第八章 水溶性高分子

1第七章水溶性高分子1水溶性高分子的结构特点及种类2水溶性高分子的性能3水溶性高分子的发展趋势4水溶性高分子的合成工艺27.1水溶性高分子的种类一、水溶性高分子的结构特点二、水溶性高分子的分类方法三、天然类水溶性高分子五、合成类水溶性高分子四、半合成类水溶性高分子3一、水溶性高分子的结构特点1、基本概念高分子种类结构特点性能及应用？水溶性高分子水溶性高分子—在水中能溶解或溶胀而形成溶液或均匀分散体系的一种亲水性的高分子化合物；又称为“水溶性聚合物”。42、结构特点一、水溶性高分子的结构特点CH2CRCONHCH2N(CH3)2CH2CRCONH2CH2CRCOOHCH2CRCONH2聚丙烯酰胺OOHOOHOCH2OHOHOOHOCH2OHOHOOHCOOH改性淀粉CH2OHOHOOnNH2壳聚糖果胶5一、水溶性高分子的结构特点统观所有的水溶性高分子，可以发现它们存在着一个共同的结构特点：分子中均含有亲水性基团。改性纤维素OOHOOHOCH2OHOHOOHOCH2OHOHOOHCH2OH淀粉6一、水溶性高分子的结构特点据聚合条件，可控制分子量从几百到几千万。控制聚合条件，合成一定数目和强度的亲水基。3、特殊性质分子量可控性亲水基可控性活性基再反应性据生产的需要，可再反应，生成新的官能团。7二、水溶性高分子的分类方法1、来源分类水溶性高分子天然类半合成类合成类淀粉类植物胶动物胶海藻胶改性淀粉类改性纤维素缩合类聚合类其他半合成类8二、水溶性高分子的分类方法2、分子量分类低分子量高分子量超高分子量3、用途分类驱油剂聚丙烯酰胺改性淀粉瓜胶絮凝剂聚丙烯酸改性纤维素壳聚糖9三、天然类水溶性高分子1、制备动植物物理方法物理化学天然类水溶性高分子2、种类淀粉类：小麦、土豆、玉米、甘薯及米粉等海藻类：藻蛋白酸钠、琼胶等植物胶：阿拉伯胶、黄耆胶、槐豆胶、大豆胶等动物胶：骨胶、明胶、干酪素、甲壳质（壳聚糖）等微生物：胍胶、黄原胶等103、应用三、天然类水溶性高分子天然的水溶性高分子主要应用于食品工业和医药工业中。如从海洋植物中提取出来的琼胶，广泛应用于糕点、罐头食品、糖果；从金合欢树中提取出来的阿拉伯胶广泛应用于食品工业中，作为食品的乳化稳定剂、增稠剂、粘合剂等，如可乐型碳酸饮料（乳化稳定剂）、粉状果汁（增稠剂）、棉花糖（粘合剂）等。11四、半合成类水溶性高分子1、制备天然化合物化学改性一定条件半合成类水溶性高分子2、种类改性淀粉改型纤维素取代改性酯化改性接枝改性烷基化改性羧基化改性羟基化改性12四、半合成类水溶性高分子3、应用改性淀粉中的氧化淀粉不仅可以作为纺织工业的上浆剂、食品工业的添加剂（如软糖的稳定剂），还可以用于纸板、墙板、隔音板等建筑材料的粘合剂。改性纤维素拓宽了纤维素的应用领域广泛应用于洗涤工业、纺织印染工业、食品工业、石油开采工业等领域。13五、合成类水溶性高分子1、种类聚合类聚丙烯酰胺聚丙烯酸聚乙二醇聚氧化乙烯聚马来酸酐缩合类聚胺树脂氨基树脂酚醛树脂环氧树脂聚氨酯树脂14五、合成类水溶性高分子2、发展史合成水溶性高分子仅有几十年的历史，但其发展很快，其品种和数量已经远远超过了天然和半合成水溶性高分子。聚丙烯酰胺1893成功国外国内1954工业化60年代试产70年代大规15五、合成类水溶性高分子3、发展快的原因高效性100千克颜料的黏合剂：13kg动物胶；7kg聚乙烯醇多样化品种和规模性能和用途生物耗氧量低BOD变通性大价格和质量167.2水溶性高分子的性能一、水溶性高分子的溶解性二、水溶性高分子的流变特性三、水溶性高分子的分子量四、水溶性高分子的应用性能17一、水溶性高分子的溶解性1、影响因素分子结构线形、支链及体型高分子原因？结晶度淀粉与纤维素？？外界因素温度、搅拌速度及压力等分子量M好？好？