合成材料-水溶性高分子.ppt

合成材料 水溶性高分子 亲水基团 OH COOH CONH NH2 O 分为三类 天然 半合成 合成天然 淀粉 海藻 植物胶 动物胶 阿拉伯胶 明胶 干酪素 食品 造纸半合成 改性纤维素 改性淀粉 CMC HPMC 磷酸酯淀粉合成 聚合类 PVA PAM PA PEO PEG PVP缩合类 EP PF PU 合成材料 水溶性高分子 提高聚合物水溶性的方法 引入亲水基 降低结晶度 利用聚电解质的反离子作用 利用与水分子间的氢键 降低分子量 提高支化度 升高温度高分子水溶液流变学特性 假塑性 淀粉例外 胀流体 触变性高分子水溶液电化学性质 非离子型 PEG PEO 氧化淀粉 羟乙基纤维素阴离子型 CMC 聚丙烯酸钠阳离子型 聚季铵盐 阳离子淀粉高分子水溶液的作用 分散作用 表面活性 絮凝作用 架桥 包覆除电荷 增稠作用 自身粘度 结构效应 减阻作用 合成材料 水溶性高分子 高分子水溶液应用的分子量依赖性 M 分散剂 絮凝剂 用量最大的水溶性高分子 改性淀粉 聚丙烯酸 PVA PAM水溶性高分子最大应用场合 水处理 造纸 食品 纺织 建材 水溶性高分子 PVA 1 特性 水溶性 成膜性 粘接性 乳化性 耐油 溶剂性 成纤性2 制备 醋酸乙烯酯 聚合 醇解 聚合度 醇解度eg 17883 4 水溶液 20 的粘度 颜色 皂化值 残留PVAC PH 挥发度 灰分 表观密度 硬度4 水溶液性质 1 水溶性受醇解度 聚合度 温度 低级醇加量影响 2 粘度 品种 浓度 温度 依时性流体 浓度 聚合度 3 对盐的容忍度 低浓度下沉淀剂 碳酸钙 硫酸钠 4 凝胶化 硼砂 硼酸 与碘显色反应 醇解 蓝色 红色 5 表面活性 醇解度低 表面活性高 6 粘结力 醇解度低 粘结力高 15 磷酸可改善 水溶性高分子 PVA 5 固体性质 1 有机溶剂中的溶解性 对有机溶剂的敏感性随醇解度减少而增加 多元醇 酰胺 三乙醇胺 DMSO可溶解PVA 2 吸湿性 增塑剂使用会加重吸湿性 3 隔气性 氧气 二氧化碳 氢气 硫化氢 氨气 水蒸气例外 6 反应活性 醚化 环氧化合物 酯化 酸 缩醛化 羰基化合物 7 改性 1 增塑剂 甘油 乙二醇 甲酰胺 乙醇胺 水 2 填充剂 淀粉 酪素 尿素 粘土 3 不溶化剂 提高膜耐水性 二甲基尿 多价金属盐或络合物 4 沉淀剂 碳酸盐 硫酸盐 水溶性高分子 PVA 5 防泡剂 三丁基磷酸盐 聚乙二醇醚8 应用 1 造纸工业 颜料粘合剂 纸板上胶剂 2 纺织工业 浆料 3 乳化剂 分散剂 4 聚合物水泥 耐水涂料 5 土壤改良剂 6 钢的淬火剂 水溶性高分子化合物又称水溶性树脂或水溶性聚合物 是一种亲水性的高分子材料 在水中能溶解或溶胀而形成溶液或分散液 水溶性聚合物自成一类物质被人们进行研究仅三十多年的历史 这类聚合物均含有亲水基与疏水基组份 可以用作增稠剂 胶凝剂 稳定剂 絮凝剂 涂料 粘合剂 乳化剂等 广泛地应用于水净化 采矿 冶金 石油 造纸 国防等部门 水溶性聚合物主要有聚乙烯醇 聚丙烯酰胺 丙烯酸和甲基丙烯酸聚合物 聚乙二醇 聚氧化乙烯 聚马来酸酐 水溶性聚氨酯树脂 淀粉衍生物等 聚丙烯酰胺 PAM 产品外观为白色粉末 易溶于水 几乎不溶于苯 乙醚 酯类 丙酮等一般有机溶剂 其水溶液几近透明的粘稠液体 属非危险品 无毒 无腐蚀性 固体PAM有吸湿性 吸湿性随离子度的增加而增加 