第八章水溶性高分子

1、1 1 水溶性高分子的結(jié)構(gòu)特點及種類水溶性高分子的結(jié)構(gòu)特點及種類2 2 水溶性高分子的性能水溶性高分子的性能3 3 水溶性高分子的發(fā)展趨勢水溶性高分子的發(fā)展趨勢4 4 水溶性高分子的合成工藝水溶性高分子的合成工藝一、水溶性高分子的結(jié)構(gòu)特點一、水溶性高分子的結(jié)構(gòu)特點二、水溶性高分子的分類方法二、水溶性高分子的分類方法三、天然類水溶性高分子三、天然類水溶性高分子五、合成類水溶性高分子五、合成類水溶性高分子四、半合成類水溶性高分子四、半合成類水溶性高分子高分子高分子種類種類結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)特點性能及應(yīng)用性能及應(yīng)用？ 水溶性高分子水溶性高分子在水中能在水中能溶解溶解或或溶脹溶脹而形成溶液或均勻分散而形成溶

2、液或均勻分散體系的一種體系的一種親水性親水性的高分子化合物；又稱為的高分子化合物；又稱為“水溶性聚合物水溶性聚合物”。CH2CRCONHCH2N(CH3)2CH2CRCONH2CH2CRCOOHCH2CRCONH2聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺OOHOOHOCH2OHOHOOHOCH2OHOHOOHCOOH改性淀粉改性淀粉CH2OHOHOOn NH2殼聚糖殼聚糖果膠果膠 統(tǒng)觀所有的水溶性高分子，可以發(fā)現(xiàn)它們存在著一個共同統(tǒng)觀所有的水溶性高分子，可以發(fā)現(xiàn)它們存在著一個共同的結(jié)構(gòu)特點：分子中均含有的結(jié)構(gòu)特點：分子中均含有親水性基團親水性基團。改性纖維素改性纖維素OOHOOHOCH2OHOHOOHOCH2OH

3、OHOOHCH2OH淀粉淀粉據(jù)聚合條件，可控制分子量從幾百到幾千萬。據(jù)聚合條件，可控制分子量從幾百到幾千萬?？刂凭酆蠗l件，合成一定數(shù)目和強度的親水基?？刂凭酆蠗l件，合成一定數(shù)目和強度的親水基。分子量可控性分子量可控性親水基可控性親水基可控性活性基再反應(yīng)性活性基再反應(yīng)性據(jù)生產(chǎn)的需要，可再反應(yīng)，生成新的官能團。據(jù)生產(chǎn)的需要，可再反應(yīng)，生成新的官能團。水溶性高分子水溶性高分子天然類天然類半合成類半合成類合成類合成類淀粉類淀粉類植物膠植物膠動物膠動物膠海藻膠海藻膠改性淀粉類改性淀粉類改性纖維素改性纖維素縮合類縮合類聚合類聚合類其他半合成類其他半合成類低分子量低分子量高分子量高分子量超高分子量超高分子量

4、驅(qū)油劑驅(qū)油劑聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺改性淀粉改性淀粉瓜瓜 膠膠絮凝劑絮凝劑聚丙烯酸聚丙烯酸改性纖維素改性纖維素殼聚糖殼聚糖動植物動植物物理方法物理方法物理化學(xué)物理化學(xué)天然類水溶性高分子天然類水溶性高分子淀粉類：淀粉類：小麥、土豆、玉米、甘薯及米粉等小麥、土豆、玉米、甘薯及米粉等 海藻類海藻類 ： 藻蛋白酸鈉、瓊膠等藻蛋白酸鈉、瓊膠等 植物膠植物膠 ： 阿拉伯膠、黃耆膠、槐豆膠、大豆膠等阿拉伯膠、黃耆膠、槐豆膠、大豆膠等 動物膠動物膠 ： 骨膠、明膠、干酪素、甲殼質(zhì)（殼聚糖）等骨膠、明膠、干酪素、甲殼質(zhì)（殼聚糖）等 微生物：微生物：胍膠、黃原膠等胍膠、黃原膠等 天然的水溶性高分子主要應(yīng)用于天然的水溶

