年來(lái),陽(yáng)離子表面活性劑(Ｃ-ＳＡＡ)的增長(zhǎng)速度要比陰離子和非離子快得多。Ｃ-ＳＡＡ的極性基帶正電荷,因而更易在帶負(fù)電的表面上吸附形成吸附膜并呈現(xiàn)出獨(dú)特的性能:固體表面疏水化、殺菌、抗靜電、柔軟等。這些性能不僅構(gòu)成了Ｃ-ＳＡＡ在傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域中的應(yīng)用基礎(chǔ),而且使其應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬,在近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的高新技術(shù)中獲得了廣泛的應(yīng)用。素有“工業(yè)味精”之稱的表面活性劑(ＳＡＡ)與高新技術(shù)的結(jié)合將是一種必然趨勢(shì),也是ＳＡＡ領(lǐng)域本身發(fā)展的一種需要。
1新材料技術(shù)隨著新技術(shù)革命的發(fā)展,在新材料研究領(lǐng)域,Ｃ-ＳＡＡ作為一種輔助添加劑已引起眾多科研人員的注意,在新材料制備中也獲得了廣泛的應(yīng)用。
1.1Ｃ-ＳＡＡ微乳液制備新材料最近10余年用微乳液聚合制備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銨微乳液中,甲基丙烯酸甲酯和交聯(lián)劑乙二醇二甲基丙烯酸酯通過(guò)光引發(fā)聚合獲得了透明的多孔材料[1];在用十六烷基三乙基溴化銨配制的微乳液中可制造出不同孔徑和形態(tài)的新型聚合物復(fù)合材料,聚合中有效地避免了相分離[2]。以ｎ-Ｃ12烷基三甲基溴化銨的微乳液為聚合介質(zhì)可合成微孔聚合材料[3]。另外用微乳液制備無(wú)機(jī)納米材料,進(jìn)而被嘗試用來(lái)制備催化劑、半導(dǎo)體、超導(dǎo)體以及磁性材料等的報(bào)道較多。如利用ＣＴＡＢ微乳體系已制備出了一種重要的磁性納米材料—鋇鐵氧體(ＢａＦｅ12Ｏ19)[4];在水-ＣＴＡＢ-正丁醇-辛烷的微乳體系,通過(guò)釔、鋇和銅的草酸鹽在水核中共沉淀制得了超導(dǎo)體Ｙｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-ｘ[4]。
1.2Ｃ-ＳＡＡ溶膠凝膠法制備新材料關(guān)于Ｃ-ＳＡＡ的溶膠-凝膠法制備新材料的研究也有一些報(bào)道。例如,十二烷基三甲基季銨鹽的溶膠凝膠可合成酸性多孔低聚鎵(ＩＩＩ)交換材料。該材料用于473Ｋ下的異丙醇分解反應(yīng),顯示出高催化活性,丙烯的轉(zhuǎn)化率和選擇性幾乎達(dá)到100%[5];再如用陽(yáng)離子聚合物ＳＡＡ和聚乙烯亞胺,由電泳溶膠-凝膠沉積法可制備ＳｉＯ2厚膜,其厚度約為20μｍ[6]。
1.3Ｃ-ＳＡＡ模板合成新材料從仿生學(xué)的概念出發(fā),以液晶結(jié)構(gòu)作為模板來(lái)轉(zhuǎn)錄、復(fù)制由分子自組織形成確定結(jié)構(gòu)的無(wú)機(jī)物質(zhì)是一種創(chuàng)新的舉措。用該方法可合成機(jī)械性能增強(qiáng)的集成材料、具有自調(diào)適功能的智能材料、工程生物材料和具有生物活性的陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料等[7]。在該法中,Ｃ-ＳＡＡ充當(dāng)了模板導(dǎo)向劑。Ｃ-ＳＡＡ的大小、電荷、形狀是決定材料結(jié)構(gòu)類型的重要參數(shù)。近來(lái)研究得最多的是以Ｃ-ＳＡＡ作模板導(dǎo)向劑制備ＳｉＯ2材料。所用的Ｃ-ＳＡＡ大多為季銨鹽。當(dāng)然也有用陽(yáng)-非混合ＳＡＡ作模板導(dǎo)向劑的[8]。陽(yáng)-非混合ＳＡＡ還可用來(lái)制備中間相有仿生化學(xué)表面花紋的層狀氧化鋁[9]。
