聚乙二醇在新材料制备中的作用及其机理

第32卷第5期　　　　　　　　　　　　　　　　日用化学工业Vo1.32No.5

　　　　　　　　　　　　聚乙二醇在新材料制备中的作用及其机理

陈庆春,邓慧宇,马燕明

(华东地质学院材料科学与工程系,江西　临川　344000)

摘要:综述了非离子表面活性剂聚乙二醇在复合材料、薄膜材料、粉体材料、高分子材料和纳米结构材料等新材料制备中的作用和功能,简述了其在不同材料中的作用机理,如胶束增溶用于溶胶-凝胶法,使各反应组分在溶胶中达到了分子级的均匀混合,解决了无机盐与有机溶剂之间的不相容性问题;制备结构可控的多孔TiO2纳米薄膜中作造孔剂;粉体材料制备作分散剂;纳米结构材料起包裹和连结作用等。展望了诸如聚乙二醇的一些表面活性剂在分子自组装材料中的应用。

关键词:非离子表面活性剂;聚乙二醇;作用机理;新材料;分子自组装

中图分类号:TQ42312　　　文献标识码:A　　　文章编号:1001-1803(2002)05-0035-03

聚乙二醇是一种非离子表面活性剂,其分子式为

H-(O-CH2-CH2)n-OH,其中的桥氧原子-O-亲水,-CH2-CH2-亲油。文献[1]报道,在通常情况下,聚乙二醇分子是一根锯齿型的长链,当溶于水时,长链成为曲折型,如图1所示,溶于醇时的情形类似

。

精确控制和调节各组分的化学计量比,制得均匀性很高的陶瓷材料。其采用的方法是用有机溶剂作溶剂,严格控制加水量,利用聚乙二醇的胶束增溶作用增大无机盐在体系中的溶解度,胶,。聚乙二醇,解。

聚合物与层状无机物形成的纳米复合材料是近年来研究的热点。将聚合物嵌入无机物主体制备复合物通常有先聚合,后嵌入;边嵌入,边聚合;先嵌入,后聚合3种方法。余晴春等[4]用溶胶—凝胶法制备凝胶的同时将聚合物嵌入,制备了聚乙二醇和五氧化二钒干凝胶的纳米复合材料(PEG/VXG)。

杂化材料是复合材料家族中最耀眼的新星[5],Moriya等由杂化物凝胶制备了SiO2-PEG聚合杂化材

图1　聚乙二醇表面活性剂的链形变化

Fig.1　ChangeofPEG’smolecularchain

料[6],余锡宾等[7]报道了溶胶-凝胶法合成TEOSPEG无机有机杂化复合材料的基本原理。112　在薄膜材料制备中的作用和机理

材料是人类物质文明的基础和支柱,同时也支撑

着其他如能源、信息、生物科学与工程等技术的前进[2]。在当前一些新材料如复合材料、薄膜材料、粉体材料、高分子材料和纳米结构材料等的制备中,聚乙二醇起了较重要的作用。本文就聚乙二醇在这些新材料制备中的作用和功能及其机理作一综述,并涉及了其他一些表面活性剂在分子自组装材料中的应用。1　聚乙二醇在新材料制备中的作用和机理111　在复合材料制备中的作用和机理

目前,TiO2光催化消除和分散污染物成为环境领域最为活跃的一个研究方向。所以,近年来国内外均在开展二氧化钛粉末固定化和制备二氧化钛薄膜的研究工作,以溶胶-凝胶法为基础的薄膜制备方法是目前研究最多的一种方法。陈文梅[8],余家国[9]等以钛酸丁酯为前驱体,以不同添加量的聚乙二醇为添加剂,在普通载玻片上制备结构可控的多孔TiO2纳米薄膜。通过调节聚乙二醇的添加量,可以有效地调节薄膜的结构,增大比表面积,从而提高光催化活性。

聚乙二醇的加入和加入量的增加,使得TiO2薄

(0794)

应皆荣等[3]利用溶胶-凝胶法,使各反应组分在溶胶中达到了分子级的均匀混合,实现均匀掺杂以及

收稿日期:2001-12-30;修回日期:2002-05-15

作者简介:陈庆春(1974-),男,1997年毕业于大连理工大学化工学院,现为华东地质学院2000级在职研究生,联系电话:

8258294。

35

专论与综述

单个颗粒长大,后者使颗粒集结形成簇团,使簇团粒

径长大,而且随着聚乙二醇量的增加,簇团的平均粒径增加的幅度更大。其作用模型如图2

。

膜中羟基含量增加。这是由于聚乙二醇热分解后在薄膜中产生的气孔的孔径和数量增加,具有更大更多孔的薄膜有更大的比表面积,而容易与空气中的水结合,产生更多的羟基-OH。聚乙二醇起到了造孔剂的作用[10]。113　在粉体材料制备中的作用和机理

Y-TZP材料具极高的室温强度和断裂韧性,是重要的结构材料。采用单分散球形ZrO2粉体有利于提高素坯的密度,从而有利于材料的烧结,也使所得Y-TZP材料的晶粒分布较均匀。但是,用化学沉淀法制备ZrO2微粉,颗粒团聚是一个急待解决的问题。李蔚[11,12]、许珂敬[13]、杨静漪[14]等研究了PEG作为分散剂在制备球形ZrO2粉体过程中的作用和机理。一般认为[11～14]在沉淀过程中添加非离子表面活性剂聚乙二醇后,活性剂分子覆盖包裹着胶粒,产生了空间位阻效应。这层高分子膜的屏蔽作用使Zeta电位稍有降低,从而使胶体处于均匀分散状态。114　在高分子材料制备中的作用和机理

热塑性聚氨酯弹性体(TPU)是一种具有-(A-B)n-序列结构的成型多嵌段共聚物,不相容的硬段和软段单元。规共聚醚[P(E-CO)的低温热学性能,改善其加工性能。陈福泰等[15]研究了以P(E-CO-T)/PEG混合聚醚为软段的TPU的微观结构与宏观性能之间的关系。

由于PEG的链结构排列规整,链段的柔顺性好,易产生结晶,且随相对分子质量的增大结晶能力增强,这种结晶在TPU中起类似填料增强作用,使材料的弹性模量和硬度增加。另外,结晶颗粒在TPU中作为大量的应力集中物,当TPU受到拉伸应力作用时,可引发大量的裂纹而吸收大量的冲击能量。由于大量裂纹之间应力场的相互干扰,又可阻止裂纹的进一步发展,从而大大提高了TPU的韧性。

姜勇等[16]用化学法和共混法制备了PEG/CDA相变材料。115　在纳米结构材料制备中的作用和机理

广义上说,纳米结构材料属于纳米材料,同样是目前材料科学研究的一个热点,被认为是21世纪最具有前途的科研领域[17]。而表面活性剂在其中所起的作用不可忽视[17～20]。

聚乙二醇作为一种非离子表面活性剂,可以影响和调控SiO2溶胶-凝胶中颗粒分布和孔结构[21]、物化特性[22]和网络结构与分形特征[23]等。其原因是聚乙二醇具有包裹颗粒和连接颗粒的作用,前者限制了 36

图2　PEG在溶胶中的作用模型

Fig.2　ModelofPEGbehaviourinsol

除上述之外,王莉玮等以硅酸钠、盐酸、水和聚

乙二醇为原料,采用沉淀法制备了轻质多孔材料SiO2[24]。陈庆春等以硅灰石为硅源,以聚乙二醇为添加剂,快速加酸制备了比表面积达400～600m2/g的多孔SiO2[25,26],并讨论了聚乙二醇在其中的作用[27～29]。Bozena等报道了聚乙二醇对二氧化硅多孔结构和性质的影响[30]。

也有研究报道聚乙二醇还可用于碳酸钙的仿生合成[31]:依据生物矿化的基本原理,在动态的条件下,,,合,与生PEG存在下,PEG通-O-C中的氧原子与Ca2+相互作用,从而对CaCO3的结晶、形态、晶形和组成等产生重要影响,形成针状的含有有机基质的文石型结晶。2　表面活性剂在分子自组装材料中的应用

随着纳米科学的发展,纳米材料定义的内涵和外延在不断扩大,前面我们论及的几种新材料也可归纳为纳米固体、纳米颗粒和纳米多孔材料等[32]。而无论是纳米固体、纳米颗粒还是纳米多孔材料,都是由分子、原子通过一定的反应、作用或处理制备而成的,在所有的制备方法中,分子自组装技术以其独特方式和功能而倍受科学工作者的青睐。

