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表面活性劑應用技術
內容簡介
本書對表面活性劑的增溶、潤濕、分散/聚集等主要作用及機理、膜技術和泡沫技術進行了簡單的介紹,重點闡述了表面活性劑在油田工業(yè)、日用化學工業(yè)、食品工業(yè)、紡織工業(yè)、造紙工業(yè)、水泥工業(yè)、金屬加工工業(yè)、農(nóng)業(yè)的高新技術領域、納米科技、環(huán)境科學、醫(yī)藥和生物技術、化學研究方面中的應用。同時,基于作者在該領域的長期研究成果,深入介紹了氟、硅、硼等特種表面活性劑的特殊應用。
本書可供化學、化工、材料等領域相關研發(fā)、應用和生產(chǎn)技術人員使用,也可供高等院校相關專業(yè)師生參考。
適讀人群:本書可供化學、化工、材料等領域相關研發(fā)、應用和生產(chǎn)技術人員使用,也可供高等院校相關專業(yè)師生參考。
1.表面活性劑的應用幾乎涉及所有的工業(yè)領域,本書針對一些重要的領域進行了介紹,讀者可融會貫通至相關領域。
2.本書作者針對氟、硅、硼特種表面活性劑進行多年深入研究,此書針對性的對特殊應用部分進行了深入介紹。
3.作為《表面活性劑應用原理》(第二版)姊妹篇,原理篇闡述了表面活性劑“為什么”可以應用于工業(yè),應用篇則主要告訴大家“如何”應用于工業(yè),相輔相成。
表面活性劑應用方面國內外已有多本專著和手冊。隨著表面活性劑科學的發(fā)展,一方面新型表面活性劑及表面活性劑的新功能被不斷開發(fā),極大地擴展了表面活性劑的應用領域;另一方面,新的工業(yè)、特別是高新技術工業(yè)不斷涌現(xiàn),對表面活性劑的應用提出了更新、更高的要求。因此,對表面活性劑應用的專業(yè)書籍也需要進一步更新。基于這個思想,我們編寫了《表面活性劑應用技術》一書,旨在為研究工作者提供一本既能系統(tǒng)了解表面活性劑的應用原理和應用技術,又能了解表面活性劑科學最新進展的專著。也希望為化學、精細化工及相關專業(yè)學生提供表面活性劑專業(yè)基礎性教學參考書。
本書作者于2003年5月出版了《表面活性劑應用原理》(2015年出版第二版),該書主要從表面活性劑結構與性能關系等原理方面闡述表面活性劑“為什么”可以應用于工業(yè)。本書為《表面活性劑應用原理》的姊妹篇,但又是獨立的。本書主要闡述表面活性劑“如何”應用于工業(yè),主要介紹在不同的應用領域如何選擇表面活性劑。
1.本書主要從表面活性劑的角度闡述其工業(yè)應用,而實際工業(yè)的應用中除了表面活性劑,還有多種機和有機組分作為助劑和溶劑,這方面的內容(表面活性劑實用工業(yè)配方)過于龐大,而且文獻和專利中的配方在很多情況下真假難辨,因此本書避免過多涉及具體的工業(yè)配方(否則會使篇幅過大)。
2.基于一些特種表面活性劑(如氟表面活性劑)具有普通表面活性劑法替代的用途,本書特別將特種表面活性劑的特殊應用單列出來(第十七~十九章),主要論述其在普通表面活性劑法使用的場合下的應用。
3.針對高新技術的不斷涌現(xiàn),本書特別將表面活性劑在高新技術領域中的應用列為一章單獨介紹。
4.表面活性劑的應用幾乎涉及所有的工業(yè)領域,目前已很難找到?jīng)]有表面活性劑參與的工業(yè)領域。鑒于篇幅限制,不可能把表面活性劑在所有工業(yè)中的應用都面面俱到地加以介紹。實際上,除了一些特殊應用,表面活性劑在不同工業(yè)中的應用原理基本上是相通的,所用的表面活性劑的類型也是相通的。本書介紹了一些重要的工業(yè)領域,對于未介紹到的工業(yè)領域可從本書中的相關內容得到參考。
5.鑒于目前表面活性劑定義的擴展,表面活性劑和高聚物的界限已越來越模糊。因此本書在介紹表面活性劑的應用中,在很多場合也包含了高聚物。特別是在特種表面活性劑的特殊應用部分,就包括了含氟聚合物,如含氟織物整理劑、氟涂料、全氟磺酸樹脂和全氟磺酰氟樹脂等。
本書第一章由北京大學化學與分子工程學院趙振國教授和北京氟樂邦表面活性劑技術研究所肖進新博士共同編寫;第二、五、六、八、九、十三、十四、十六章由趙振國教授編寫,其余各章由肖進新博士編寫。