PAM热稳定性好 加热到100 稳定性良好 但在150 以上时易分解产生氮气 在分子间发生亚胺化作用而不溶于水 玻璃化温度153 PAM在应力作用下表现出非牛顿流动性 实验室制备阳离子型PAM方法 在反应器内加入AM DMC 甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵 和去离子水 搅拌均匀 通N2气15min 在25 时加入复合引发体系引发聚合 当反应液粘稠时停止通N2气 继续反应2 5h后 取出胶体造粒 烘干粉碎 得到粉状阳离子聚丙烯酰胺产物 P DMC AM 聚丙烯酰胺合成方法 PAM工业上生产的一般步骤 AM水溶液在适当的温度下 几乎可以使用所有的自由基聚合的引发方式进行聚合 聚合过程也遵循一般自由基聚合机理的规律 工业上最常用的是引发剂的热分解引发和氧化还原引发 随引发剂种类的不同 聚合产物结构和分子量有明显差异 常用引发剂是过硫酸盐 过硫酸盐 亚硫酸盐 溴酸盐 BrO3 亚硫酸盐和水溶性偶氮化合物 不同引发剂系统引发AM聚合反应的总活化能不同 PAM的作用1 絮凝性 PAM能使悬浮物质通过电中和 架桥吸附作用 起絮凝作用 2 粘合性 能通过机械的 物理的 化学的作用 起粘合作用 3 降阻性 PAM能有效地降低流体与管壁的磨擦阻力 水中加入微量PAM就能降阻50 80 4 增稠性 PAM在中性和酸条件下均有增稠作用 当PH值在10以上PAM易水解 呈半网状结构时 增稠将更明显 阴离子聚丙烯酰胺 APAM 分子量800 2000万 报价在7 30元 公斤 阳离子聚丙烯酰胺 CPAM 分子量400 1400万 报价在18 45元 公斤 非离子聚丙烯酰胺 NPAM 分子量800 1500万 报价在14 30元 公斤 2007年全国聚丙烯酰胺产量为32 5万吨 占全世界总产量76万吨的43 其中石油开采领域的消费量占总消费量近70 水处理领域占15 左右 造纸领域约占11 未来丙烯酰胺在水处理和造纸领域的需求量将进一步扩大 PAM的市场前景和应用 一 采油聚丙烯酰胺是一种优良的增稠剂 由于聚丙烯酰胺水溶液的粘度很高 因而在石油开采中可作多种用途的添加剂 如用作钻井液 压裂液及聚合物驱油以提高石油采收率 如在油田开采过程中 平均每注入1吨聚丙烯酰胺可增产原油150吨以上提高采收率10 但石油开采对聚丙烯酰胺分子量要求能达一千万以上 二 造纸 聚丙烯酰胺是造纸工业的重要添加剂 在造纸过程中 聚丙烯酰胺可以提高填料 颜料等的存留率以降低原材料的流失和对环境的污染 此外 还可提高纸张的湿强度和干强度 我国是一个造纸大国 随着造纸工业的发展 聚丙烯酰胺用量也将增加 但由于国内生产高分子量聚丙烯酰胺技术较为落后 现有的产品有分子量低 稳定性差 溶解速度慢等缺点 所以现有产品不能满足造纸工业的发展和需求 三 污水处理 聚丙烯酰胺及其共聚物是重要的絮凝剂 广泛应用于城市污水和工业废水处理 目前 絮凝剂仍以无机絮凝剂为主 采用聚丙烯酰胺作絮凝剂 投入量是无机絮凝剂的100分之一 但效果是无机絮凝剂的几倍至几十倍 因而聚丙烯酰胺在污水处理方面的应用具有非凡重要的意义 四 其他 聚丙烯酰胺水凝胶 俗称人造脂肪 是一种无色透明类似果冻的液态物质 聚丙烯酰胺水凝胶这种化合物虽然无毒性 但构成它的单体却含有剧毒 目前严令禁止使用 化妆品中也常用到聚丙烯酰胺 但由于含有可能引起健康疑虑的化学物质 