5、性高分子主要應(yīng)用于食品工業(yè)食品工業(yè)和和醫(yī)藥工醫(yī)藥工業(yè)業(yè)中。如從海洋植物中提取出來的瓊膠，廣泛應(yīng)用于糕中。如從海洋植物中提取出來的瓊膠，廣泛應(yīng)用于糕點、罐頭食品、糖果；從金合歡樹中提取出來的阿拉伯點、罐頭食品、糖果；從金合歡樹中提取出來的阿拉伯膠廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)中，作為膠廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)中，作為食品的乳化穩(wěn)定劑食品的乳化穩(wěn)定劑、增增稠劑、粘合劑稠劑、粘合劑等，如等，如可樂型碳酸飲料可樂型碳酸飲料（乳化穩(wěn)定劑）、（乳化穩(wěn)定劑）、粉狀果汁粉狀果汁（增稠劑）、（增稠劑）、棉花糖棉花糖（粘合劑）等。（粘合劑）等。天然化合物天然化合物化學(xué)改性化學(xué)改性一定條件一定條件半合成類水溶性高分子半合成類水溶性高

6、分子改性淀粉改性淀粉改型纖維素改型纖維素取代改性取代改性酯化改性酯化改性接枝改性接枝改性烷基化改性烷基化改性羧基化改性羧基化改性羥基化改性羥基化改性 改性淀粉中的改性淀粉中的氧化淀粉氧化淀粉不僅可以作為紡織工業(yè)的不僅可以作為紡織工業(yè)的上漿上漿劑劑、食品工業(yè)的、食品工業(yè)的添加劑添加劑（如軟糖的穩(wěn)定劑），還可以用（如軟糖的穩(wěn)定劑），還可以用于紙板、墻板、隔音板等建筑材料的于紙板、墻板、隔音板等建筑材料的粘合劑粘合劑。 改性纖維素拓寬了纖維素的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用于洗改性纖維素拓寬了纖維素的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用于洗滌工業(yè)、紡織印染工業(yè)、食品工業(yè)、石油開采工業(yè)等領(lǐng)滌工業(yè)、紡織印染工業(yè)、食品工業(yè)、石油開采工業(yè)等

7、領(lǐng)域。域。聚合類聚合類聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺聚丙烯酸聚丙烯酸聚乙二醇聚乙二醇聚氧化乙烯聚氧化乙烯聚馬來酸酐聚馬來酸酐縮合類縮合類聚胺樹脂聚胺樹脂氨基樹脂氨基樹脂酚醛樹脂酚醛樹脂環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂聚氨酯樹脂聚氨酯樹脂 合成水溶性高分子僅有幾十年的歷史，但其發(fā)展很合成水溶性高分子僅有幾十年的歷史，但其發(fā)展很快，其品種和數(shù)量已經(jīng)遠遠快，其品種和數(shù)量已經(jīng)遠遠超過超過了天然和半合成水溶性了天然和半合成水溶性高分子。高分子。聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺1893成功成功國外國外國內(nèi)國內(nèi)1954工業(yè)化工業(yè)化60年代試產(chǎn)年代試產(chǎn)70年代大規(guī)年代大規(guī)高效性高效性100千克顏料的黏合劑：千克顏料的黏合劑： 13kg動物膠；動物

