Поверхностно-активные вещества и полимеры в водных растворах (386,00 руб.)

Стр.4

Стр.5

Стр.525

Стр.526

Стр.527

Стр.528

Стр.529

К. Холмберг, Б. Йёнссон Б. Кронберг, Б. Линдман Поверхностноактивные вещества и полимеры в водных растворах Перевод с английского канд. хим. наук Г. П. Ямпольской под редакцией профессора, д-ра хим. наук Б. Д. Сумма 4-е издание, электронное Москва Лаборатория знаний 2020

Стр.4

УДК 541.182 ББК 24.6я73 X72 Холмберг К. X72 Поверхностно-активные вещества и полимеры в водных растворах / К. Холмберг, Б. Йёнссон, Б. Кронберг, Б. Линдман ; пер. с англ. — 4-е изд., электрон. — М. : Лаборатория знаний, 2020. — 531 с. — Систем. требования: Adobe Reader XI ; экран 10".— Загл. с титул. экрана. — Текст : электронный. ISBN 978-5-00101-767-7 Учебное издание, написанное коллективом авторов из Швеции, посвящено чрезвычайно важной в научном и практическом отношении теме — сосуществованию поверхностно-активных веществ (ПАВ) и полимеров в водных растворах. Подробно рассмотрены различные типы ПАВ (в том числе полимерные), процесс мицеллообразования, фазовое поведение растворов ПАВ. Обсуждаются свойства растворов полимеров и смесей ПАВ—полимер. Отдельные главы посвящены таким сложным системам, как пены, эмульсии и микроэмульсии, их получению и практическому применению. Книга хорошо иллюстрирована, содержит обширные справочные данные и библиографию. Для студентов, аспирантов и преподавателей химических и химикотехнологических вузов, а также для научных сотрудников и химиковтехнологов, работающих на производстве. УДК 541.182 ББК 24.6я73 Деривативное издание на основе печатного аналога: Поверхностно-активные вещества и полимеры в водных растворах / К. Холмберг, Б. Йёнссон, Б. Кронберг, Б. Линдман ; пер. с англ. — М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. — 528 с. : ил. — ISBN 978-5-94774-363-0. В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техническими средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации Copyright ○c 2003 by John Wiley & Sons Ltd., The Atrium, ISBN 978-5-00101-767-7 ○c Перевод, оформление, Лаборатория знаний, 2015 Southern Gate, Chichester, West Sussex PO19 8SQ, England. All rights reserved. Authorized translation from English language edition published by John Wiley & Sons Ltd. This EBook is published under license with the original publisher John Wiley & Sons, Ltd.

Стр.5

Оглавление Предисловие ко второму изданию .............................. 5 Предисловие к первому изданию ............................... 7 Глава 1. Введение в химию поверхностно-активных веществ.................... 9 Адсорбция поверхностно-активных веществ на межфазных границах ....... 9 Агрегирование ПАВ в растворе............................ 11 Амфифильные ( дифильные) свойства молекул ПАВ ................ 12 Природные ПАВ .................................... 14 Нефтехимия и химия растительных масел как источники сырья для получения ПАВ ................................ 16 Классификация ПАВ по полярным группам ..................... 17 Дерматологическое действие ПАВ .......................... 33 Воздействие ПАВ на окружающую среду ...................... 36 Скорость биоразложения и структура молекул ПАВ ................ 40 Защита окружающей среды как стимул поиска новых безопасных поверхностно-активных веществ ......................... 41 Литература ....................................... 46 Глава 2. Мицеллообразование поверхностно-активных веществ................ 47 Разнообразие систем, формируемых дифильными веществами .......... 47 Начало образования мицелл — критическая концентрация мицеллообразования ................................ 47 Зависимость ККМ от строения молекул ПАВ .................... 51 Влияние температуры и растворенных веществ на ККМ .............. 54 Зависимость растворимости ПАВ от температуры ................. 56 Движущие силы мицеллообразования и термодинамические модели ....... 59 Контроль за процессами ассоциации и связывания противоионов методом ЯМР .................................... 63 Солюбилизация гидрофобных веществ в мицеллах................. 65 Размер и структура мицелл .............................. 66 Геометрические принципы упаковки цепей ..................... 68 Кинетика мицеллообразования ............................ 68 Агрегирование поверхностно-активных веществ в неводных средах ....... 70 Общая характеристика самоассоциации ПАВ .................... 70 Литература ....................................... 74 Глава 3. Фазовое поведение концентрированных систем поверхностноактивных веществ ................................................ 75 Зависимость типа и размера мицелл от концентрации ПАВ ............ 75 Зависимость процесса роста мицелл от типа ПАВ.................. 77 Фазы ПАВ, образующиеся из дискретных или бесконечных самоорганизованных структур ........................... 81 Насыщенные мицеллярные растворы......................... 84 Структуры жидкокристаллических фаз........................ 84 Построение фазовых диаграмм ............................ 88 Фазовые диаграммы двойных и тройных систем как полезный источник информации .................................... 90 Влияние геометрии молекул ПАВ и их упаковки на структуру агрегата: концепции параметра упаковки и спонтанной кривизны пленки ПАВ ..... 96 Фазовое поведение полярных липидов — аналогия с фазовым поведением других дифильных веществ............................ 100 Жидкокристаллические фазы в неводных средах ................. 101 Литература ...................................... 102