1.4無(wú)機(jī)粉料的表面改性無(wú)機(jī)粉料的表面改性是當(dāng)今材料科學(xué)領(lǐng)域的熱門課題。新型陽(yáng)離子ＳＡＡＣＤＭＡＡＢ作為鈦白粉的表面改性劑,可提高鈦白粉在橡膠中的填充物理力學(xué)性能[10];另以新型Ｃ-ＳＡＡ十六烷基二甲基烯丙基氯化銨作為白炭黑、碳酸鈣的表面改性劑,改性樣品可提高300%定伸、拉伸強(qiáng)度和硬度使它們?cè)谙鹉z中有顯著的補(bǔ)強(qiáng)效果[11]。
2生命科學(xué)和生物技術(shù)在近半個(gè)世紀(jì)成長(zhǎng)起來(lái)的現(xiàn)代生命科學(xué)已經(jīng)成為自然科學(xué)中發(fā)展最為迅速的學(xué)科之一。它被譽(yù)為21世紀(jì)初的主導(dǎo)科學(xué)。而生物技術(shù)是最有發(fā)展前途的技術(shù)領(lǐng)域,其誘人之處在于可廣泛地應(yīng)用于不同的領(lǐng)域。Ｃ-ＳＡＡ由于能與蛋白質(zhì)相互作用并能透過(guò)細(xì)胞膜,因而長(zhǎng)期以來(lái)被用作抗微生物制劑。Ｃ-ＳＡＡ在生命科學(xué)和生物技術(shù)領(lǐng)域中還有很多實(shí)際應(yīng)用。如Ｃ-ＳＡＡ對(duì)多糖的凝固能力可被用于各種疫苗的制造,像提純腦膜炎球菌素表面抗原等。Ｃ-ＳＡＡ對(duì)蛋白質(zhì)同樣具有凝固能力,這種能力無(wú)疑會(huì)對(duì)一些生命過(guò)程、生理現(xiàn)象發(fā)生重要的影響。此外Ｃ-ＳＡＡ也可和其他物質(zhì)包括藥物如陰離子抗生素發(fā)生作用[12]。顯然,Ｃ-ＳＡＡ的這些特性使它具備了在生命科學(xué)、生物技術(shù)上有所作為的可能性。由于Ｃ-ＳＡＡ能與多糖、蛋白質(zhì)相互作用,又有緩和藥物活性、滲透微生物膜的作用,尤其是與內(nèi)生植物新陳代謝調(diào)節(jié)劑—乙酰膽堿有相似性,因而可被用于生產(chǎn)新藥,治療各種疾病[12]。已報(bào)道的有:ＣＴＡＢ膠束能抑制阿司匹林的水解[13];含ＥＯ鏈和酰胺基的銨鹽能用于某種藥物的配方[14]。Ｃ-ＳＡＡ還具有抗病毒作用,可防止病毒對(duì)其目標(biāo)的滲透。例如:Ｃ-ＳＡＡ用于預(yù)防愛滋病毒用防腐劑[15]。此外,Ｃ-ＳＡＡ還具有限制真核細(xì)胞和原核生物細(xì)胞的新陳代謝的能力。最近發(fā)現(xiàn)雙季銨鹽由于能形成膜狀和棒狀結(jié)構(gòu)而被用于人造細(xì)胞膜[16],并有專門報(bào)道指出了雙季銨鹽在生物技術(shù)中有潛在的應(yīng)用價(jià)值[17]。
3能源技術(shù)隨著能源供應(yīng)日趨緊張和生態(tài)環(huán)境的破壞,如何充分利用現(xiàn)有的傳統(tǒng)能源、研究節(jié)能技術(shù)、積極開發(fā)新能源以及研究能源與環(huán)境的關(guān)系已成為世界各國(guó)面臨的課題。Ｃ-ＳＡＡ由于具有殺菌、抗靜電、乳化等特性,因而在能源技術(shù)中獲得了重要應(yīng)用