8、膠；7kg聚乙烯醇聚乙烯醇多樣化多樣化 品種和規(guī)模品種和規(guī)模性能和用途性能和用途 生物耗氧量低生物耗氧量低BOD變通性大變通性大價格和質(zhì)量價格和質(zhì)量 一、水溶性高分子的溶解性一、水溶性高分子的溶解性二、水溶性高分子的流變特性二、水溶性高分子的流變特性三、水溶性高分子的分子量三、水溶性高分子的分子量四、水溶性高分子的應(yīng)用性能四、水溶性高分子的應(yīng)用性能分子結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu)線形、支鏈及體型高分子線形、支鏈及體型高分子原因？原因？結(jié)晶度結(jié)晶度淀粉與纖維素淀粉與纖維素？ 外界因素外界因素溫度、攪拌速度及壓力等溫度、攪拌速度及壓力等分子量分子量M好？好？好？好？引入親水基引入親水基化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)COOH、O

9、H、CONH等等降低結(jié)晶度降低結(jié)晶度聚合過程聚合過程引入歧化點引入歧化點鏈終止劑鏈終止劑引入反電解質(zhì)引入反電解質(zhì)斥力作用斥力作用防止分子鏈發(fā)生卷曲防止分子鏈發(fā)生卷曲極低或極高剪切速率極低或極高剪切速率 三采驅(qū)油液三采驅(qū)油液觸變體與流凝體觸變體與流凝體nk0n1 n1 假塑體假塑體脹流體脹流體涂料涂料聚丙烯酸聚丙烯酸2000-5000幾百萬幾百萬-幾千萬幾千萬幾萬幾萬-幾十萬幾十萬阻垢分散劑阻垢分散劑增稠劑增稠劑絮凝劑絮凝劑數(shù)均分子量數(shù)均分子量iiinNNWM冰點降低法冰點降低法沸點升高法沸點升高法端基滴定法端基滴定法滲透壓滲透壓重均分子量重均分子量光散射法光散射法iiiwWMWM粘均分子量粘均

10、分子量粘度法粘度法Z Z均分子量均分子量凝膠滲透色譜法凝膠滲透色譜法iiiizNMNMM23四者關(guān)系：四者關(guān)系：nwzMMMM1iiMWM例子例子鉆井液泥漿鉆井液泥漿聚丙烯酸聚丙烯酸 懸浮劑懸浮劑 防止卡鉆防止卡鉆工業(yè)廢水工業(yè)廢水聚丙烯酸聚丙烯酸 分散劑分散劑 防止沉積防止沉積分散作用分散作用工業(yè)廢水工業(yè)廢水工業(yè)廢水工業(yè)廢水表面活性表面活性 保護膠體保護膠體降低表面張力，潤濕，吸附降低表面張力，潤濕，吸附通過親水性形成膠體通過親水性形成膠體鍋爐、冷卻、油漆等鍋爐、冷卻、油漆等絮凝作用絮凝作用物理作用物理作用 化學(xué)作用化學(xué)作用吸附吸附 聚結(jié)聚結(jié) 沉降沉降活潑基團活潑基團化學(xué)鍵化學(xué)鍵改變表面基團改

11、變表面基團無機絮凝劑無機絮凝劑有機絮凝劑有機絮凝劑硫酸鋁、聚合鋁、明礬、硫酸亞鐵等硫酸鋁、聚合鋁、明礬、硫酸亞鐵等木質(zhì)素、甲殼質(zhì)、改性淀粉、木質(zhì)素、甲殼質(zhì)、改性淀粉、PAM等等增稠方式增稠方式自身粘度增加自身粘度增加 與化合物作用與化合物作用增加水體粘度增加水體粘度聚丙烯酰胺用作調(diào)剖堵水劑聚丙烯酰胺用作調(diào)剖堵水劑表面活性表面活性親水性基團親水性基團 疏水性基團疏水性基團兩者比例調(diào)配兩者比例調(diào)配不同水解度的聚乙烯醇不同水解度的聚乙烯醇陰離子型陰離子型陽離子型陽離子型兩性離子型兩性離子型溶解性溶解性靜電斥力靜電斥力共存離子作用共存離子作用一、國內(nèi)外的生產(chǎn)現(xiàn)狀一、國內(nèi)外的生產(chǎn)現(xiàn)狀二、水溶性高分子的應(yīng)