在本書的編寫過程中,邢航博士、竇增培博士對全書做了詳細校核,何學昌、肖子冰、肖子寒等做了大量輔助工作,在此表示感謝。
盡管編著者盡力要求內容準確,但限于水平,書中定有疏漏和不當之處,誠懇地歡迎同行和讀者不吝指正。編著者Email:xiaojinxin pku.edu.cn;admin fluobon.com。
著者
2017年10月
第一章表面活性劑應用技術概述001
一、表面活性劑增溶技術002
二、表面活性劑乳化技術、乳化劑及破乳劑003
(一)乳化劑004
(二)乳化劑的選擇方法006
(三)破乳劑009
(四)微乳狀液011
三、表面活性劑潤濕技術及潤濕劑013
(一)潤濕作用013
(二)表面活性劑對潤濕過程的作用014
(三)潤濕劑016
四、表面活性劑分散/聚集技術及分散劑/絮凝劑018
(一)表面活性劑在分散過程中的作用018
(二)分散劑020
(三)聚集作用與絮凝劑022
五、表面活性劑的復配技術024
參考文獻025
第二章表面活性劑膜技術及應用026
一、不溶性兩親物的單層膜026
(一)不溶物單層膜的形成及研究方法026
(二)單分子膜的π-A等溫線028
(三)單層膜的應用舉例028
二、LB膜031
(一)LB膜的制備及類型031
(二)LB膜的一些性質與應用032
三、雙層脂質膜(BLM)034
(一)BLM的制備035
(二)BLM的一些性質035
(三)BLM與脂質體(囊泡)036
(四)BLM、脂質體及囊泡的應用036
四、自組裝膜038
(一)自組裝膜和自組裝技術038
(二)單層自組裝膜的制備038
(三)多層自組裝膜的制備038
(四)自組裝膜的性質及應用舉例039
參考文獻040
第三章表面活性劑泡沫技術及其應用042
一、泡沫概述042
(一)泡沫的分類和結構042
(二)泡沫的形成044
(三)泡沫性能的表征045
(四)泡沫性能的測量045
二、泡沫的不穩(wěn)定性和破裂機制047
(一)泡沫的排液048
(二)泡沫中的氣體擴散048
三、泡沫的穩(wěn)定性及影響因素050
(一)表面張力的影響050
(二)表面黏度的影響051
(三)液體黏度的影響051
(四)液膜彈性的影響——表面張力的“修復”作用052
(五)表面電荷的影響054
四、起泡劑和穩(wěn)泡劑055
(一)表面活性劑的起泡、穩(wěn)泡性能055
(二)穩(wěn)泡劑057
(三)正、負離子表面活性劑混合體系的泡沫性能058
五、抑泡和消泡作用059
(一)消泡劑的消泡機理059
(二)影響消泡劑效力的因素063
六、消泡劑065
(一)消泡劑的選擇065
(二)消泡劑066
七、泡沫的應用069
參考文獻071
第四章表面活性劑在油田工業(yè)中的應用072
一、油田化學和油田工業(yè)072
(一)石油和油田氣072
(二)油田化學和油田化學品076
二、三次采油與提高采收率077
(一)三次采油技術077
(二)三次采油術語和重要參數(shù)078
(三)油藏及驅油過程的表面化學和界面化學084
(四)提高采收率的主要途徑089
三、化學驅090
(一)聚合物驅090
(二)表面活性劑驅091
(三)堿水驅094
(四)復合驅096
(五)泡沫驅和泡沫復合驅098
(六)交聯(lián)聚合物調剖技術099
(七)微生物采油100
(八)稠油開采技術——乳化降黏101
四、油田工業(yè)中的表面活性劑102
(一)鉆井領域中的表面活性劑102
(二)采油過程中使用的表面活性劑103
(三)集輸過程中使用的表面活性劑106
(四)油田污水處理用化學劑106
(五)油砂分離劑107
(六)蠕蟲狀膠束在油田中的特殊應用107
參考文獻109
第五章表面活性劑在日用化學工業(yè)中的應用110
一、洗滌作用及其影響因素111
(一)洗滌作用111
(二)污垢的類型111
(三)固體污染垢的去除111
(四)液態(tài)油污的去除113
(五)影響洗滌作用的一些因素115
二、洗滌劑119
(一)洗滌劑配方原則119
