13章水溶性聚合物
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13.2 重要的水溶性聚合物
与高聚物合成工业有关的重要的水溶性聚合物为:
天然高分子纤维素改性的水溶性纤维素衍生物;
合成的非离子型水溶性聚合物如聚乙烯醇,聚氧乙烷、聚 丙烯酰胺等;
合成的离子型聚合物包括聚阳离子、聚阴离子,两性水溶 性聚合物
高吸水性树脂。
13.2.1 半合成水溶性聚合物 (1)羧甲基纤维素
具有水溶性聚合物的特征:
1、主链含有亲水性优良的短链醚键或仲胺键形成无定形 者。如聚氧乙烯。
2、主链为C—C键,但沿主链分布众多的亲水基团。
如-SO3H,-COOH,-CONH2,-OH,-OCH3,-NH2,N+CH3
水溶性聚合物的分类
按来源分:
天然水溶性聚合物:淀粉、蛋白质、海藻等提取
水溶性聚合物 半合成水溶性聚合物:由天然高分子经化学改性得, 如羧甲基纤维素,甲基纤维素
4、溶液缩聚法:水溶性聚酯或水溶性聚酰胺则多采用溶 液缩聚法进行生产。
5、聚合物化学改性法。将非水溶性高聚物转变为水溶性 聚合物的重要方法,如:以天然高聚物纤维素为原料经化 学改性生产的水溶性纤维素醚类聚合物;聚醋酸乙烯水解 生产的聚乙烯醇以及聚苯乙烯等聚合物经化学改性生产的 阳离子或阴离子聚电解质。
合成水溶性聚合物:聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇等
按离子及电荷分:
非离子型(水溶性)聚合物
水溶性聚合物
阳离子聚合物或聚阳离子(PolycatiБайду номын сангаасn)
离子型(水溶性)聚合物 阴离子聚合物或聚阴离子(Polyanion) 聚电解质(Polyelectrolytes)
两性聚合物
交联的聚合物不溶于水,在水中溶胀,按吸水率分
②含有双烯丙基的单体可经自由基引发剂引发,经环合 聚合合成相应的离子型水溶性聚合物,例如
2.经离子聚合或配位聚合处理合成水溶性聚合物
环氧单体可经阴离子、阳离子聚合催化剂或配位聚合 催化剂等的催化作用聚合成相应的水溶性聚合物。
3.经逐步聚合反应合成水溶性聚合物
少数含有酰胺基团的水溶性聚合物或其中间体如乙烯三 胺经缩聚反应合成含有仲胺基团的聚酰胺。
阳离子聚合物与阴离子聚合物相互作用生成的盐称 作聚合盐或聚电解质络合物。
如果正、负电荷相等则为中性盐,否则根据过剩的 电荷表现为阳离子或阴离子性质。
水溶性聚合物溶解于 水后形成的结构不同, 其溶液行为差别亦甚 大。
右图为水溶性高聚物 在水溶液中形成的分 子形态.
聚电解质溶于水后,由于其离子基团产生解离作用,特别是 以盐的形式形成的聚电解质,其水溶液容易解离为带许多 电荷的高分子离子和相应的小分子离子,如聚丙烯酸钠:
2、纺织工业中代替面粉用作浆料。
3、造纸工业中用于表面上浆,上色以及纸浆配料等。
4、石油开采工业中,作为增粘剂阻止水分流失。
5、涂料工业中加入后以控制其流变性和粘度。
6、化妆品工业中各种洗面乳、香波、洗发精等产品中加 入后控制粘度,使固体物均匀分散或使之成膜。
1、有机溶剂中的悬浮聚合法: 常温下为液体的单体或压力 下液化的单体适合采用本法进行工业生产。常温下为固体 而且不熔融的单体如丙烯酰胺,必须制成水溶液后进行反 相悬浮聚合法.
2、水溶液聚合法: 应用最为广泛的水溶性聚合物生产方 法。可应用于乙烯基单体、烯丙基单体的自由基聚合反应, 还可应用于某些杂环单体的离子催化开环聚合反应。
羧甲基纤维素(carboxymethylcelluse)简称CMC,合成反应 如下:
分子量范围40000~1000000。质量优良的羧甲基纤维素为 白色至浅黄色粉末,无臭、无味。质量较差者可能含有反 应副产物NaCI,颜色较深,呈淡棕色。
羧甲基纤维素用途:
1、食品工业中利用它无毒可食用、增稠效果显著以及可 改善口感等特点,广泛用于棒冰、饮料、果汁、糖果等食 品巾。由于它具有保留水分的作用、所以应用于烘焙食品 面包、糕点中。
存在的问题:(1)如何消除未反应的单体?
(2)如何提高固体含量,或变为固体?
解决方法:干燥:挤出干燥法、捏合干燥法、转鼓或转筒 干燥法、热辊筒干燥法。
3、反相乳液聚合:水溶性单体的高浓度水溶液作为分散 相,芳烃或饱和脂肪烃作为连续相,油溶性乳化剂溶解于 连续相,使用水溶性自由基引发剂,引发单体进行反相乳 液聚合。优点是生产的水溶性聚合物乳液,可以不经干燥 直接用于油田开发等工业,易于操作,溶解过程迅速;由 于浓度高于水溶液聚合法所得产品,因此相对而言运输成 本降低。
吸水性树脂
水凝胶:吸水低于10倍 高吸水性树脂:吸水高于10倍
13.1.1 水溶性聚合物分子结构与溶液性能
13. 1.1 分子结构
水溶性聚合物可以是均聚物或共聚物,共聚物可为无规 共聚物、交替共聚物、嵌段共聚物以及接枝共聚物。其大 分子可为线型、具有长支链线型以及树枝状的多支链。
当大分子结构中含有以下基团时可能具有水溶性,但溶 解程度刚取决于这些基团的数目、位置,以及其出现频率 等因素,即可表现为完全溶解、部分溶解或仅溶胀:
4.高聚物经化学改性合成水溶性聚合物
①不溶于水的天然高聚物或合成的高聚物经化学改性转变 为水溶性聚合物,例如
②非离子型水溶性聚合物,经化学改性转变为离子型 水溶性聚合物。例如:
CH2 CH n CONH2
聚丙烯酰胺
HCHO
HNR'2
CH2 CH n CO
NHCH2 NR'2 阴离子聚丙烯酰胺
13. 1. 2. 2 合成方法
13章 水溶性聚合物
• 13.1 概述 • 13.2 重要的水溶性聚合物
13.1 概 述
绝大多数聚合物以及聚合物制成的材料不溶于水,多数 情况厂要求具有耐水性。水溶性聚合物要求可溶于水。
水溶性聚合物的用途:
絮凝剂、增稠剂、织物整理剂、纸张处理剂、油水分离剂、 消泡剂、土壤改良剂、缓冲剂、石油钻探用剂。
解离后的高分子离子由于带相同电荷, 在相同电荷的排斥作用下大分子链更 为舒展,所以聚电解质水溶液的粘度 随着浓度的降低而提高。高于临界浓 度后,粘度行为与非聚电解质相似。
水溶性聚合物的流变性
13.1.2 水溶性聚合物的合成方法
13.1.2.1 反应机理
1、经自由基聚合机理合成水溶性聚合物
①含有不饱和键的乙烯基非离子型、阳离子型、阴离子 型单体都可经自由基引发剂引发聚合,合成相应的非离子 型、阳离子型以及阴离子型水溶性聚合物。