12、用現(xiàn)狀二、水溶性高分子的應(yīng)用現(xiàn)狀三、水溶性高分子的發(fā)展前景三、水溶性高分子的發(fā)展前景49.44%34.57%5.99%10.05% 天然水溶性高分子天然水溶性高分子的生產(chǎn)和應(yīng)用具有很悠久的歷史，的生產(chǎn)和應(yīng)用具有很悠久的歷史，如淀粉、阿拉伯膠、骨膠等。如淀粉、阿拉伯膠、骨膠等。半合成水溶性高分子半合成水溶性高分子只有只有五六十年的歷史，如淀粉衍生物、纖維素衍生物等。五六十年的歷史，如淀粉衍生物、纖維素衍生物等。合合成水溶性高分子成水溶性高分子的發(fā)展較晚，年產(chǎn)量近的發(fā)展較晚，年產(chǎn)量近3030萬噸。萬噸。聚丙烯酰胺、高吸水性樹脂、淀粉衍生物等聚丙烯酰胺、高吸水性樹脂、淀粉衍生物等 水溶性高分子由于其

13、分子中含有大量離子性或非離水溶性高分子由于其分子中含有大量離子性或非離子性親水基團，如子性親水基團，如-SO3H-COOH、-OH、-NHR、-O-基基等，從而具有許多優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)，如等，從而具有許多優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)，如粘合性、成粘合性、成膜性、潤滑性、成膠性、鰲合性、分散性、減阻性、增膜性、潤滑性、成膠性、鰲合性、分散性、減阻性、增稠性稠性等，在采油、水基涂料、醫(yī)藥、造紙、環(huán)保，食品等，在采油、水基涂料、醫(yī)藥、造紙、環(huán)保，食品與紡織工業(yè)等領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。與紡織工業(yè)等領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。 聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺作為驅(qū)油劑提高原油采收率；作為驅(qū)油劑提高原油采收率；聚乙二醇聚乙二醇作

14、為粘結(jié)劑改善片狀藥的形狀；作為粘結(jié)劑改善片狀藥的形狀；交聯(lián)淀粉交聯(lián)淀粉作為潤滑劑改作為潤滑劑改善醫(yī)用手套的柔和性等。善醫(yī)用手套的柔和性等。合成類水溶性高分子合成類水溶性高分子半合成類水溶性高分子半合成類水溶性高分子天然水溶性高分子天然水溶性高分子低毒性水溶性高分子低毒性水溶性高分子無毒性水溶性高分子無毒性水溶性高分子低分子量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超高分子量水溶性高分子一、水溶液中均相聚合一、水溶液中均相聚合二、反相乳液聚合二、反相乳液聚合三、沉淀聚合三、沉淀聚合四、雙水相聚合四、雙水相聚合五、聚合物化學(xué)反應(yīng)五、聚合物化學(xué)反應(yīng) 一、水溶液中均相聚合一、水溶液中均相

15、聚合基本組成；單體基本組成；單體 引發(fā)劑引發(fā)劑 水（溶劑）水（溶劑） 概念：單體和引發(fā)劑溶于水中的聚合概念：單體和引發(fā)劑溶于水中的聚合聚合反應(yīng)類型：自由基溶液聚合聚合反應(yīng)類型：自由基溶液聚合水相中自由基聚合反應(yīng)特點水相中自由基聚合反應(yīng)特點優(yōu)點：優(yōu)點：體系初始粘度低，混合和傳熱較易體系初始粘度低，混合和傳熱較易 溫度容易控制可減弱凝溫度容易控制可減弱凝 膠效應(yīng)膠效應(yīng) 生產(chǎn)工藝簡單，易于操作生產(chǎn)工藝簡單，易于操作缺點：缺點： a單體濃度較低，聚合速率較慢，設(shè)備生產(chǎn)能力較低；單體濃度較低，聚合速率較慢，設(shè)備生產(chǎn)能力較低；b單體濃度較低和向溶劑鏈轉(zhuǎn)移的雙重單體濃度較低和向溶劑鏈轉(zhuǎn)移的雙重 聚合物分子量

