合成材料-水溶性高分子.ppt

合成材料 水溶性高分子 親水基團(tuán) OH COOH CONH NH2 O 分為三類 天然 半合成 合成天然 淀粉 海藻 植物膠 動(dòng)物膠 阿拉伯膠 明膠 干酪素 食品 造紙半合成 改性纖維素 改性淀粉 CMC HPMC 磷酸酯淀粉合成 聚合類 PVA PAM PA PEO PEG PVP縮合類 EP PF PU 合成材料 水溶性高分子 提高聚合物水溶性的方法 引入親水基 降低結(jié)晶度 利用聚電解質(zhì)的反離子作用 利用與水分子間的氫鍵 降低分子量 提高支化度 升高溫度高分子水溶液流變學(xué)特性 假塑性 淀粉例外 脹流體 觸變性高分子水溶液電化學(xué)性質(zhì) 非離子型 PEG PEO 氧化淀粉 羥乙基纖維素陰離子型 CMC 聚丙烯酸鈉陽離子型 聚季銨鹽 陽離子淀粉高分子水溶液的作用 分散作用 表面活性 絮凝作用 架橋 包覆除電荷 增稠作用 自身粘度 結(jié)構(gòu)效應(yīng) 減阻作用 合成材料 水溶性高分子 高分子水溶液應(yīng)用的分子量依賴性 M 分散劑 絮凝劑 用量最大的水溶性高分子 改性淀粉 聚丙烯酸 PVA PAM水溶性高分子最大應(yīng)用場合 水處理 造紙 食品 紡織 建材 水溶性高分子 PVA 1 特性 水溶性 成膜性 粘接性 乳化性 耐油 溶劑性 成纖性2 制備 醋酸乙烯酯 聚合 醇解 聚合度 醇解度eg 17883 4 水溶液 20 的粘度 顏色 皂化值 殘留PVAC PH 揮發(fā)度 灰分 表觀密度 硬度4 水溶液性質(zhì) 1 水溶性受醇解度 聚合度 溫度 低級(jí)醇加量影響 2 粘度 品種 濃度 溫度 依時(shí)性流體 濃度 聚合度 3 對(duì)鹽的容忍度 低濃度下沉淀劑 碳酸鈣 硫酸鈉 4 凝膠化 硼砂 硼酸 與碘顯色反應(yīng) 醇解 藍(lán)色 紅色 5 表面活性 醇解度低 表面活性高 6 粘結(jié)力 醇解度低 粘結(jié)力高 15 磷酸可改善 水溶性高分子 PVA 5 固體性質(zhì) 1 有機(jī)溶劑中的溶解性 對(duì)有機(jī)溶劑的敏感性隨醇解度減少而增加 多元醇 酰胺 三乙醇胺 DMSO可溶解PVA 2 吸濕性 增塑劑使用會(huì)加重吸濕性 3 隔氣性 氧氣 二氧化碳 氫氣 硫化氫 氨氣 水蒸氣例外 6 反應(yīng)活性 醚化 環(huán)氧化合物 酯化 酸 縮醛化 羰基化合物 7 改性 1 增塑劑 甘油 乙二醇 甲酰胺 乙醇胺 水 2 填充劑 淀粉 酪素 尿素 粘土 3 不溶化劑 提高膜耐水性 二甲基尿 多價(jià)金屬鹽或絡(luò)合物 4 沉淀劑 碳酸鹽 硫酸鹽 水溶性高分子 PVA 5 防泡劑 三丁基磷酸鹽 聚乙二醇醚8 應(yīng)用 1 造紙工業(yè) 顏料粘合劑 紙板上膠劑 2 紡織工業(yè) 漿料 3 乳化劑 分散劑 4 聚合物水泥 耐水涂料 5 土壤改良劑 6 鋼的淬火劑 水溶性高分子化合物又稱水溶性樹脂或水溶性聚合物 是一種親水性的高分子材料 在水中能溶解或溶脹而形成溶液或分散液 水溶性聚合物自成一類物質(zhì)被人們進(jìn)行研究僅三十多年的歷史 