3.1傳統(tǒng)能源石油、煤是傳統(tǒng)能源,但其生產(chǎn)和使用中存在著破壞環(huán)境的問(wèn)題,且利用率低。通過(guò)使用Ｃ-ＳＡＡ可使這些問(wèn)題得到緩解和改善。在石油工業(yè)固井液中Ｃ-ＳＡＡ用作殺菌劑、防腐蝕劑、降濾失劑。Ｃ-ＳＡＡ既可作鉆井液中的消泡劑,又是壓裂液中的重要成分。另外它還可用于原油降黏、油井堵水、油井固砂、地層暫時(shí)封堵以及抑制原油蒸發(fā)等。比較典型的例子是:在少量陰離子ＳＡＡ(石油磺酸銨或鈉鹽)、陽(yáng)離子ＳＡＡＨｙａｍｉｎｅ1622、酸和緩沖劑鹽的存在下,對(duì)水和氯仿進(jìn)行適當(dāng)乳化,可制成具有高觸變性的黏性乳狀液。它是一種多功能處理液,可用作鉆井液、壓裂液和三次采油的驅(qū)油液[18]。燃油摻水技術(shù)是傳統(tǒng)能源利用上的一次突破,Ｃ-ＳＡＡ在這一技術(shù)中充任油水體系的乳化劑。如Ｃ21～30脂肪酸胺的季銨鹽用作汽油/柴油-水體系的乳化劑[19]。同樣,Ｃ-ＳＡＡ在煤炭工業(yè)中也發(fā)揮著重要的作用。季銨鹽是煤炭浮選中的捕集劑且在精煤的過(guò)濾脫水中能有效地降低濾餅水分并使濾餅厚度增加,從而提高了處理量,節(jié)省了動(dòng)力消耗、運(yùn)輸費(fèi)用,同時(shí)有助于洗精煤的防凍。在煤炭的利用上,水煤漿和油煤漿技術(shù)格外引人注目,如用聚氧乙烯季銨鹽作分散劑,將煤粉分散于燃油中可得到穩(wěn)定的油煤漿液體混合燃料[18]。
3.2新能源和節(jié)能技術(shù)在核能工業(yè)中Ｃ-ＳＡＡ可用于純化核原料———鈾。此外,含Ｃ-ＳＡＡ的清洗劑可以用來(lái)洗滌暴露于輻射中的物品,消除輻射;在對(duì)太陽(yáng)能的利用上,Ｃ-ＳＡＡ可以防止儲(chǔ)熱材料在反復(fù)融化-凝固可逆相變操作中出現(xiàn)的相分離現(xiàn)象[20];在分區(qū)供暖系統(tǒng)中使用Ｃ-ＳＡＡ充當(dāng)減阻添加劑可以減少能源消耗[21]。
4電子技術(shù)在電子技術(shù)中,基于Ｃ-ＳＡＡ的抗靜電性和固體表面疏水化特性,Ｃ-ＳＡＡ是制造硅片表面保護(hù)板的重要成分[22]。Ｃ-ＳＡＡ也可作為洗滌劑用于清洗電子元件及設(shè)備。另外,全氟Ｃ-ＳＡＡ用作電子元件助焊劑[23];季銨鹽用于陶瓷成型及電工陶瓷的制造[24];而在一種具有很好的電流變性效果和穩(wěn)定性的電黏流體中含有0.01%～10%(ｗ%)的Ｃ-ＳＡＡ[25]。
5新型分離技術(shù)Ｃ-ＳＡＡ應(yīng)用于分離技術(shù)主要體現(xiàn)在膜技術(shù)上,因?yàn)椋?ＳＡＡ易吸附在帶負(fù)電的膜表面,使膜表面疏水化,從而影響膜性質(zhì)及膜分離過(guò)程。關(guān)于這方面的報(bào)道較多。如用咪唑啉季銨鹽型Ｃ-ＳＡＡ制備具有良好分離性能和低收縮性的聚乙烯醇膜,該膜具有良好剝離性,膜收縮率<5%[26];再如,由Ｃ-ＳＡＡ改性的超濾膜用于凈化含硝酸鹽或硫酸鹽離子的廢水[27]。近來(lái)在膜技術(shù)中興起了液膜分離技術(shù),該技術(shù)具有高效、快速、選擇性高等特點(diǎn),可廣泛應(yīng)用于化工、濕法冶金、環(huán)境保護(hù)、生物及醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域。而ＳＡＡ在液膜分離中起著極為重要的作用,直接影響液膜的穩(wěn)定性、溶漲性能及液膜乳液的破乳、油相回用等方面。液膜分離中常用的Ｃ-ＳＡＡ是季銨鹽。例如雙烴型Ｃ-ＳＡＡ由于其乳狀液穩(wěn)定性好、易破乳,因而利用其液膜可以從電鍍工業(yè)所排放的廢水中提取鉻,效果優(yōu)于傳統(tǒng)的Ｓｐａｎ80和聚胺等ＳＡＡ[28]。