(二)洗滌劑用表面活性劑120
(三)洗滌劑中用的助劑121
(四)紡織工業(yè)中用的凈洗劑123
(五)金屬表面清洗劑123
(六)干洗124
三、化妝品中表面活性劑的應用125
(一)化妝品的定義、作用及分類125
(二)化妝品對表面活性劑的要求126
(三)表面活性劑在化妝品中的作用127
(四)化妝品的原料128
(五)化妝品中常用的表面活性劑129
(六)護膚品中表面活性劑的應用131
參考文獻137
第六章表面活性劑在食品工業(yè)中的應用139
一、食品的化學組成及分類139
二、健康食品及加工工藝對表面活性劑的要求140
三、表面活性劑在食品工業(yè)中的作用140
(一)作為食品工業(yè)乳化劑的表面活性劑140
(二)作為增稠穩(wěn)定劑的表面活性劑在食品中的作用144
(三)食品及食品加工中的穩(wěn)泡劑、消泡劑與疏松劑145
四、表面活性劑在烘烤食品中的應用148
(一)面包乳化劑的多種作用148
(二)蛋糕乳化劑149
五、表面活性劑在冰淇淋中的應用150
(一)冰淇淋的乳化劑150
(二)冰淇淋的增稠穩(wěn)定劑150
六、表面活性劑在乳制品中的應用151
(一)人造奶油的乳化劑151
(二)酸奶、牛奶凍和乳酪用乳化穩(wěn)定劑152
(三)速溶奶粉的乳化潤濕劑152
七、表面活性劑在巧克力和糖果中的應用153
(一)巧克力乳化劑153
(二)糖果乳化劑、穩(wěn)定劑和脫模劑153
八、表面活性劑在酒類和飲料中的應用154
(一)酒類和飲料的消泡、穩(wěn)定劑及澄清劑154
(二)飲料和酒類的穩(wěn)定劑和乳化劑154
九、表面活性劑在豆腐制作中的應用155
(一)作為消泡劑的作用156
(二)作為豆腐凝固劑的作用156
參考文獻156
第七章表面活性劑在紡織工業(yè)中的應用157
一、紡織工業(yè)中的各種表面活性劑類助劑157
(一)凈洗劑157
(二)潤濕劑與分散劑158
(三)滲透劑與勻染劑160
(四)抗靜電劑160
(五)防水劑165
二、表面活性劑在毛紡工業(yè)中的應用166
(一)洗毛工藝中的表面活性劑166
(二)毛紡工業(yè)中的抗靜電劑168
(三)表面活性劑用于羊毛染色168
(四)表面活性劑用于配制和毛油169
(五)表面活性劑用于柔軟劑169
(六)表面活性劑用作毛紡織物的抗菌劑169
(七)毛紡行業(yè)中的防水劑170
(八)毛紡行業(yè)中禁用的表面活性劑170
三、表面活性劑在化纖工業(yè)中的應用170
(一)化纖油劑及組成170
(二)除油劑及組成174
(三)表面活性劑用于化學纖維改性175
參考文獻176
第八章表面活性劑在造紙工業(yè)中的應用178
一、造紙過程中膠體與界面化學的應用178
二、表面活性劑在造紙工藝中的應用179
(一)表面活性劑在制漿過程中的應用179
(二)表面活性劑在造紙濕部的應用181
(三)表面活性劑在涂布加工中的應用185
(四)其他方面的應用186
三、造紙廢水的處理188
(一)造紙廢水處理法188
(二)造紙廢水處理劑189
參考文獻190
第九章表面活性劑在水泥工業(yè)中的應用191
一、表面活性劑在混凝土中的應用191
(一)水泥的基本知識191
(二)混凝土的基本知識193
二、混凝土減水劑193
(一)減水劑193
(二)減水劑的作用機理194
(三)減水劑的分類194
(四)減水劑適用條件199
(五)減水劑發(fā)展歷史199
三、混凝土的引氣劑和引氣減水劑200
(一)引氣劑和引氣減水劑200
(二)引氣劑作用機理200
(三)引氣劑對混凝土生產(chǎn)的作用201
(四)常用引氣劑202
參考文獻202
第十章表面活性劑在金屬加工工業(yè)中的應用204
一、在金屬清洗劑中的應用204
(一)金屬清洗劑的分類205
(二)表面活性劑在金屬清洗劑中的作用205
(三)對水基清洗劑的性能要求207
(四)水基金屬清洗劑的分類207
二、在金屬的腐蝕防護中的應用209
(一)表面活性劑的緩蝕作用機理210
(二)用作金屬緩蝕劑的表面活性劑類型211