這類聚合物均含有親水基與疏水基組份 可以用作增稠劑 膠凝劑 穩(wěn)定劑 絮凝劑 涂料 粘合劑 乳化劑等 廣泛地應(yīng)用于水凈化 采礦 冶金 石油 造紙 國防等部門 水溶性聚合物主要有聚乙烯醇 聚丙烯酰胺 丙烯酸和甲基丙烯酸聚合物 聚乙二醇 聚氧化乙烯 聚馬來酸酐 水溶性聚氨酯樹脂 淀粉衍生物等 聚丙烯酰胺 PAM 產(chǎn)品外觀為白色粉末 易溶于水 幾乎不溶于苯 乙醚 酯類 丙酮等一般有機(jī)溶劑 其水溶液幾近透明的粘稠液體 屬非危險(xiǎn)品 無毒 無腐蝕性 固體PAM有吸濕性 吸濕性隨離子度的增加而增加 PAM熱穩(wěn)定性好 加熱到100 穩(wěn)定性良好 但在150 以上時(shí)易分解產(chǎn)生氮?dú)?在分子間發(fā)生亞胺化作用而不溶于水 玻璃化溫度153 PAM在應(yīng)力作用下表現(xiàn)出非牛頓流動(dòng)性 實(shí)驗(yàn)室制備陽離子型PAM方法 在反應(yīng)器內(nèi)加入AM DMC 甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨 和去離子水 攪拌均勻 通N2氣15min 在25 時(shí)加入復(fù)合引發(fā)體系引發(fā)聚合 當(dāng)反應(yīng)液粘稠時(shí)停止通N2氣 繼續(xù)反應(yīng)2 5h后 取出膠體造粒 烘干粉碎 得到粉狀陽離子聚丙烯酰胺產(chǎn)物 P DMC AM 聚丙烯酰胺合成方法 PAM工業(yè)上生產(chǎn)的一般步驟 AM水溶液在適當(dāng)?shù)臏囟认?幾乎可以使用所有的自由基聚合的引發(fā)方式進(jìn)行聚合 聚合過程也遵循一般自由基聚合機(jī)理的規(guī)律 工業(yè)上最常用的是引發(fā)劑的熱分解引發(fā)和氧化還原引發(fā) 隨引發(fā)劑種類的不同 聚合產(chǎn)物結(jié)構(gòu)和分子量有明顯差異 常用引發(fā)劑是過硫酸鹽 過硫酸鹽 亞硫酸鹽 溴酸鹽 BrO3 亞硫酸鹽和水溶性偶氮化合物 不同引發(fā)劑系統(tǒng)引發(fā)AM聚合反應(yīng)的總活化能不同 PAM的作用1 絮凝性 PAM能使懸浮物質(zhì)通過電中和 架橋吸附作用 起絮凝作用 2 粘合性 能通過機(jī)械的 物理的 化學(xué)的作用 起粘合作用 3 降阻性 PAM能有效地降低流體與管壁的磨擦阻力 水中加入微量PAM就能降阻50 80 4 增稠性 PAM在中性和酸條件下均有增稠作用 當(dāng)PH值在10以上PAM易水解 呈半網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)時(shí) 增稠將更明顯 陰離子聚丙烯酰胺 APAM 分子量800 2000萬 報(bào)價(jià)在7 30元 公斤 陽離子聚丙烯酰胺 CPAM 分子量400 1400萬 報(bào)價(jià)在18 45元 公斤 非離子聚丙烯酰胺 NPAM 分子量800 1500萬 報(bào)價(jià)在14 30元 公斤 2007年全國聚丙烯酰胺產(chǎn)量為32 