另一種比較新型的分離技術(shù)是膠團(tuán)增強(qiáng)超濾技術(shù)(ＭＥＵＦ)。該技術(shù)用于除去有害有機(jī)物。Ｃ-ＳＡＡ由于其膠束較為疏松,因而比陰、非離子具有更大的增溶量。用雙十二烷基二甲基氯化銨進(jìn)行反向膠束萃取可以實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)的濃縮分離[29]。美國(guó)油脂化學(xué)家協(xié)會(huì)曾舉辦研討會(huì)專門探討應(yīng)用三烷基(Ｃ8～Ｃ12)胺和三烷基甲基氯化銨于重金屬萃取的問(wèn)題,被萃取的金屬有鈾、釩、鋁、銅和鎳等。
6環(huán)保技術(shù)Ｃ-ＳＡＡ用于環(huán)保技術(shù)主要體現(xiàn)在廢水處理上,此外如上述提到的ＭＥＵＦ技術(shù)。作為絮凝劑,它對(duì)廢水處理有著顯著的作用,尤其是在某些特種廢水的處理上。上述膜技術(shù)中曾提到過(guò)Ｃ-ＳＡＡ處理含硫酸鹽、硝酸鹽及鉻離子的廢水[27、28]。其他應(yīng)用實(shí)例如:Ｃ-ＳＡＡ既可處理含脂肪季銨鹽的廢水又可在活性污泥法中防止固液分離。此外,用含Ｃ-ＳＡＡ的復(fù)合處理劑可凈化含染料的廢水并可用于洗滌法脫墨廢水浮選脫色。
7結(jié)語(yǔ)Ｃ-ＳＡＡ在高新技術(shù)領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用,并不僅僅局限于本文所提到的幾個(gè)方面。通過(guò)學(xué)科間的交叉、滲透,Ｃ-ＳＡＡ還能直接或間接地用于其他領(lǐng)域,如航空航天、海洋工程等。在本文討論的基礎(chǔ)上,筆者認(rèn)為如下幾點(diǎn)是值得我們關(guān)注的:(1)在表面活性劑的應(yīng)用基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究中應(yīng)高度重視學(xué)科間的交叉滲透。通過(guò)這種交叉、滲透尋求Ｃ-ＳＡＡ新的應(yīng)用領(lǐng)域和新的發(fā)展點(diǎn)。(2)相對(duì)而言,Ｃ-ＳＡＡ與新材料技術(shù)的結(jié)合是比較成熟的,將有較大的發(fā)展。而Ｃ-ＳＡＡ應(yīng)用于生命科學(xué)、生物技術(shù)的一個(gè)重要前提是必須降低自身毒性。因此,用天然原料開發(fā)低毒的Ｃ-ＳＡＡ新產(chǎn)品將是今后努力的目標(biāo)。(3)Ｃ-ＳＡＡ應(yīng)用于能源、新型分離工程應(yīng)注意產(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)合,加快產(chǎn)業(yè)化的步伐。而在電子、環(huán)保中的應(yīng)用研究應(yīng)予以加強(qiáng)。在這兩個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用中如取得突破將具有重大意義。(4)Ｃ-ＳＡＡ成功地應(yīng)用于高新技術(shù)領(lǐng)域僅是一系列典型的例子而已。事實(shí)上,整個(gè)ＳＡＡ工業(yè)將逐漸融入高新技術(shù)領(lǐng)域。因而,ＳＡＡ工業(yè)應(yīng)抓住機(jī)遇,搭上高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的便車以謀求自身更大的發(fā)展。這也正是ＳＡＡ工業(yè)未來(lái)之希望.
