水溶性高分子简介

水溶性高分子简介摘要：本文介绍了水溶性高分子的分类，物理性能，制造以及未来的发展前景。

关键词：水溶性高分子聚乙烯醇聚乙二醇引言水溶性高分子化合物又称为水溶性树脂或水溶性聚合物。

是一种亲水性的高分子材料，在水中能够溶解或溶胀而形成溶液或分散液。

在水溶性聚合物的分子结构中含有大量的亲水基团。

亲水基团通常可分为三类：①阳离子基团，如叔胺基、季胺基等；②阴离子基团，如羧酸基、磺酸基、磷酸基、硫酸基等；③极性非离子基团，如羟基、醚基、胺基、酰胺基等。

这些集团不但使得高分子有亲水性，而且还带来很多宝贵的性能，如粘合性，成膜性，润滑性，分散性，减磨性等等。

1水溶性高分子的分类1.1天然水溶性高分子。

以天然动植物为原料，通过物理过程或者物理化学的方法提取而成。

最常见的如淀粉类、纤维素、植物胶、动物胶等。

天然高分子虽然受到合成高分子的不断冲击，产量逐渐下降，但是仍然有很大一部分市场被其牢牢统治着。

1.2改性天然高分子。

主要有改性纤维素和改性淀粉两大类。

如羧甲基淀粉、醋酸淀粉、羟甲基纤维素、羧甲基纤维素等。

这类高分子兼有天然高分子和合成高分子的优点，拥有广泛的市场，因此产量很大。

1.3合成高分子。

合成高分子材料分为聚合类和缩合类两类，如聚丙烯酰胺（PAM）、水解聚丙烯酰胺（HPAM））、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等。

按大分子链连接的水化基团分为：非离子型和离子型。

按荷电性质分为：非离子、阳离子、阴离子和两性离子高分子，其中后三类为聚电解质。

按基团间是否存在较强的非共价键联结又分为缔合聚合物和非缔合聚合物。

2水溶性高分子的物理性能2.1溶解性溶解性是达到平衡的溶液便不能容纳更多的溶质，在特殊条件下，溶液中溶解的溶质会比正常情多，这时它便成为过饱和溶液。

每份溶剂所能溶解的溶质的最大值就是“溶质在这种溶剂的溶解度”。

为了提高水溶性，一是在分子中引入足够的亲水基团到大分子上面变为水溶性高分子。

二是降低聚合物的结晶度。

三是利用聚电解质的反离子力作用促进溶解。

由于水溶性高分子的应用绝大部分是以水溶液的形式出现的，因此水溶性是这类高分子的重要特性。

2.2电化学性质水溶性高分子的电化学性质有三种类型。

非离子型：在水溶液中不电离的高分子。

阴离子型：在水溶液中电离为阴离子的高分子。

阳离子型：在水溶液中电离为阳离子的高分子。

部分高分子原本并不溶于水，或者部分溶于水。

只有在水中添加某种酸或碱才会电离溶解于水中。

这些物质的年度，絮凝效果、稳定性、分散性和PH都有密切的关系。

2.3分子量分子量是对高分子使用功能最有影响的性质之一。

水溶性高分子和其他高分子相同。

是一个平均值。

决定高分子性能的，不仅是平均分子量，还有分子量分布，即各种分子量的分子的分布情况。

从其分布中可以看出，在这些长长短短的高分子的混合物中，是较长的多还是较短的多，或者中等长短的多。

分子量的度量常用的方法是粘度法。

它比较便捷，受到生产厂商的欢迎。

但是误差比较大。

2.4分散作用分散作用是分散剂在两相界面有序排列，使分散体系稳定的作用。

当体系中含有二个或更多的相，其中有一个相是连续相称为分散介质，至少另有一个相是很好的分散在连续相中成为非连续相或分散相中。

分散相质点大小在≥1nm以上，有较大的界面，在热力学往往是不稳定的。

水溶性高分子是良好的分散剂，因为其含有亲水和疏水基团，有很好的表面活性。

2.5絮凝作用如在体系中加入一定量的某种电解质，可中和微粒表面的电荷，降低表面电荷的电量，降低ζ电位及双电层的厚度，使微粒间的斥力下降，从而使微粒的物理稳定性下降，微粒聚集成絮状，形成疏松的纤维状结构，但振摇可重新分散均匀，这种作用叫做絮凝作用，加入的电解质叫絮凝剂。