丙烯酰胺单体起了国内各大媒体的广泛关注 机构检测得出结论 化妆品中存在5ppm 百万分率或百万分之几 以下的丙烯酰胺残留是安全的 另外 在采矿 冶金 煤炭 高吸水性树脂 粘合剂 皮革复鞣剂等领域 聚丙烯酰胺也有应用领域 合成聚合物乳液的应用 第一卷聚合物乳液基础及其在胶黏剂中的应用第二卷涂料中的乳液 乳胶漆第三卷聚合物乳液的其他应用 乳液聚合 优点 1 以水作介质 环保安全 胶乳粘度低 便于混合传热2 聚合速率快 可在较低的温度下聚合 同时产物分子量高3 可以直接使用 如水乳漆 粘接剂 乳液聚合 缺点 1 需要固体产物时 胶乳需经凝聚 洗涤 脱水 干燥等工序 成本较高 2 产品中留有乳化剂杂质 难以完全除净 有损电性能等 乳液聚合多用于生产丁苯 丁腈及氯丁等合成橡胶 也广泛用于制造涂料 水性涂料 粘合剂及纸张和织物等的处理剂 如PVAc乳液 丙烯酸酯类涂料和粘合剂等 其它如糊状PVC树脂 苯乙烯 甲基丙烯酸甲酯 偏二氯乙烯等单体都可用此法聚合 乳液聚合 乳液聚合 乳化剂分子由非极性基团和极性基团两部分组成 传统乳液聚合主要选用阴离子乳化剂 极性基团是阴离子 非极性部分一般是C11 17的直链烷基或烷芳基 常用的有脂肪酸钠RCOONa 十二烷基硫酸钠 烷基磺酸钠等 乳液聚合 破乳 又称反乳化作用 使乳液中固体微粒聚集凝结成粒 沉淀析出 然后进行分离 洗涤 干燥等处理 破乳的方法有的是加入大量电解质 使胶粒之间的斥力消失而凝聚析出 还可采用机械破乳和冷冻破乳等方法 HLB 亲水亲油平衡值 表示亲水性的大小 HLB值越大 则越亲水 胶黏剂 胶黏剂是一种通过表面力使材料粘在一起的复杂混合物 对于胶黏剂来说可按如下分类 物理结合形式 如 液体胶黏剂 浆糊胶黏剂 化学类型 如 环氧树脂胶黏剂 结合方式 如 木材胶黏剂或纸张胶黏剂 应用方式 如 冷冻固化 压力敏感 压敏胶 热敏胶 延迟黏合 胶黏剂 聚合物胶乳应用于胶黏剂中有以下几个原因 1 花费相对较低 2 有很多种不同的用途 3 以水为基料 在使用方面降低危险性 4 具有很宽的黏度 流变范围 在触变性中变化也很宽 胶黏剂 聚醋酸乙烯酯是以胶乳为基料的胶黏剂的重要组分 这种胶黏剂的优点就是相对花费较低 不过有很多缺陷 他们易蠕变 如果这种胶黏剂应用到垂直或倾斜的表面 就会发生胶黏剂的流动 导致黏接失败 胶黏剂 试验室将PVAc醇解后用丁醛进行缩醛化 得到聚乙烯醇缩丁醛PVB PVB由于有羟基 乙酰基和醛基 有很强的粘接性能 可用来粘接金属 木材 皮革 玻璃 陶瓷 橡胶等EP PVB都可称为 万能胶 乳胶漆 乳胶漆又称为合成树脂乳液涂料 是有机涂料的一种 是以合成树脂乳液为基料加入颜料 填料及各种助剂配制而成的一类水性涂料 根据生产原料的不同 乳胶漆主要有聚醋酸乙烯乳胶漆 乙丙乳胶漆 纯丙烯酸乳胶漆 苯丙乳胶漆等品种 乳胶漆 乳胶漆主要由两个组分复合而成 聚合物乳液和颜料浆 早期的乳液类型是以聚乙烯醇乳化剂为基础 但作为涂料有不良光泽和再乳化倾向的缺点 PVAc乳液及其胶膜存在耐水 耐寒 耐热性差 被粘接物手感较硬等缺点 因此 对PVAc进行共聚改性 研制高性能PVAc乳液新产品 拓展应用领域 乳胶漆 用醋酸乙烯酯和下列单体共聚 1 丙烯酸乙酯 丙烯酸丁酯 丙烯酸异丁酯 丙烯酸 2 乙基己酯2 反丁烯二酸二丁酯 顺丁烯二酸二丁酯 乳胶漆 共聚物作为漆料的优点 1 排除了由于蒸发