Стр.525

525 Оглавление Глава 4. Физико-химические свойства ПАВ и полимеров с оксиэтиленовыми группами ..................................... 103 Полиоксиэтиленовые цепи как гидрофильные части многих ПАВ и полимеров .................................... 103 Температурная зависимость ККМ и размеров мицелл оксиэтилированных ПАВ ............................. 105 Исследование влияния температуры на поведение НПАВ с помощью фазовых диаграмм ................................. 107 L3 или губчатая фаза ................................. 109 Влияние температуры на последовательность возникновения самоассоциированных структур ......................... 109 Информативность концепций критического параметра упаковки и спонтанной кривизны .............................. 109 Помутнение как характеристическое свойство оксиэтилированных ПАВ и полимеров ................................. 115 Сходство физико-химических свойств блок-сополимеров с полиоксиэтиленовыми сегментами и поверхностно-активных веществ с оксиэтиленовыми полярными группами .................... 117 Температурные аномалии, характерные для всех оксиэтилированных ПАВ и полимеров ................................. 120 Температурные аномалии в неводных средах ................... 122 Литература ...................................... 123 Глава 5. Смешанные мицеллы............................................. 124 Описание смесей ПАВ с родственными полярными группами без учета суммарного взаимодействий ........................... 124 Более общее рассмотрение смесей ПАВ — учет взаимодействий ........ 128 Применение концепции смешанных мицелл к дифильным веществам, не образующим мицеллы ............................. 135 Особенности поведения смесей ПАВ при высоких концентрациях........ 135 Технологическое использование смесей ПАВ ................... 138 Приложение...................................... 140 Литература ...................................... 142 Глава 6. Микроэмульсии .................................................. 143 Обманчивость термина «микроэмульсия» ..................... 143 Фазовое поведение и фазовые диаграммы систем масло–вода–ПАВ ....... 144 Как подобрать ПАВ для получения микроэмульсии ................ 148 Сложные фазовые диаграммы тройных систем................... 150 Как разобраться в микроструктуре микроэмульсий ................ 151 Измерение молекулярной самодиффузии...................... 152 Самодиффузия растворителей в микроэмульсиях: влияние пространственных ограничений, препятствий и сольватации .... 153 Биконтинуальные структуры сбалансированных микроэмульсий: результаты исследования коэффициентов самодиффузии ........... 155 Влияние ПАВ на микроструктуру микроэмульсий ................ 157 Литература ...................................... 159 Глава 7. Межмолекулярные взаимодействия ................................ 160 Парные потенциалы взаимодействия между двумя молекулами в вакууме ...................................... 160 Разделение межмолекулярных взаимодействий по типам ............ 162 Эффективные парные потенциалы взаимодействия между двумя молекулами в среде ................................ 170 Литература ...................................... 177 Глава 8. Взаимодействия в коллоидных системах ............................ 178 Взаимодействие двойных электрических слоев и устойчивость коллоидных систем ................................ 178 Взаимодействия других типов ............................ 184

