1、1,第 七 章 水溶性高分子,1 水溶性高分子的結(jié)構(gòu)特點及種類,2 水溶性高分子的性能,3 水溶性高分子的發(fā)展趨勢,4 水溶性高分子的合成工藝,2,7.1 水溶性高分子的種類,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,三、天然類水溶性高分子,五、合成類水溶性高分子,四、半合成類水溶性高分子,3,一、水溶性高分子的結(jié)構(gòu)特點,1、基本概念,？,水溶性高分子,水溶性高分子在水中能溶解或溶脹而形成溶液或均勻分散體系的一種親水性的高分子化合物；又稱為“水溶性聚合物”。,4,2、結(jié)構(gòu)特點,一、水溶性高分子的結(jié)構(gòu)特點,聚丙烯酰胺,改性淀粉,殼聚糖,果膠,5,一、水溶性高分子的結(jié)構(gòu)特點,統(tǒng)觀所有

2、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：分子中均含有親水性基團(tuán)。,改性纖維素,淀粉,6,一、水溶性高分子的結(jié)構(gòu)特點,據(jù)聚合條件，可控制分子量從幾百到幾千萬。,控制聚合條件，合成一定數(shù)目和強(qiáng)度的親水基。,3、特殊性質(zhì),據(jù)生產(chǎn)的需要，可再反應(yīng)，生成新的官能團(tuán)。,7,二、水溶性高分子的分類方法,1、來源分類,8,二、水溶性高分子的分類方法,2、分子量分類,低分子量,高分子量,超高分子量,3、用途分類,9,三、天然類水溶性高分子,1、制備,2、種類,淀粉類：,小麥、土豆、玉米、甘薯及米粉等,海藻類 ：,藻蛋白酸鈉、瓊膠等,植物膠 ：,阿拉伯膠、黃耆膠、槐豆膠、大豆膠等,動物膠 ：,骨膠、

3、明膠、干酪素、甲殼質(zhì)（殼聚糖）等,微生物：,胍膠、黃原膠等,10,3、應(yīng)用,三、天然類水溶性高分子,天然的水溶性高分子主要應(yīng)用于食品工業(yè)和醫(yī)藥工業(yè)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膠廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)中，作為食品的乳化穩(wěn)定劑、增稠劑、粘合劑等，如可樂型碳酸飲料（乳化穩(wěn)定劑）、粉狀果汁（增稠劑）、棉花糖（粘合劑）等。,11,四、半合成類水溶性高分子,1、制備,2、種類,12,四、半合成類水溶性高分子,3、應(yīng)用,改性淀粉中的氧化淀粉不僅可以作為紡織工業(yè)的上漿劑、食品工業(yè)的添加劑（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粘

4、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)域。,13,五、合成類水溶性高分子,1、種類,聚合類,縮合類,14,五、合成類水溶性高分子,2、發(fā)展史,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(yuǎn)遠(yuǎn)超過了天然和半合成水溶性高分子。,15,五、合成類水溶性高分子,3、發(fā)展快的原因,16,7.2 水溶性高分子的性能,一、水溶性高分子的溶解性,二、水溶性高分子的流變特性,三、水溶性高分子的分子量,四、水溶性高分子的應(yīng)用性能,17,一、水溶性高分子的溶解性,1、影響因素,18,一、水溶性高分子的溶解性,2、提高溶解性的方法,19

5、,二、水溶性高分子的流變特性,1、牛頓流體,2、非牛頓流體,觸變體與流凝體,0n1,n1,涂料,20,三、水溶性高分子的分子量,聚丙烯酸,2000-5000,幾百萬-幾千萬,幾萬-幾十萬,阻垢分散劑,增稠劑,絮凝劑,1、重要性,2、表示方法,數(shù)均分子量,冰點降低法,沸點升高法,端基滴定法,滲透壓,21,重均分子量,光散射法,三、水溶性高分子的分子量,粘均分子量,粘度法,Z均分子量,凝膠滲透色譜法,四者關(guān)系：,22,四、水溶性高分子的應(yīng)用性能,1、分散作用,例子,鉆井液泥漿,聚丙烯酸,懸浮劑,防止卡鉆,工業(yè)廢水,聚丙烯酸,分散劑,防止沉積,分散作用,工業(yè)廢水,工業(yè)廢水,表面活性,保護(hù)膠體,降低表