5萬噸 占全世界總產(chǎn)量76萬噸的43 其中石油開采領(lǐng)域的消費(fèi)量占總消費(fèi)量近70 水處理領(lǐng)域占15 左右 造紙領(lǐng)域約占11 未來丙烯酰胺在水處理和造紙領(lǐng)域的需求量將進(jìn)一步擴(kuò)大 PAM的市場前景和應(yīng)用 一 采油聚丙烯酰胺是一種優(yōu)良的增稠劑 由于聚丙烯酰胺水溶液的粘度很高 因而在石油開采中可作多種用途的添加劑 如用作鉆井液 壓裂液及聚合物驅(qū)油以提高石油采收率 如在油田開采過程中 平均每注入1噸聚丙烯酰胺可增產(chǎn)原油150噸以上提高采收率10 但石油開采對(duì)聚丙烯酰胺分子量要求能達(dá)一千萬以上 二 造紙 聚丙烯酰胺是造紙工業(yè)的重要添加劑 在造紙過程中 聚丙烯酰胺可以提高填料 顏料等的存留率以降低原材料的流失和對(duì)環(huán)境的污染 此外 還可提高紙張的濕強(qiáng)度和干強(qiáng)度 我國是一個(gè)造紙大國 隨著造紙工業(yè)的發(fā)展 聚丙烯酰胺用量也將增加 但由于國內(nèi)生產(chǎn)高分子量聚丙烯酰胺技術(shù)較為落后 現(xiàn)有的產(chǎn)品有分子量低 穩(wěn)定性差 溶解速度慢等缺點(diǎn) 所以現(xiàn)有產(chǎn)品不能滿足造紙工業(yè)的發(fā)展和需求 三 污水處理 聚丙烯酰胺及其共聚物是重要的絮凝劑 廣泛應(yīng)用于城市污水和工業(yè)廢水處理 目前 絮凝劑仍以無機(jī)絮凝劑為主 采用聚丙烯酰胺作絮凝劑 投入量是無機(jī)絮凝劑的100分之一 但效果是無機(jī)絮凝劑的幾倍至幾十倍 因而聚丙烯酰胺在污水處理方面的應(yīng)用具有非凡重要的意義 四 其他 聚丙烯酰胺水凝膠 俗稱人造脂肪 是一種無色透明類似果凍的液態(tài)物質(zhì) 聚丙烯酰胺水凝膠這種化合物雖然無毒性 但構(gòu)成它的單體卻含有劇毒 目前嚴(yán)令禁止使用 化妝品中也常用到聚丙烯酰胺 但由于含有可能引起健康疑慮的化學(xué)物質(zhì) 丙烯酰胺單體起了國內(nèi)各大媒體的廣泛關(guān)注 機(jī)構(gòu)檢測得出結(jié)論 化妝品中存在5ppm 百萬分率或百萬分之幾 以下的丙烯酰胺殘留是安全的 另外 在采礦 冶金 煤炭 高吸水性樹脂 粘合劑 皮革復(fù)鞣劑等領(lǐng)域 聚丙烯酰胺也有應(yīng)用領(lǐng)域 合成聚合物乳液的應(yīng)用 第一卷聚合物乳液基礎(chǔ)及其在膠黏劑中的應(yīng)用第二卷涂料中的乳液 乳膠漆第三卷聚合物乳液的其他應(yīng)用 乳液聚合 優(yōu)點(diǎn) 1 以水作介質(zhì) 環(huán)保安全 膠乳粘度低 便于混合傳熱2 聚合速率快 可在較低的溫度下聚合 同時(shí)產(chǎn)物分子量高3 可以直接使用 如水乳漆 粘接劑 乳液聚合 缺點(diǎn) 1 需要固體產(chǎn)物時(shí) 膠乳需經(jīng)凝聚 洗滌 脫水 干燥等工序 成本較高 2 產(chǎn)品中留有乳化劑雜質(zhì) 難以完全除凈 有損電性能等 