Стр.526

526 Оглавление Непосредственное измерение взаимодействий в коллоидных системах ..... 192 Литература ...................................... 193 Глава 9. Растворы полимеров.............................................. 194 Свойства полимера и выбор мономера ....................... 194 Молекулярная масса — важнейшая характеристика полимера .......... 196 Проблемы, возникающие при растворении полимеров .............. 197 Вязкость растворов полимеров ........................... 197 Фазовое разделение растворов полимеров ..................... 198 Фазовое разделение при нагревании водных растворов полимеров с оксиэтиленовыми группами .......................... 199 Влияние растворителей и поверхностно-активных веществ на растворы полимеров .............................. 200 Концепция параметра растворимости и правильный выбор растворителя полимера .............................. 201 Фундаментальное значение тета-температуры ................... 203 Классы водорастворимых полимеров ........................ 205 Полиэлектролиты................................... 207 Конфигурация полимера и свойства растворителя ................. 208 Литература ...................................... 215 Глава 10. Теория регулярных растворов .................................... 216 Теория Брэгга–Вильямса для неидеальных смесей................. 216 Теория растворов полимеров Флори – Хаггинса: описание фазовых превращений ................................... 223 Литература ...................................... 226 Глава 11. Новые поверхностно-активные вещества .......................... 227 Поверхностно-активные вещества с необычной структурой: димерные ПАВ................................... 227 Поверхностно-активные вещества с разрушаемыми связями: привлекательность с экологической и других точек зрения .......... 235 Полимеризующиеся ПАВ и их применение для создания покрытий ....... 245 Полимерные поверхностно-активные вещества .................. 257 Специальные поверхностно-активные вещества для экстремального снижения поверхностного натяжения ...................... 257 Литература ...................................... 258 Глава 12. Поверхностно-активные полимеры................................ 259 Поверхностно-активные полимеры: способы конструирования ......... 259 Полимеры с гидрофильной основной цепью и гидрофобными боковыми цепями ................................. 260 Полимеры с гидрофобной основной цепью и гидрофильными боковыми цепями ................................. 265 Уникальные свойства высокомолекулярных поверхностно-активных веществ ...................................... 273 Литература ...................................... 274 Глава 13. Свойства смесей ПАВ и высокомолекулярных веществ ............. 275 Индуцированное полимерами агрегирование ПАВ ................ 275 Притяжение между полимером и поверхностно-активным веществом: влияние природы обоих компонентов ...................... 278 Сильная ассоциация ПАВ с поверхностно-активными полимерами ....... 281 Аналогия между взаимодействием ПАВ с поверхностно-активными полимерами и образованием смешанных мицелл ................ 284 Сходство фазового поведения смесей ПАВ с полимерами и смешанных растворов полимеров ....................... 286 Корреляция фазового поведения смесей полимер – поверхностно-активное вещество с фазовым поведением смесей двух полимеров или смесей ПАВ. . 295 Влияние полимера на фазовое поведение бесконечных самоассоциатов молекул ПАВ .......................... 296 Техническое использование смесей полимер – ПАВ ............... 298

Стр.527

527 Оглавление Компактизация молекул ДНК катионными ПАВ: применение в генной терапии.................................. 299 Литература ...................................... 300 Глава 14. Смеси поверхностно-активных веществ и белков ................... 301 Дифильность белков ................................. 301 Роль взаимодействий белков с ПАВ......................... 302 Поверхностное натяжение и солюбилизация как подтверждение связывания ПАВ белками............................. 303 Сложный характер изотерм связывания ПАВ белками .............. 305 Высокая вязкость растворов смесей ПАВ и белков ................ 307 Фазовое раздение растворов смесей ПАВ–белок.................. 307 Денатурация белка при связывании ПАВ...................... 310 Литература ...................................... 311 Глава 15. Введение в реологию растворов полимеров и ПАВ.................. 312 Предмет реологии: как материалы отвечают на деформацию ........... 312 Вязкость — мера ответа простых жидкостей на сдвиг ............... 312 Влияние частиц на характер течения и вязкость системы ............. 316 Соотношение между характеристической вязкостью и молекулярной массой . . 319 Сложное реологическое поведение ......................... 319 Вязкоупругость .................................... 321 Примеры разнообразия реологических свойств растворов ПАВ и полимеров . . 324 Литература ...................................... 330 Глава 16. Поверхностное натяжение и адсорбция на границе вода–воздух ...... 331 Поверхностное натяжение как результат асимметрии сил когезии на поверхности .................................. 331 Влияние растворенных веществ на поверхностное натяжение .......... 333 Значение динамического поверхностного натяжения ............... 334 Связь поверхностного натяжения с адсорбцией .................. 336 Связь адсорбции поверхностно-активных веществ на границе жидкость–воздух с критическим параметром упаковки ............ 337 Трудности при интерпретации адсорбции полимеров ............... 340 Измерение поверхностного натяжения ....................... 341 Применение теории регулярных растворов к поверхностному натяжению и адсорбции ............................. 345 Литература ...................................... 348 Глава 17. Адсорбция поверхностно-активных веществ на поверхности твердых тел ....................................... 349 Влияние природы ПАВ и поверхности твердого тела на адсорбцию ПАВ ................................ 349 Моделирование поверхности и методы определения адсорбции ......... 351 Анализ адсорбции ПАВ на основе уравнения Ленгмюра ............. 353 Адсорбция ПАВ на гидрофобных поверхностях .................. 356 Адсорбция ПАВ на гидрофильных поверхностях ................. 363 Конкурентная адсорбция: распространенность явления .............. 371 Литература ...................................... 377 Глава 18. Cмачивание, смачивающие агенты, гидрофобизация, гидрофобизирующие агенты ...................................... 378 Растекание жидкостей по поверхностям ...................... 378 Концепция критического поверхностного натяжения твердых тел ........ 380 Критическое поверхностное натяжение и создание покрытий .......... 383 Роль поверхностно-активных веществ: улучшение или ухудшение смачивания и растекания ............................. 384 Измерение краевых углов .............................. 388 Литература ...................................... 391 Глава 19. Взаимодействие полимеров с твердыми поверхностями.............. 392 Адсорбция и молекулярная масса полимера .................... 393 Влияние растворителя на адсорбцию ........................ 396 Электростатические взаимодействия и адсорбция ................. 398