分子自组装是分子在均衡条件下通过非共价键作用,分子自发地缔结成稳定的、结构上确定的聚集体。在一定条件下通过分子的自组装,自发产生复杂有序且具有独特功能的聚集体组织的过程称为分子自组织。分子自组装和分子自组织在生物体系中是普遍存在的,并且是形成千姿百态、结构复杂的生命体的基础。其主要原理是分子间力的协同作用和空间互补。分子自组装技术不仅可用于有机纳米材料的合成,而且可用于复杂形态无机纳米材料的制备;不仅可以合成出纳米多孔材料,而且可制备出纳米微粒、纳米棒、纳米丝甚至纳米管、纳米网。如美国Mobil石油公司研究人员通过在自组织的季铵盐型阳离子表面活性剂液晶分子模板存在下二氧化硅的水热反应制备出直径为115nm～10nm的介孔分子筛[33];Yang

　　　　　陈庆春等:聚乙二醇在新材料制备中的作用及其机理　　　　　　　　　

专论与综述

等人将TEOS与氯代十六烷基三甲铵的酸性水溶液混

合,然后让其在新离解的云母表面上于80℃成核生长,得到了取向生长的连结的介孔SiO2薄膜[34]等。

可以认为,聚乙二醇在复合材料、薄膜材料、粉体材料、高分子材料和纳米结构材料等新材料制备中的应用是利用了聚乙二醇在不同体系与环境中的不同性质,发挥了不同的作用和机理过程,是表面活性剂在分子自组装材料制备中的典型应用。3　结语

聚乙二醇作为一种非离子表面活性剂,其在不同新材料制备中的作用和机理可小结为:①利用其胶束增溶作用,用溶胶-凝胶法制备了复合湿敏陶瓷用的均匀掺杂的溶胶;②在功能薄膜材料的制备中,聚乙二醇起了造孔剂的作用,提高了TiO2的光催化活性;③利用聚乙二醇的空间位阻效应,作为分散剂制备了ZrO2粉体;④利用聚乙二醇的链结构排列规整、结

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Researchadvanceofliposomesastransdermaldrugdeliverycarriersystem

LΒLuo1,WEIShao-min1,LINHui-fen1,LIUYu-1,K2,-min2

(1.Research&DevelopmentDepartmentofShanghaiC,;

2.StateKeyLaboratoryofGeneticEngineering,InstituteofG,University,Shanghai200433,China)

Abstract:Theliposomeoutstandingnaturehasbeenusedindrugcarriersysteminlast

years.Thetransdermalsystem(TDDS)isanovelkingdominthepharmacy.Uptodate,thevariousofTDDSsalsohavebeengainedmoreandmoreadvanceanddevelopmentbythetechnologyofliposomeencapsulationinthefieldsofmedicalandcosmeticproduceofourcountry.Accordingtotheanalysesfortheinformationinvolvedwiththecharacterandcomponentsofliposomes,andthepharmaceuticsmechanismofTDDSsthatpreparatedbythetechnologyofliposomeencapsu2lation,anditsnewlybasicexperimentandresearchprogress,theresultsshownthatthetechnologyofliposomeencapsulationwillbeappearawiderforegroundonthecorrelatedfieldsofourcountryinfuture.

Keywords:cosmetic;liposome;transdermaldrugdeliverycarriersystem;applicationandresearch(上接第37页)

DiscussionontheeffectandmechanismofPEGinthe

preparationofnewmaterials

CHENQing-chun,DENGHui-yu,MAYan-ming

(DepartmentofMaterialScienceandEngineering,EastChinaGeologicalInstitute,Linchuan344000,China)

Abstract:BasedontheresearchthatthepreparationofsilicawithhighspecificsurfaceareafromwollastonitewhenaddedPEG,thearticledicussedtheeffectandmechanism,suchasmicelleincreasingsolubilityusedinsolgelmethod、creatingporeinporeTiO2nano-thinfilm、distractinginpreparingpowdermaterials、coatingandlinkinginprepartionofnano-structuralmaterialsandsoon,ofnon-ionsurfactantPEGinthepreparationofnewmaterialssuchascompositematerialthinfilmmaterial,powdermaterial,highpolymermaterial,nano-structuralmaterialetc.ItlookedaheadtheapplicationofsomekindsofsurfactantssuchasPEGinmolecularself-organizationmaterialstoo.

Keywords:nonionicsurfactant;polyethleneglycol;mechanism;newmaterial;molecularself-organization

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/9u74.html