6、面張力，潤濕，吸附,通過親水性形成膠體,鍋爐、冷卻、油漆等,23,四、水溶性高分子的應(yīng)用性能,2、絮凝作用,絮凝作用,物理作用,化學(xué)作用,吸附 聚結(jié),沉降,活潑基團(tuán),化學(xué)鍵,改變表面基團(tuán),無機(jī)絮凝劑,有機(jī)絮凝劑,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、PAM等,24,四、水溶性高分子的應(yīng)用性能,3、增稠作用,增稠方式,自身粘度增加,與化合物作用,增加水體粘度,4、減摩作用,聚丙烯酰胺用作調(diào)剖堵水劑,25,四、水溶性高分子的應(yīng)用性能,5、表面活性,表面活性,親水性基團(tuán),疏水性基團(tuán),兩者比例調(diào)配,6、電化學(xué)性質(zhì),不同水解度的聚乙烯醇,陰離子型,陽離子型,兩性離子型,溶解性,靜電

7、斥力,共存離子作用,26,7.3 水溶性高分子的發(fā)展趨勢,一、國內(nèi)外的生產(chǎn)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,27,一、國內(nèi)外的生產(chǎn)現(xiàn)狀,1、國外的生產(chǎn)現(xiàn)狀,水溶性高分子,49.44%,34.57%,5.99%,10.05%,28,一、國內(nèi)外的生產(chǎn)現(xiàn)狀,2、國內(nèi)的生產(chǎn)現(xiàn)狀,天然水溶性高分子的生產(chǎn)和應(yīng)用具有很悠久的歷史，如淀粉、阿拉伯膠、骨膠等。半合成水溶性高分子只有五六十年的歷史，如淀粉衍生物、纖維素衍生物等。合成水溶性高分子的發(fā)展較晚，年產(chǎn)量近30萬噸。,聚丙烯酰胺、高吸水性樹脂、淀粉衍生物等,29,二、水溶性高分子的應(yīng)用現(xiàn)狀,水溶性高分子由于其分子中含有大量離子性

8、或非離子性親水基團(tuán)，如-SO3H-COOH、-OH、-NHR、-O-基等，從而具有許多優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)，如粘合性、成膜性、潤滑性、成膠性、鰲合性、分散性、減阻性、增稠性等，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。,聚丙烯酰胺作為驅(qū)油劑提高原油采收率；聚乙二醇作為粘結(jié)劑改善片狀藥的形狀；交聯(lián)淀粉作為潤滑劑改善醫(yī)用手套的柔和性等。,30,三、水溶性高分子的發(fā)展前景,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,低毒性水溶性高分子,無毒性水溶性高分子,低分子量水溶性高分子,超高分子量水溶性高分子,31,7.4 水溶性高分子的合成工藝,一、水溶液中均相

9、聚合,二、反相乳液聚合,三、沉淀聚合,四、雙水相聚合,五、聚合物化學(xué)反應(yīng),一、水溶液中均相聚合,基本組成；單體 引發(fā)劑 水（溶劑）,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,水相中自由基聚合反應(yīng)特點,優(yōu)點：體系初始粘度低，混合和傳熱較易 溫度容易控制可減弱凝 膠效應(yīng) 生產(chǎn)工藝簡單，易于操作,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；,b單體濃度較低和向溶劑鏈轉(zhuǎn)移的雙重 聚合物分子量降低 C 殘留單體濃度較高,二、反相乳液聚合,基本組成；單體 引發(fā)劑 水（溶 劑） 水相 油性溶劑 乳化劑 油相,概念：單體和引發(fā)劑溶于水中 分散在油相中,聚合反應(yīng)類型：自由基溶液

10、聚合,反相乳液聚合反應(yīng)特點,優(yōu)點：單體初始濃度高 分子量大 設(shè)備生產(chǎn)能力高 殘留單體濃度較低,缺點： a單體濃度較高，聚合速率較快，反應(yīng)熱值高,b油相溶劑選擇：極性、黏度、沸點、毒性 可選溶劑：液體石蠟、煤油 C 工藝控制復(fù)雜,三 、沉淀聚合,基本組成；單體 引發(fā)劑 溶 劑,概念：聚合反應(yīng)單體 聚合產(chǎn)物,聚合反應(yīng)類型：自由基溶液聚合,在特定溶劑中,溶解度差異較大,沉淀聚合反應(yīng)特點,優(yōu)點： 聚合產(chǎn)物直接從聚合體系中分離出來 生產(chǎn)工藝簡單 產(chǎn)品溶解性好,缺點： a 單體轉(zhuǎn)化不完全,b 極性溶劑選擇：極性、黏度、沸點、毒性 可選溶劑：低分子醇 C 分子量較低,四 、雙水相聚合,基本組成；單體 引發(fā)劑 預(yù)置聚合物 水,概念：聚合反應(yīng)單體、聚合產(chǎn)物 分散相 預(yù)置聚合物 連續(xù)相 聚合過程分相,聚合反應(yīng)類型：自由基溶液聚合,雙水相聚合反應(yīng)特點