水溶性高分子中有一定的极性基团，能吸附水中的固体粒子，形成絮凝团。

这在工业生产中可以得到很好的应用，用于清除水中杂志有很好的效果。

2.6增稠作用增稠剂是一种流变助剂，不仅可以使涂料增稠，防止施工中出现流挂现象，而且能赋予涂料优异的机械性能和贮存稳定性。

对于黏度较低的水性涂料来说，是非常重要的一类助剂。

增稠作用包括两方面的内容。

一方面是水溶性高分子通过自身的粘度，增加水的粘度，这是比较理想的增稠。

另一方面是水溶性高分子化合物和水中的分散相、水中其他高分子化合物发生作用，这种作用使得增稠效果大大高于聚合物自身的粘度所导致的增稠效果。

2.7减阻作用由于流体存在摩擦阻力限制了流体在管道中的流动，造成管道输量降低和能量消耗增加，而减阻剂就是在流体中注入的少量高分子聚合物可以使之在紊流状态下降低流动的阻力。

这样的用于降低流体流动阻力的化学剂称为减阻剂(drag reducing agent)，简称DRA。

高分子起到的作用就是减阻作用。

水溶性高分子的链支较长有优秀的减阻能力，而且只要添加很少的量就可以达到较为优良的效果。

所以具有很诱人的实用价值。

3常用水溶性高分子3.1聚乙烯醇（PV A）聚乙烯醇（PVA）是一种用途广泛的水溶性高分子聚合物，其性能介于塑料和橡胶之间。

聚乙烯醇是一种白色粉末状、片状或絮状固体，玻璃转化温度60～85°C。

聚乙烯醇含有许多醇基，具有极性，且可与水形成氢键，故能溶于极性的水；聚乙烯醇也可溶于热的含羟基溶剂如甘油、苯酚等，不溶于甲醇、苯、丙酮、汽油等一般有机溶剂。

按聚合度可分为超高聚合度（分子量25～30万）、高聚合度（分子量17～22万），中聚合度（分子量12～15万）和低聚合度（分子量2.5～3.5万）。

醇解度一般有完全醇解（醇解度98～100％）、部分醇解（醇解度87～89％）和醇解度78％三种。

产品牌号中一般将聚合度的千、百位数字放在前面，醇解度放在后面，例如聚乙烯醇17-99即表示聚合度为1700，醇解度为99％。

乙烯醇单体不稳定。

聚乙烯醇不能从单体乙烯醇制备，只能通过聚醋酸乙烯酯部分或全部水解制取。

具体过程为聚醋酸乙烯酯在碱作用下与甲醇反应制得。

用途非常广泛，可用作浆料、涂料、黏着剂（例如透明胶水）、稳定剂、分散剂、乳化剂、增厚剂、感光剂和填充材料等。

无毒，对皮肤无刺激作用，不会引起皮肤过敏，但粉尘对眼部有刺激作用。

3.2聚乙二醇（PEG）聚乙二醇（PEG），也称为聚(环氧乙烯)（PEO）或聚氧乙烯（POE），是指环氧乙烷的寡聚物或聚合物。

这三个名称现今一般为同义词，但历史上聚乙二醇往往是指分子质量低于20,000 g/mol的低聚物和聚合物，PEO是指分子量超过20,000的聚合物，POE则可指任何分子质量的聚合物。