16、降低聚合物分子量降低C 殘留單體濃度較高殘留單體濃度較高 二、反相乳液聚合二、反相乳液聚合基本組成；單體基本組成；單體 引發(fā)劑引發(fā)劑 水（溶水（溶 劑）劑） 水相水相 油性溶劑油性溶劑 乳化劑乳化劑 油相油相 概念：單體和引發(fā)劑溶于水中概念：單體和引發(fā)劑溶于水中 分散在油相中分散在油相中聚合反應(yīng)類型：自由基溶液聚合聚合反應(yīng)類型：自由基溶液聚合反相乳液聚合反應(yīng)特點反相乳液聚合反應(yīng)特點優(yōu)點：優(yōu)點：單體初始濃度高單體初始濃度高 分子量大分子量大 設(shè)備生產(chǎn)能力高設(shè)備生產(chǎn)能力高 殘留單體濃度較低殘留單體濃度較低缺點：缺點： a單體濃度較高，聚合速率較快，反應(yīng)熱值高單體濃度較高，聚合速率較快，反應(yīng)熱值高b

17、油相溶劑選擇：極性、黏度、沸點、毒性油相溶劑選擇：極性、黏度、沸點、毒性 可選溶劑：液體石蠟、煤油可選溶劑：液體石蠟、煤油C 工藝控制復(fù)雜工藝控制復(fù)雜 三三 、沉淀聚合、沉淀聚合基本組成；單體基本組成；單體 引發(fā)劑引發(fā)劑 溶溶 劑劑 概念：聚合反應(yīng)單體概念：聚合反應(yīng)單體 聚合產(chǎn)物聚合產(chǎn)物 聚合反應(yīng)類型：自由基溶液聚合聚合反應(yīng)類型：自由基溶液聚合在特定溶劑中在特定溶劑中溶解度差異較大溶解度差異較大沉淀聚合反應(yīng)特點沉淀聚合反應(yīng)特點優(yōu)點：優(yōu)點： 聚合產(chǎn)物直接從聚合體系中分離出來聚合產(chǎn)物直接從聚合體系中分離出來 生產(chǎn)工藝簡單生產(chǎn)工藝簡單 產(chǎn)品溶解性好產(chǎn)品溶解性好缺點：缺點： a 單體轉(zhuǎn)化不完全單體轉(zhuǎn)化

18、不完全b 極性溶劑選擇：極性、黏度、沸點、毒性極性溶劑選擇：極性、黏度、沸點、毒性 可選溶劑：低分子醇可選溶劑：低分子醇C 分子量較低分子量較低 四四 、雙水相聚合、雙水相聚合基本組成；單體基本組成；單體 引發(fā)劑引發(fā)劑 預(yù)置聚合物預(yù)置聚合物 水水 概念：聚合反應(yīng)單體、聚合產(chǎn)物概念：聚合反應(yīng)單體、聚合產(chǎn)物 分散相分散相 預(yù)置聚合物預(yù)置聚合物 連續(xù)相連續(xù)相 聚合過程分相聚合過程分相 聚合反應(yīng)類型：自由基溶液聚合聚合反應(yīng)類型：自由基溶液聚合雙水相聚合反應(yīng)特點雙水相聚合反應(yīng)特點優(yōu)點：優(yōu)點： 產(chǎn)品快速溶解，應(yīng)用方便產(chǎn)品快速溶解，應(yīng)用方便 生產(chǎn)工藝簡單生產(chǎn)工藝簡單 不消耗有機溶劑不消耗有機溶劑 不產(chǎn)生凝膠不產(chǎn)生凝膠 缺點：缺點： a 分散劑（預(yù)置