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1、1,第 七 章 水溶性高分子,1 水溶性高分子的结构特点及种类,2 水溶性高分子的性能,3 水溶性高分子的发展趋势,4 水溶性高分子的合成工艺,2,7.1 水溶性高分子的种类,一、水溶性高分子的结构特点,二、水溶性高分子的分类方法,三、天然类水溶性高分子,五、合成类水溶性高分子,四、半合成类水溶性高分子,3,一、水溶性高分子的结构特点,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胀而形成溶液或均匀分散体系的一种亲水性的高分子化合物；又称为“水溶性聚合物”。,4,2、结构特点,一、水溶性高分子的结构特点,聚丙烯酰胺,改性淀粉,壳聚糖,果胶,5,一、水溶性高分子的结构特点,统观所有
2、的水溶性高分子，可以发现它们存在着一个共同的结构特点：分子中均含有亲水性基团。,改性纤维素,淀粉,6,一、水溶性高分子的结构特点,据聚合条件，可控制分子量从几百到几千万。,控制聚合条件，合成一定数目和强度的亲水基。,3、特殊性质,据生产的需要，可再反应，生成新的官能团。,7,二、水溶性高分子的分类方法,1、来源分类,8,二、水溶性高分子的分类方法,2、分子量分类,低分子量,高分子量,超高分子量,3、用途分类,9,三、天然类水溶性高分子,1、制备,2、种类,淀粉类：,小麦、土豆、玉米、甘薯及米粉等,海藻类 ：,藻蛋白酸钠、琼胶等,植物胶 ：,阿拉伯胶、黄耆胶、槐豆胶、大豆胶等,动物胶 ：,骨胶、
3、明胶、干酪素、甲壳质（壳聚糖）等,微生物：,胍胶、黄原胶等,10,3、应用,三、天然类水溶性高分子,天然的水溶性高分子主要应用于食品工业和医药工业中。如从海洋植物中提取出来的琼胶，广泛应用于糕点、罐头食品、糖果；从金合欢树中提取出来的阿拉伯胶广泛应用于食品工业中，作为食品的乳化稳定剂、增稠剂、粘合剂等，如可乐型碳酸饮料（乳化稳定剂）、粉状果汁（增稠剂）、棉花糖（粘合剂）等。,11,四、半合成类水溶性高分子,1、制备,2、种类,12,四、半合成类水溶性高分子,3、应用,改性淀粉中的氧化淀粉不仅可以作为纺织工业的上浆剂、食品工业的添加剂（如软糖的稳定剂），还可以用于纸板、墙板、隔音板等建筑材料的粘
4、合剂。,改性纤维素拓宽了纤维素的应用领域广泛应用于洗涤工业、纺织印染工业、食品工业、石油开采工业等领域。,13,五、合成类水溶性高分子,1、种类,聚合类,缩合类,14,五、合成类水溶性高分子,2、发展史,合成水溶性高分子仅有几十年的历史，但其发展很快，其品种和数量已经远远超过了天然和半合成水溶性高分子。,15,五、合成类水溶性高分子,3、发展快的原因,16,7.2 水溶性高分子的性能,一、水溶性高分子的溶解性,二、水溶性高分子的流变特性,三、水溶性高分子的分子量,四、水溶性高分子的应用性能,17,一、水溶性高分子的溶解性,1、影响因素,18,一、水溶性高分子的溶解性,2、提高溶解性的方法,19
5、,二、水溶性高分子的流变特性,1、牛顿流体,2、非牛顿流体,触变体与流凝体,0n1,n1,涂料,20,三、水溶性高分子的分子量,聚丙烯酸,2000-5000,几百万-几千万,几万-几十万,阻垢分散剂,增稠剂,絮凝剂,1、重要性,2、表示方法,数均分子量,冰点降低法,沸点升高法,端基滴定法,渗透压,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,凝胶渗透色谱法,四者关系：,22,四、水溶性高分子的应用性能,1、分散作用,例子,钻井液泥浆,聚丙烯酸,悬浮剂,防止卡钻,工业废水,聚丙烯酸,分散剂,防止沉积,分散作用,工业废水,工业废水,表面活性,保护胶体,降低表
