界胶束浓度 在相同的亲油组分的情况下,表 面张力和界面张力,随聚氧乙烯(ED)数增加而增大,其临界 胶束浓度(CMC)提高; 4)低起泡性 该类表面活性剂的泡沫性一般较离子型低,对硬 水不敏感; 5)生物作用 非离子性表面活性剂,因不带电,不会与蛋白质 结合,所以对皮肤的刺激性较小,毒性低。烷基酚类生物降解 性差,而且随ED数增加而变差。 三、增塑剂 四、改善机械性能助剂 五、其他助剂 阻燃剂 着色助剂 其他助剂 本章后三节的内容你们下学期在《聚合物成型工艺学》中, 李良波老师将详细给你们讲解。

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