水溶性高分子材料及其应用

水溶性高分子材料及其应用

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水溶性高分子材料及其应用

房存金

(商丘职业技术学院河南商丘476000)

研究报告

摘要:水溶性高分子化合物是当今最受重视的聚合物之一,不管在生产上还是应用上,都处在迅速发展的阶段.在世界范围内受到

越来越高的重视,因为它对能源生产,环境保护,循环经济等都有重要作用.本文简要论述了水溶性高分子聚合物的分类,功能和应用,以及

研究发展现状.

关键词:水溶性高分子发展应用

中图分类号:To.1文献标识码:A文章编号:1674-098X(20o9)07(c)一0oo8—02

1水溶性高分子的概念和分类

水溶性高分子化合物又称为水溶性树

脂或水溶性聚合物.通常所说的水溶性高

分子是一种强亲水性的高分子材料,能溶

解或溶胀于水中形成水溶液或分散体系".

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.

水溶性高分子按来源通常分为三大类:

(一)天然水溶性高分子.以天然动植物为原料提取而得.如淀粉类,纤维素,植物胶, 动物胶等.(二)化学改性天然聚合物.主要有改性淀粉和改性纤维素.如羧甲基淀粉, 醋酸淀粉,羟甲基纤维素,羧甲基纤维素等.(三)合成聚合物.有聚合类树脂和缩合类树脂两类,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[2]: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水溶性高分子的功能和应用

2.1功能

水溶性聚合物中的亲水基团不仅使其

具有水溶性,而且还具有化学反应功能,以及分散,絮凝,增粘,减阻,粘合,成膜,成

胶,螯合等多种物理功能.水溶性高分子材料的几种主要功能是:①水溶性,水是最廉价的溶剂,来源广,无污染.水溶性高分子

之所以溶于水,是因为在水分子与聚合物的极性侧基之间形成了氢键.水溶性高分子的溶解具有一个重要的条件,即溶质和溶剂的溶度参数必须相近,但这仅为溶解的必要条件而非充分条件,还需考虑高分子的结晶结构的影响.②分散作用,由于绝大多数水溶性高分子都含有亲水基团和一

定数量的疏水基团,因而都具有一定的表

面活性,可以在一定程度上降低水的表面

张力,有助于水对固体的润湿,这对于颜

料,填料,粘土之类的物质在水中的分散特

别有利.此外,许多水溶性高分子可以起到

保护胶体的作用,即通过水溶性高分子的

亲水性,使水一胶体复合体吸附在胶体颗粒上形成外壳,让其屏蔽起来免受电解质所

引起的絮凝作用,使分散体系保持稳定.③

絮凝作用,水溶性高分子中的极性基团吸

附于水中的固体粒子,使粒子间架桥而形

成大的聚集体.絮凝作用在水处理中有很

重要的应用,由于用量少,见效快,效率高

等优点,已成为目前水溶性高分子材料的

最大用途.④增粘性,作为增粘剂使用是水

溶性高分子的主要用途.增粘性是指水溶

性高分子有使别的水溶液或水分散体的表观粘度增大的作用.⑤减阻作用,指向流体

中添加少量化学药剂以使流体通过固体表面的湍流摩擦阻力得以大幅度减小的现象.在一些情况下,添加少量水溶性高分子

材料,就可以使流动阻力减少50%甚至8O% 以上,这对于工业,交通,国防等领域都有

实际的应用价值.⑥流变性,指物质在外力

作用下流动变形的特性.流变性对水溶性

高分子的应用极其重要,不同水溶性高分

子溶液在不同条件下可以具有各种流变性质,不同流变性可以满足不同的需要.⑦

悬浮作用,水溶性高分子本身或与其它物

质所形成的水基流体的悬浮性在石油和天然气的开采及其它行业都具有极其重要的意义,如涂料悬浮颜料离子,水煤浆的输送等.

2.2应用

水溶性聚合物由于具有多种多样的品

种和宝贵性能,它与表面活性剂一起,被称为精细化工的两大支柱,在石油勘探开发, 水处理,造纸,纺织,涂料,食品,日用化工

等领域得到了广泛的应用.

2.2.1在石油勘探开发中的应用:水

溶性聚合物作为油田化学剂的重要组分, 在钻井,固井,酸化和三次采油中,都起着

十分重要的作用.

①粘土稳定剂:粘土稳定剂可在钻井

过程中用于抑制地层中普遍存在的粘土矿物的水化膨胀和分散运移,达到稳定粘土, 保护油气层的目的.水溶性阳离子聚合物在粘土表面的吸附作用超过中性聚合物和无机盐,具有永久性吸附的特征.

②用作压裂液添加剂的聚合物:水力

压裂是油气井增产,水井增注的一项重要措施.水基压裂液中常用的聚合物添加剂有:天然植物胶,纤维素衍生物,聚丙烯酰胺,聚氧化乙烯及其共聚物等.

③缓蚀剂:使用缓蚀剂是采油工业中

金属部件和设备防腐最为有效的方法之一

.水溶性阳离子聚合物可作为酸化时的

缓蚀剂,如阳离子化聚丙烯酰胺.

④驱油剂:在三次采油过程中,由于水

溶性聚合物能大幅度地改变流度比降低

油藏的非均质程度,因此,聚合物己广泛地

应用于三次采油中,包括聚合物驱,聚合物

胶束驱,APS(碱,聚合物,表面活性剂)三元

复合驱.包括调剖堵水在内的各种提高采

8科技创新导报ScienceandTechnologyInnovationHerald 收率方法中,聚合物驱油是三采技术中的

重要方法之一,它是利用聚合物溶液的高

粘度及残余阻力系数调整吸水剖面,改善

油水流度比,从而达到提高石油采收率的

目的.目前应用于提高采收率的水溶性聚

合物主要有两类:一类是部分水解聚丙烯

酰胺,另一类是生物聚合物(如黄原胶).相

对而言,由于前者具有来源广,价格便宜,

溶解性和增粘性好等优点,在提高石油采

收率中的使用比例大大超过生物聚合物,

除非在油藏环境恶劣,如在高温和高矿化

度条件下才用生物聚合物.

2.2.2在水处理中的应用:水溶性聚合

物具有絮凝作用,是有效的高分子絮凝剂,

其带电部位能中和胶体粒子电荷,破坏胶

体粒子在水中的稳定性,促使其碰撞,通过

高分子长链架桥把许多细小颗粒缠结在一

起,聚集成大粒子,从而加速沉降.其絮凝

和沉降速度快,污泥脱水效率高,对某些废

水的处理有特效.高分子聚电解质的絮凝

能力,比无机絮凝剂如明矾,氯化铁等大数