PEO以及POE根据分子量的不同，可为液体或低熔点液体。

由于链长的影响，不同分子量的聚乙二醇往往有不同的物理性质（如黏度）及不同的应用，但大部分的聚乙二醇化学性质是相似的。

低分子量的聚乙二醇通常指较纯的寡聚体，较具单分散性；高纯度的聚乙二醇具有结晶性，因此可用X-光决定其晶体结构[1]。

由于纯化和分离寡聚体聚乙二醇较为困难，因此价格通常是多分散聚乙二醇的10-1000倍。

聚乙二醇溶于水、甲醇、苯、二氯甲烷，不溶于乙醚和正己烷。

它与疏水性分子结合后的产物可用作非离子表面活性剂。

聚乙二醇可以用于修饰药物蛋白，以保护药物分子延长其作用半衰期。

3.3聚丙烯酰胺（PAAM)聚丙烯酰胺(Polyacrylamide 可缩写为PAM或PAAM)是由丙烯酰胺单体聚合而成的聚合物。

丙烯醘胺需要用良好药品实验研究规范（Good Laboratory Practices, GLP）处理以避免毒性。

聚丙烯醘胺本身不是有毒的, 但由于聚丙烯胺会自然地分解变回丙烯醘胺单体，而丙烯醘胺单体是种神经毒素（neurotoxin）。

因此建议需要小心处理。

此药品为高吸水性物质,产生胶状物质可应用于聚丙烯醘胺凝胶电泳制造隐形眼镜、化妆品及个人用品。

它也会被用作为浓化剂和悬浮剂。

最近, 它已作为一种面部真皮美容手术填充物(详见Aquamid)。

它也被孟山都公司在1950年称为krilium做为土壤改良剂及现今的"MP"、标榜为"独一无二制定聚丙烯酰胺(水溶性聚丙烯酰胺)"。

阴离子型聚丙烯醘胺经常被用作为对耕地土壤改良剂及地盘侵蚀控制。

离子性物质如盐会使聚丙烯酰胺释放其吸收物质。

3.4聚乙烯吡咯烷酮（PVP）聚乙烯吡咯烷酮（Polyvinylpyrrolidone）简称PVP，是N-乙烯基-2-吡咯烷酮发生聚合生成的高分子化合物。

聚乙烯吡咯烷酮是白色有吸湿性的粉末，无臭或微臭，可溶于水、乙醇、氯仿和多数有机溶剂，不溶于乙醚，毒性较小。

首先由研究乙炔化学的沃尔特·列培（Walter Reppe）教授制得。

1939年被专利化。

其3.5％水溶液（渗透压约53,328）曾在第二次世界大战期间作为代用血液使用。

由单体N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）发生聚合得到。

NVP可由丁内酯氨解生成丁内酰胺，然后与乙炔发生乙烯化制备。

用作制剂的粘结剂，食品澄清剂和稳定剂，个人护理用品的定型剂、分散剂和亲合剂等。

4水溶性高分子的未来发展我国水溶性高分子化合物已经有一定规模，天然水溶性高分子聚合物的生产和应用具有悠久的历史。

淀粉、阿拉伯胶、藻蛋白酸钠、骨粉、明胶、干酪素、等早以在造纸、食品、粘和剂等中应用。

半合成产品如淀粉衍生物、羧甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素等，在不断推广应用。

合成产品如聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚马来酸酐、聚季胺盐、聚乙二醇等，生产规模也在逐年增大。

同时一些新的品种也不断的被试制出来。

近年人们把水溶性高分子作为精细化工的骨干产品之一，越来越受到重视。

他的应用范围几乎涉及到人们生产生活的所有领域。

可以说水溶性高分子物质是当今社会最重要的聚合物之一，无论在生产还是应用上都处在迅速发展阶段，如现代的食品工业已经依赖于纤维素产品、亲水胶、改性食用淀粉和果胶等相互配套的水溶性高分子。

大量的开发和研究都致力于脂肪代用品。

在当前的体系中，人们认为较强的分子间作用力将会使高分子从溶液中沉淀出来，但事实上，在生物高分子和疏水缔合高分子中，都存在着较强的分子间或分子内缔合作用，但高分子溶液都十分稳定，并具有特殊流变性能。

这给高分子科学带来十分有趣的课题。

尽管这些研究刚开始，缔合作用的机理尚不十分清楚，但由于这类高聚物的重要性，人们热衷于从合成和表征的方法去探索。

随着现代分子技术，特别是光谱技术的发展，已经有可能去研究分子间的相互作用力。

参考文献：[1] 严瑞萱,主编.水溶性高分子[M].北京:化学工业出版社,1998.[2] 尹向春.水溶性聚合物[J].广州化工,1996.[3] 马青山.絮凝剂及絮凝化学[M]北京:化学工业出版社,1987.[4]《化工百科全书》编译委员会[M].北京:化学工业出版社,1994.[5] 杨小华,王中华.国内AMPS类聚合物研究与应用进展[J].精细石油化工进展,2007,8.。