高分子物理课程展示-浙江大学高分子系

聚电解质

———高分子物理课程展示第二小组：田啟锐，陈一夫，徐晗，沈萍

黎永久，葛媛媛，陈狄，姚慧超，刘筱薇

聚电解质

何为聚电解质

聚电解质的结构特点

聚电解质与普通聚合物的溶液行为比较聚电解质溶液行为的微观机理解释

聚电解质溶液行为的应用

一、何为聚电解质

聚电解质也称高分子电解质，是一类线型或支化的合成和天然水溶性高分子，其结构单元上含有能电离的基团

一、何为聚电解质

按来源分：1、天然聚电解质：壳聚糖、海藻酸钠及经过化学改性的纤维素

2、合成聚电解质：一类指现有的聚电解质, 如聚丙

烯酸、聚苯磺酸钠、聚(4-乙烯基吡啶) 等; 而另

一类指普通非聚电解质高分子材料经改性、引入

粒子型的基团的聚电

解质。

一、何为聚电解质

聚阳离子：如聚胺

聚阴离子：如聚酸

两性聚离子电解质：如蛋白

按所带电荷分

除了线性结构，还有嵌段、接枝、星形、超支化和环状等

拓扑结构。

聚电解质可溶于水或其他极性溶剂，当它溶于水后，链节上的可离解基团中的一部分或大部分电离，放出若干低价离子，高分子本身留下若干离解位而带有与低价离子相反电荷的聚合离子，一

般把低价离子称为反离子。

三、聚电解质与普通聚合物的溶液行为比较 1、粘度：

一般高聚物溶液的比浓粘度随浓度下降减小，可以Huggins 公式表述：

而在无外加盐时，聚电解质溶液的比浓粘度通常随浓度下降而增大，如图所示：

有外加盐时，聚电解质溶液的比浓粘度明显降低，随着外加盐浓度增大，聚电解质比浓粘度与浓度的依赖关系也逐渐改变。

[][]C

k C

p

2s 'ηηη+=四、聚电解质溶液行为的微观机理解释

四、聚电解质溶液行为的微观机理解释

2、渗透压：SPU 是一种带有大量磺酸基

的强聚电解质，随着SPU 溶液浓度降低，

出现溶液渗透压随浓度降低而增大的现

象，这与普通高分子溶液有所不同。 三、聚电解质与普通聚合物的溶液行为比较 四、聚电解质溶液行为的微观机理解释

三、聚电解质与普通聚合物的溶液行为比较

四、聚电解质溶液行为的微观机理解释

3、光散射：聚电解质溶液的光散射，通常在有低分子电解质存在

下测定。由于聚离子的静电相互作用，导致聚离子周围的盐浓度不同于溶液中的平均值，并且随着聚电解质浓度和盐种类的不同而不同。因而来自有外加盐存在的聚电解质溶液的光散射，应作为多组分体系的光散射加以考虑。

对于含盐的聚电解质溶液，体系中含有聚离子、反离子和可扩散的盐的小分子例子，按照涨落理论，其溶液光散射应为溶液密度涨落τ1，可扩散离子的涨落τ2和聚离子周围盐离子变化τ3之总和：

τ=τ1+τ2+τ3

聚电解质兼有高分子长链和小分子电解质电离的双重结构特征，具有普通高分子所不具备的功能，如增粘，絮凝，静电相互作用等，使之可作增稠剂、分散剂、絮凝剂、乳化剂、悬浮稳定剂、胶粘剂、驱油剂等。

1.絮凝剂

机理：聚电解质在水中解离出正/负电性的电荷，和水中带有相反电荷的粒子中和，并利用其聚合性质使之集中分离。

优点：少量高效，浮渣量少，絮体容易分离，除油和除悬浮物效果好。和无机絮凝剂结合后不仅降低成本而且提高絮凝能力。

阳离子型聚电解质[PCDM(二甲基二烯丙基氯化铵)-AM）]用于处理造纸废水，与无机絮凝剂复配用于中段废水及脱墨废水处理，达到国家配方标准，蒸煮墨液经二级处理，COD去除率达90%以上，明显优于其它絮凝

剂。

2. 分散剂

机理：聚电解质具有亲水性和亲油性两种相反性质的界面活性剂。

优点：一定长度高分子链可起空间稳定的作用，而且使颗粒表面获得一定量的电荷，阻止颗粒相靠近聚合。

例如：聚丙烯酸分散剂加入后，超细氧化铝悬浮液的流变性能得到显著改善，剪切变稀的特性弱化，且体系分散稳定性好，可得

到粒径分布窄、平均粒径小的氧化铝颗粒。

3.高吸水树脂

机理：一本为含有亲水基团和交联结构的高分子电解质。吸水前高分子链彼此交联成网状结构，与水接触时水分子通过毛细作用及扩散作用渗透到树脂中，电离基团在水中电离，链上同离子之间的静电斥力使高分子链伸展溶胀。由于电中性的要求，反粒子不能迁移到树脂外部，树脂内外形成离子浓度差而使得水在反渗透作用下进一步进入树脂形成水凝胶。

优点：具有吸收比自身几百到几千倍水的高吸水功能，保水性优良，一旦形成水凝胶，即使加压也很难分离。

例子：通过氧化还原引发剂引发的接枝共聚反应使阴离子型单体丙烯酸（AA）和阳离子型单体三甲基烯丙基氯化铵(TMAAC)在羧甲基壳聚糖（CMCTS）的分子链上接枝共聚，制得两性聚电解质高吸水性树脂。研究发现，随外部溶液pH变化，溶胀性能在酸性和碱性条件下各有一个最大值，

在等电点处吸滤性相对较低。

参考文献：

【1】《电解质溶液热力学性质的研究进展》苑宏刚 , 周立岱 , 张震斌著《化学工业与工程技术》第27卷第五期

【2】《两性聚电解质溶液的分子热力学模型和分子动力学模拟》冯剑，刘洪来，胡英著《化学学报》

【3】《聚电解质溶液性质的研究》刘愁涛，王廷珍，忻永和，钱锦文著《高分子学报》1980年第二期

【4】《聚电解质研究进展》于立娟著《上海塑料》

【5】《两性聚电解质的合成及在水处理中的应用》冉千平，黄荣华，马俊涛著《油田化学》

【6】《水溶性共轭聚电解质》黄艳琴，范曲立，黄维一著《化学进展》第20卷第4期

【7】《高分子物理（修订版）》何曼君，陈维孝，董西侠编复旦大学出版社