乳液聚合多用于生產(chǎn)丁苯 丁腈及氯丁等合成橡膠 也廣泛用于制造涂料 水性涂料 粘合劑及紙張和織物等的處理劑 如PVAc乳液 丙烯酸酯類涂料和粘合劑等 其它如糊狀PVC樹脂 苯乙烯 甲基丙烯酸甲酯 偏二氯乙烯等單體都可用此法聚合 乳液聚合 乳液聚合 乳化劑分子由非極性基團(tuán)和極性基團(tuán)兩部分組成 傳統(tǒng)乳液聚合主要選用陰離子乳化劑 極性基團(tuán)是陰離子 非極性部分一般是C11 17的直鏈烷基或烷芳基 常用的有脂肪酸鈉RCOONa 十二烷基硫酸鈉 烷基磺酸鈉等 乳液聚合 破乳 又稱反乳化作用 使乳液中固體微粒聚集凝結(jié)成粒 沉淀析出 然后進(jìn)行分離 洗滌 干燥等處理 破乳的方法有的是加入大量電解質(zhì) 使膠粒之間的斥力消失而凝聚析出 還可采用機(jī)械破乳和冷凍破乳等方法 HLB 親水親油平衡值 表示親水性的大小 HLB值越大 則越親水 膠黏劑 膠黏劑是一種通過表面力使材料粘在一起的復(fù)雜混合物 對(duì)于膠黏劑來說可按如下分類 物理結(jié)合形式 如 液體膠黏劑 漿糊膠黏劑 化學(xué)類型 如 環(huán)氧樹脂膠黏劑 結(jié)合方式 如 木材膠黏劑或紙張膠黏劑 應(yīng)用方式 如 冷凍固化 壓力敏感 壓敏膠 熱敏膠 延遲黏合 膠黏劑 聚合物膠乳應(yīng)用于膠黏劑中有以下幾個(gè)原因 1 花費(fèi)相對(duì)較低 2 有很多種不同的用途 3 以水為基料 在使用方面降低危險(xiǎn)性 4 具有很寬的黏度 流變范圍 在觸變性中變化也很寬 膠黏劑 聚醋酸乙烯酯是以膠乳為基料的膠黏劑的重要組分 這種膠黏劑的優(yōu)點(diǎn)就是相對(duì)花費(fèi)較低 不過有很多缺陷 他們易蠕變 如果這種膠黏劑應(yīng)用到垂直或傾斜的表面 就會(huì)發(fā)生膠黏劑的流動(dòng) 導(dǎo)致黏接失敗 膠黏劑 試驗(yàn)室將PVAc醇解后用丁醛進(jìn)行縮醛化 得到聚乙烯醇縮丁醛PVB PVB由于有羥基 乙酰基和醛基 有很強(qiáng)的粘接性能 可用來粘接金屬 木材 皮革 玻璃 陶瓷 橡膠等EP PVB都可稱為 萬能膠 乳膠漆 乳膠漆又稱為合成樹脂乳液涂料 是有機(jī)涂料的一種 是以合成樹脂乳液為基料加入顏料 填料及各種助劑配制而成的一類水性涂料 根據(jù)生產(chǎn)原料的不同 乳膠漆主要有聚醋酸乙烯乳膠漆 乙丙乳膠漆 純丙烯酸乳膠漆 苯丙乳膠漆等品種 乳膠漆 乳膠漆主要由兩個(gè)組分復(fù)合而成 聚合物乳液和顏料漿 早期的乳液類型是以聚乙烯醇乳化劑為基礎(chǔ) 但作為涂料有不良光澤和再乳化傾向的缺點(diǎn) PVAc乳液及其膠膜存在耐水 耐寒 耐熱性差 被粘接物手感較硬等缺點(diǎn) 因此 對(duì)PVAc進(jìn)行共聚改性 研制高性能PVAc乳液新產(chǎn)品 拓展應(yīng)用領(lǐng)域 乳膠漆 用醋酸乙烯酯和下列單體共聚 1 丙烯酸乙酯 丙烯酸丁酯 丙烯酸異丁酯 丙烯酸 2 乙基己酯2 反丁烯二酸二丁酯 順丁烯二酸二丁酯 乳膠漆 共聚物作為漆料的優(yōu)點(diǎn) 1 排除了由于蒸發(fā)