6、面张力，润湿，吸附,通过亲水性形成胶体,锅炉、冷却、油漆等,23,四、水溶性高分子的应用性能,2、絮凝作用,絮凝作用,物理作用,化学作用,吸附 聚结,沉降,活泼基团,化学键,改变表面基团,无机絮凝剂,有机絮凝剂,硫酸铝、聚合铝、明矾、硫酸亚铁等,木质素、甲壳质、改性淀粉、PAM等,24,四、水溶性高分子的应用性能,3、增稠作用,增稠方式,自身粘度增加,与化合物作用,增加水体粘度,4、减摩作用,聚丙烯酰胺用作调剖堵水剂,25,四、水溶性高分子的应用性能,5、表面活性,表面活性,亲水性基团,疏水性基团,两者比例调配,6、电化学性质,不同水解度的聚乙烯醇,阴离子型,阳离子型,两性离子型,溶解性,静电
7、斥力,共存离子作用,26,7.3 水溶性高分子的发展趋势,一、国内外的生产现状,二、水溶性高分子的应用现状,三、水溶性高分子的发展前景,27,一、国内外的生产现状,1、国外的生产现状,水溶性高分子,49.44%,34.57%,5.99%,10.05%,28,一、国内外的生产现状,2、国内的生产现状,天然水溶性高分子的生产和应用具有很悠久的历史，如淀粉、阿拉伯胶、骨胶等。半合成水溶性高分子只有五六十年的历史，如淀粉衍生物、纤维素衍生物等。合成水溶性高分子的发展较晚，年产量近30万吨。,聚丙烯酰胺、高吸水性树脂、淀粉衍生物等,29,二、水溶性高分子的应用现状,水溶性高分子由于其分子中含有大量离子性
8、或非离子性亲水基团，如-SO3H-COOH、-OH、-NHR、-O-基等，从而具有许多优异的物理化学性质，如粘合性、成膜性、润滑性、成胶性、鳌合性、分散性、减阻性、增稠性等，在采油、水基涂料、医药、造纸、环保，食品与纺织工业等领域都得到了广泛应用。,聚丙烯酰胺作为驱油剂提高原油采收率；聚乙二醇作为粘结剂改善片状药的形状；交联淀粉作为润滑剂改善医用手套的柔和性等。,30,三、水溶性高分子的发展前景,合成类水溶性高分子,半合成类水溶性高分子,天然水溶性高分子,低毒性水溶性高分子,无毒性水溶性高分子,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艺,一、水溶液中均相
9、聚合,二、反相乳液聚合,三、沉淀聚合,四、双水相聚合,五、聚合物化学反应,一、水溶液中均相聚合,基本组成；单体 引发剂 水（溶剂）,概念：单体和引发剂溶于水中的聚合,聚合反应类型：自由基溶液聚合,水相中自由基聚合反应特点,优点：体系初始粘度低，混合和传热较易 温度容易控制可减弱凝 胶效应 生产工艺简单，易于操作,缺点： a单体浓度较低，聚合速率较慢，设备生产能力较低；,b单体浓度较低和向溶剂链转移的双重 聚合物分子量降低C 残留单体浓度较高,二、反相乳液聚合,基本组成；单体 引发剂 水（溶 剂） 水相 油性溶剂 乳化剂 油相,概念：单体和引发剂溶于水中 分散在油相中,聚合反应类型：自由基溶液聚
10、合,反相乳液聚合反应特点,优点：单体初始浓度高 分子量大 设备生产能力高 残留单体浓度较低,缺点： a单体浓度较高，聚合速率较快，反应热值高,b油相溶剂选择：极性、黏度、沸点、毒性 可选溶剂：液体石蜡、煤油C 工艺控制复杂,三 、沉淀聚合,基本组成；单体 引发剂 溶 剂,概念：聚合反应单体 聚合产物,聚合反应类型：自由基溶液聚合,在特定溶剂中,溶解度差异较大,沉淀聚合反应特点,优点： 聚合产物直接从聚合体系中分离出来 生产工艺简单 产品溶解性好,缺点： a 单体转化不完全,b 极性溶剂选择：极性、黏度、沸点、毒性 可选溶剂：低分子醇C 分子量较低,四 、双水相聚合,基本组成；单体 引发剂 预置聚合物 水,概念：聚合反应单体、聚合产物 分散相 预置聚合物 连续相 聚合过程分相,聚合反应类型：自由基溶液聚合,双水相聚合反应特点,优点： 产品快速溶解，应用方便 生产工艺简单 不消耗有机溶剂 不产生凝胶,缺点： a 分散剂（预置聚合）分离困难,b 体系浓度较低，生产效率较低C 分子量较低,五、聚合物化学反应,主要例子：聚醋酸乙烯酯醇解制备聚乙烯醇 聚丙烯腈水解制备部分聚丙烯酸,概念：将原有的聚合物通过化学反应转化为具有 特定功能的水溶性聚合物,