(三)應用實例——防銹油213
三、在金屬電鍍中的應用217
(一)在電鍍工藝中的應用217
(二)在電鍍污染控制中的應用220
四、在金屬焊接中的應用220
(一)助焊劑中表面活性劑的作用220
(二)助焊劑對表面活性劑的要求221
(三)助焊劑常用的表面活性劑222
五、在水基切削液中的應用223
(一)乳化作用223
(二)清洗作用223
(三)防銹作用224
(四)極壓潤滑作用224
六、其他方面的應用224
(一)在金屬注射成型工藝中的應用224
(二)在金屬的機械拋光和化學拋光中的應用224
(三)在金屬的壓力加工過程中的應用224
(四)金屬鑄造行業(yè)中的應用225
(五)鋼鐵的熱處理工藝中的應用225
參考文獻225
第十一章表面活性劑在農(nóng)業(yè)中的應用226
一、表面活性劑在農(nóng)藥中的應用226
(一)表面活性劑在乳油中的應用227
(二)表面活性劑在可濕性粉劑中的應用227
(三)表面活性劑在懸浮劑中的應用228
(四)表面活性劑在水乳劑中的應用228
(五)表面活性劑在微乳劑中的應用229
(六)表面活性劑在其他劑型中的應用229
二、表面活性劑在化肥工業(yè)中的應用229
(一)表面活性劑在化肥防結塊中的作用229
(二)表面活性劑在化肥工業(yè)中的其他應用231
三、表面活性劑在農(nóng)業(yè)節(jié)水中的作用233
(一)表面活性劑單分子膜抑制水和底液蒸發(fā)233
(二)液體地膜235四、表面活性劑在種衣劑中的應用235
參考文獻236
第十二章表面活性劑在高新技術領域中的應用237
一、表面活性劑在電子信息技術中的應用237
(一)表面活性劑在微電子元器件加工中的應用237
(二)表面活性劑在影像材料中的應用238
(三)表面活性劑在磁記錄材料中的應用239
(四)表面活性劑在電子陶瓷中的應用239
二、表面活性劑在新材料領域中的應用240
(一)表面活性劑在多孔材料中的應用240
(二)表面活性劑在納米材料中的應用242
三、表面活性劑在新能源領域中的應用243
(一)表面活性劑在燃料電池中的應用243
(二)表面活性劑在水煤漿中的應用244
四、表面活性劑在環(huán)境保護中的應用245
(一)表面活性劑在廢水處理中的應用245
(二)表面活性劑在煙氣處理和除塵方面的應用247
(三)表面活性劑在土壤修復方面的應用247
參考文獻248
第十三章表面活性劑在納米科技中的應用250
一、納米粒子及納米科技250
(一)納米粒子的特性250
(二)納米粒子的傳統(tǒng)制備方法251
二、表面活性劑在納米粒子的濕法制備中的基本作用252
三、軟模板法制備納米材料256
(一)反膠束模板法257
(二)反相微乳液模板法258
(三)囊泡模板法261
(四)液晶模板法262
四、表面活性劑在納米材料表面修飾中的應用264
(一)抑制納米粉體的團聚264
(二)表面活性劑在納米材料表面的吸附改性265
(三)包覆改性265參考文獻266
第十四章表面活性劑在環(huán)境科學中的應用268
一、環(huán)境科學的基本內容268
(一)定義268
(二)環(huán)境問題的產(chǎn)生268
(三)環(huán)境科學的研究內容269
二、水處理與表面活性劑在水處理中的應用269
(一)水和水的純化與軟化269
(二)廢水處理270
(三)表面活性劑在廢水處理中的應用272
三、大氣環(huán)境的治理275
(一)廢氣治理275
(二)霧霾治理276
(三)表面活性劑在抑塵中的作用277
(四)表面活性劑在濕法除塵中的應用278
四、表面活性劑在修復污染土壤中的應用279
(一)表面活性劑在有機污染土修復中的增溶洗脫作用279
(二)表面活性劑在重金屬(離子)污染土壤修復中的應用280
(三)表面活性劑修復重金屬污染土壤的機理281
(四)影響表面活性劑修復重金屬污染土壤的因素282
參考文獻282
第十五章表面活性劑在醫(yī)藥和生物技術中的應用285
一、表面活性劑在醫(yī)藥領域中的應用285
(一)表面活性劑在藥物劑型中的應用285