18一、水溶性高分子的溶解性2、提高溶解性的方法引入亲水基化学反应COOH、OH、CONH等降低结晶度聚合过程引入歧化点链终止剂引入反电解质斥力作用防止分子链发生卷曲19二、水溶性高分子的流变特性1、牛顿流体极低或极高剪切速率三采驱油液2、非牛顿流体触变体与流凝体nk0n1n﹥1假塑体胀流体涂料20三、水溶性高分子的分子量聚丙烯酸2000-5000几百万-几千万几万-几十万阻垢分散剂增稠剂絮凝剂1、重要性2、表示方法数均分子量iiinNNWM冰点降低法沸点升高法端基滴定法渗透压21重均分子量光散射法三、水溶性高分子的分子量iiiwWMWM粘均分子量粘度法Z均分子量凝胶渗透色谱法iiiizNMNMM23四者关系：nwzMMMM1iiMWM22四、水溶性高分子的应用性能1、分散作用例子钻井液泥浆聚丙烯酸悬浮剂防止卡钻工业废水聚丙烯酸分散剂防止沉积分散作用工业废水工业废水表面活性保护胶体降低表面张力，润湿，吸附通过亲水性形成胶体锅炉、冷却、油漆等23四、水溶性高分子的应用性能2、絮凝作用絮凝作用物理作用化学作用吸附聚结沉降活泼基团化学键改变表面基团无机絮凝剂有机絮凝剂硫酸铝、聚合铝、明矾、硫酸亚铁等木质素、甲壳质、改性淀粉、PAM等24四、水溶性高分子的应用性能3、增稠作用增稠方式自身粘度增加与化合物作用增加水体粘度4、减摩作用聚丙烯酰胺用作调剖堵水剂25四、水溶性高分子的应用性能5、表面活性表面活性亲水性基团疏水性基团两者比例调配6、电化学性质不同水解度的聚乙烯醇阴离子型阳离子型两性离子型溶解性静电斥力共存离子作用267.3水溶性高分子的发展趋势一、国内外的生产现状二、水溶性高分子的应用现状三、水溶性高分子的发展前景27一、国内外的生产现状1、国外的生产现状水溶性高分子其他北美日本西欧49.44%34.57%5.99%10.05%28一、国内外的生产现状2、国内的生产现状天然水溶性高分子的生产和应用具有很悠久的历史，如淀粉、阿拉伯胶、骨胶等。半合成水溶性高分子只有五六十年的历史，如淀粉衍生物、纤维素衍生物等。合成水溶性高分子的发展较晚，年产量近30万吨。聚丙烯酰胺、高吸水性树脂、淀粉衍生物等29二、水溶性高分子的应用现状水溶性高分子由于其分子中含有大量离子性或非离子性亲水基团，如-SO3H-COOH、-OH、-NHR、-O-基等，从而具有许多优异的物理化学性质，如粘合性、成膜性、润滑性、成胶性、鳌合性、分散性、减阻性、增稠性等，在采油、水基涂料、医药、造纸、环保，食品与纺织工业等领域都得到了广泛应用。聚丙烯酰胺作为驱油剂提高原油采收率；聚乙二醇作为粘结剂改善片状药的形状；交联淀粉作为润滑剂改善医用手套的柔和性等。30三、水溶性高分子的发展前景合成类水溶性高分子半合成类水溶性高分子天然水溶性高分子低毒性水溶性高分子无毒性水溶性高分子低分子量水溶性高分子超高分子量水溶性高分子317.4水溶性高分子的合成工艺一、水溶液中均相聚合二、反相乳液聚合三、沉淀聚合四、双水相聚合五、聚合物化学反应一、水溶液中均相聚合基本组成；单体引发剂水（溶剂）概念：单体和引发剂溶于水中的聚合聚合反应类型：自由基溶液聚合水相中自由基聚合反应特点优点：体系初始粘度低，混合和传热较易温度容易控制可减弱凝胶效应生产工艺简单，易于操作缺点：a单体浓度较低，聚合速率较慢，设备生产能力较低；b单体浓度较低和向溶剂链转移的双重聚合物分子量降低C残留单体浓度较高二、反相乳液聚合基本组成；单体引发剂水（溶剂）水相油性溶剂乳化剂油相概念：单体和引发剂溶于水中分散在油相中聚合反应类型：自由基溶液聚合反相乳液聚合反应特点优点：单体初始浓度高分子量大设备生产能力高残留单体浓度较低缺点：a单体浓度较高，聚合速率较快，反应热值高b油相溶剂选择：极性、黏度、沸点、毒性可选溶剂：液体石蜡、煤油C工艺控制复杂三、沉淀聚合基本组成；单体引发剂溶剂概念：聚合反应单体聚合产物聚合反应类型：自由基溶液聚合在特定溶剂中溶解度差异较大沉淀聚合反应特点优点：聚合产物直接从聚合体系中分离出来生产工艺简单产品溶解性好缺点：a单体转化不完全b极性溶剂选择：极性、黏度、沸点、毒性可选溶剂：低分子醇C分子量较低四、双水相聚合基本组成；单体引发剂预置聚合物水概念：聚合反应单体、聚合产物分散相预置聚合物连续相聚合过程分相聚合反应类型：自由基溶液聚合双水相聚合反应特点优点：产品快速溶解，应用方便生产工艺简单不消耗有机溶剂不产生凝胶缺点：a分散剂（预置聚合）分离困难b体系浓度较低，生产效率较低C分子量较低五、聚合物化学反应主要例子：聚醋酸乙烯酯醇解制备聚乙烯醇聚丙烯腈水解制备部分聚丙烯酸概念：将原有的聚合物通过化学反应转化为具有特定功能的水溶性聚合物CH2-CHOCOCH3CH2-CHOCOCH3CH2-CHOCOCH3[]n[]n-x[]xCH2-CHCNCH2-CHCNCH2-CHCOOH[]n[]n-x[]x