Стр.528

528 Оглавление Теоретические модели адсорбции полиэлектролитов ............... 405 Влияние полиэлектролитов на отталкивание двойных электрических слоев . . . 408 Необратимость адсорбции полимеров ....................... 415 Концепция кислот и оснований Льюиса для описания адсорбции полимеров . . 416 Измерение адсорбции полимеров .......................... 419 Литература ...................................... 422 Глава 20. Пенообразование в растворах поверхностно-активных веществ ...... 423 Устойчивые и неустойчивые пены ......................... 423 Два условия пенообразования ............................ 425 Четыре силы, действующие на пену......................... 426 Использование концепции критического параметра упаковки .......... 428 Влияние полимеров на устойчивость пен ...................... 432 Стабилизация пен частицами и белками ...................... 433 Пеногасители ..................................... 434 Литература ...................................... 436 Глава 21. Эмульсии и эмульгаторы ........................................ 437 Эмульсии — дисперсии одной жидкости в другой................. 437 Высококонцентрированные эмульсии........................ 438 Механизмы разрушения эмульсий.......................... 438 Необходимость потенциального энергетического барьера для капель в эмульсиях .................................... 440 Теория ДЛФО— краеугольный камень в понимании стабилизации эмульсий . 443 Эмульгаторы — поверхностно-активные вещества, способствующие образованию эмульсий .............................. 445 Концепция гидрофильно-липофильного баланса ................. 445 Метод ГЛБ — приближенный, но простой способ выбора эмульгатора ..... 447 Концепция температуры инверсии фаз ....................... 450 Подбор эмульгатора методом определения ТИФ.................. 452 Различные типы неионных ПАВ как эмульгаторы ................ 452 Правило Банкрофта и динамика адсорбции ПАВ ................. 455 Правило Банкрофта и геометрия молекулы поверхностно-активного вещества ...................................... 456 Тип образующейся эмульсии и гидродинамика .................. 458 Литература ...................................... 458 Глава 22. Микроэмульсии для очистки от масел и загрязнений иной природы .. 459 Чистящие композиции на основе ПАВ могут действовать за счет образования in situ миуроэмульсий (моющее действие) ............ 459 Эффективность композиций на основе микроэмульсий .............. 470 Микроэмульсии и проблема повышения нефтеотдачи............... 472 Литература ...................................... 478 Глава 23. Химические реакции в микрогетерогенных системах................ 479 Капли микроэмульсии как микрореакторы для химических реакций....... 479 Поверхностно-активные вещества в реакциях мицеллярного катализа ..... 480 Микроэмульсии как растворители для органического синтеза .......... 482 Микроэмульсии как среды для ферментативных реакций ............ 488 Применение микроэмульсий для получения наноразмерных латексов ...... 493 Получение наночастиц неорганических веществ с помощью микроэмульсий . . 497 Использование жидких кристаллов ПАВ для получения мезопористых материалов ..................................... 501 Литература ...................................... 503 Приложение 1. Список фирменных названий поверхностно-активных веществ ......................................................... 504 Приложение 2. Принятые сокращения ПАВ, типов ПАВ и сырья для синтеза ПАВ ................................................. 511 Предметный указатель.................................................... 512

Стр.529