(二)表面活性劑在藥物提取中的應用291
(三)表面活性劑在藥物合成中的應用292
(四)表面活性劑作藥物載體293
(五)總結293
二、表面活性劑在生物領域中的應用294
(一)表面活性劑在發(fā)酵工程中的應用294
(二)表面活性劑在反膠束萃取中的應用296
(三)總結296
參考文獻297
第十六章表面活性劑在化學研究中的應用298
一、在分析化學中的應用298
(一)表面活性劑在光分析法中的應用299
(二)表面活性劑在色譜分析中的應用299
(三)表面活性劑在電化學分析中的應用300
二、在表面活性劑有序組合體微環(huán)境中的化學反應300
(一)膠束催化300
(二)吸附膠束催化310
(三)微乳中的有機反應312
三、表面活性劑在化學分離技術中的應用317
(一)液膜分離317
(二)泡沫分離324
(三)萃取分離328
(四)吸附膠束的分離作用334
參考文獻335
第十七章氟表面活性劑和氟聚合物的特殊應用338
一、氟表面活性劑和氟聚合物概述338
(一)氟表面活性劑和氟聚合物的應用特點338
(二)氟表面活性劑和氟聚合物的環(huán)境和安全問題及應對措施340
二、含氟滅火劑341
(一)水成膜泡沫滅火劑(AFFF)341
(二)氟蛋白泡沫滅火劑(FP)347
(三)成膜氟蛋白泡沫滅火劑(FFFP)348
(四)抗復燃超細干粉滅火劑348
(五)Halon滅火劑替代物350
三、含氟織物整理劑350
(一)類型和分子結構351
(二)生產(chǎn)354
(三)列入持久性有機污染物的紡織用含氟產(chǎn)品及其替代品355
(四)含氟親水整理劑(含親水鏈段的含氟易去污劑)355
四、全氟磺酸樹脂和全氟磺酸離子交換膜356
(一)用于氯堿工業(yè)的全氟磺酸離子交換膜357
(二)用于燃料電池的全氟磺酸質子交換膜358
(三)催化用全氟磺酸樹脂358
(四)全氟磺酰氟/全氟磺酸樹脂的制備359
(五)全氟磺酰氟/全氟磺酸樹脂的加工工藝361
(六)全氟磺酰氟/全氟磺酸樹脂的表征手段361
五、氟涂料362
(一)氟涂料性能特點及發(fā)展歷程362
(二)氟涂料類型及制備方式363
(三)氟涂料應用領域366
(四)發(fā)展趨勢和研究熱點368
六、全氟碳流體368
(一)用作揮發(fā)性表面活性劑369
(二)用作溶劑370
(三)氟兩相催化體系370
(四)用作清洗劑370
(五)用作滅火劑371
(六)電子工業(yè)應用371
(七)作為示蹤氣體(天然氣及核電站)372
(八)替代氯氟烴作冷卻劑、制冷劑和熱轉移劑373
(九)醫(yī)學用途374
(十)用于其他領域375
七、氟表面活性劑的其他特殊應用375
(一)鉻霧抑制劑375
(二)油品揮發(fā)抑制劑376
(三)人造血液376
(四)超臨界二氧化碳萃取377
參考文獻378
第十八章硅表面活性劑的特殊應用379
一、硅表面活性劑的結構和類型379
二、硅表面活性劑的特殊應用性能381
(一)對低能表面優(yōu)異的潤濕能力381
(二)防水(拒水)性能382
(三)消泡性能382
(四)乳化性能383
(五)水解穩(wěn)定性383
三、硅表面活性劑的特殊應用實例383
(一)在聚氨酯泡沫塑料生產(chǎn)上的應用384
(二)在紡織工業(yè)中的應用384
(三)在農(nóng)藥中的應用385
(四)在日化用品中的應用385
(五)在皮革化學品中的應用386
(六)光亮劑387
(七)清洗劑中的增效劑387
(八)在涂料和油漆工業(yè)中的應用387
(九)在其他方面的應用388
參考文獻388
第十九章硼表面活性劑的特殊應用389
一、結構類型和性能389
二、性能和用途392
(一)抗菌性和防腐性393
(二)抗靜電性393
(三)阻燃性394
(四)潤滑性和抗磨性394
(五)乳化性和分散性395
(六)作為偶聯(lián)劑的應用395
(七)作為汽車制動液的應用396
(八)其他396
參考文獻396
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