1 1第第 七七 章章 水溶性高分子水溶性高分子1 1 水溶性高分子的结构特点及种类水溶性高分子的结构特点及种类2 2 水溶性高分子的性能水溶性高分子的性能3 3 水溶性高分子的发展趋势水溶性高分子的发展趋势4 4 水溶性高分子的合成工艺水溶性高分子的合成工艺 2 27.1 水溶性高分子水溶性高分子的结构特点及种类的结构特点及种类一、水溶性高分子的结构特点一、水溶性高分子的结构特点二、水溶性高分子的分类方法二、水溶性高分子的分类方法三、天然类水溶性高分子三、天然类水溶性高分子五、合成类水溶性高分子五、合成类水溶性高分子四、半合成类水溶性高分子四、半合成类水溶性高分子 3 3一、水溶性高分子的结构特点一、水溶性高分子的结构特点1 1 1 1、基本概念、基本概念、基本概念、基本概念高分子高分子种类种类结构特点结构特点性能及应用性能及应用？？水溶性高分子水溶性高分子水溶性高分子水溶性高分子 水溶性高分子水溶性高分子——在水中能在水中能溶解溶解或或溶胀溶胀而形成溶液或均匀分散而形成溶液或均匀分散体系的一种体系的一种亲水性亲水性的高分子化合物；又称为的高分子化合物；又称为““水溶性聚合物水溶性聚合物””。
4 42 2 2 2、结构特点、结构特点、结构特点、结构特点一、水溶性高分子的结构特点一、水溶性高分子的结构特点聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺改性淀粉改性淀粉壳聚糖壳聚糖果胶果胶 5 5一、水溶性高分子的结构特点一、水溶性高分子的结构特点水溶性高分子个共同的结构特点：分子中均含有水溶性高分子个共同的结构特点：分子中均含有亲水性基团亲水性基团改性纤维素改性纤维素淀粉淀粉 6 6一、水溶性高分子的结构特点一、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控制聚合条件，合成一定数目和强度的亲水基3 3 3 3、特殊性质、特殊性质、特殊性质、特殊性质分子量可控性分子量可控性亲水基可控性亲水基可控性活性基再反应性活性基再反应性据生产的需要，可再反应，生成新的官能团据生产的需要，可再反应，生成新的官能团 7 7二、水溶性高分子的分类方法二、水溶性高分子的分类方法1 1 1 1、来源分类、来源分类、来源分类、来源分类水溶性高分子水溶性高分子天然类天然类半合成类半合成类合成类合成类淀粉类淀粉类植物胶植物胶动物胶动物胶海藻胶海藻胶改性淀粉类改性淀粉类改性纤维素改性纤维素缩合类缩合类聚合类聚合类其他半合成类其他半合成类 8 8二、水溶性高分子的分类方法二、水溶性高分子的分类方法2 2 2 2、分子量分类、分子量分类、分子量分类、分子量分类低分子量低分子量高分子量高分子量超高分子量超高分子量3 3 3 3、用途分类、用途分类、用途分类、用途分类驱油剂驱油剂聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺改性淀粉改性淀粉瓜瓜 胶胶絮凝剂絮凝剂聚丙烯酸聚丙烯酸改性纤维素改性纤维素壳聚糖壳聚糖 9 9三、天然类水溶性高分子三、天然类水溶性高分子1 1 1 1、制备、制备、制备、制备动植物动植物物理方法物理方法物理化学物理化学天然类水溶性高分子天然类水溶性高分子2 2 2 2、种类、种类、种类、种类淀粉类：淀粉类：小麦、土豆、玉米、甘薯及米粉等小麦、土豆、玉米、甘薯及米粉等 海藻类海藻类 ：：藻蛋白酸钠、琼胶等藻蛋白酸钠、琼胶等 植物胶植物胶 ：：阿拉伯胶、黄耆胶、槐豆胶、大豆胶等阿拉伯胶、黄耆胶、槐豆胶、大豆胶等 动物胶动物胶 ：：骨胶、明胶、干酪素、甲壳质（壳聚糖）等骨胶、明胶、干酪素、甲壳质（壳聚糖）等 微生物：微生物：胍胶、黄原胶等胍胶、黄原胶等 10103 3 3 3、应用、应用、应用、应用三、天然类水溶性高分子三、天然类水溶性高分子 天天然然的的水水溶溶性性高高分分子子主主要要应应用用于于食食品品工工业业和和医医药药工工业业中中。
如如从从海海洋洋植植物物中中提提取取出出来来的的琼琼胶胶，，广广泛泛应应用用于于糕糕点点、、罐罐头头食食品品、、糖糖果果；；从从金金合合欢欢树树中中提提取取出出来来的的阿阿拉拉伯伯胶胶广广泛泛应应用用于于食食品品工工业业中中，，作作为为食食品品的的乳乳化化稳稳定定剂剂、、增增稠稠剂剂、、粘粘合合剂剂等等，，如如可可乐乐型型碳碳酸酸饮饮料料（（乳乳化化稳稳定定剂剂））、、粉状果汁粉状果汁（增稠剂）、（增稠剂）、棉花糖棉花糖（粘合剂）等粘合剂）等 1111四、半合成类水溶性高分子四、半合成类水溶性高分子1 1 1 1、制备、制备、制备、制备天然化合物天然化合物化学改性化学改性一定条件一定条件半合成类水溶性高分子半合成类水溶性高分子2 2 2 2、种类、种类、种类、种类改性淀粉改性淀粉改型纤维素改型纤维素取代改性取代改性酯化改性酯化改性接枝改性接枝改性烷基化改性烷基化改性羧基化改性羧基化改性羟基化改性羟基化改性 1212四、半合成类水溶性高分子四、半合成类水溶性高分子3 3 3 3、应用、应用、应用、应用 改改性性淀淀粉粉中中的的氧氧化化淀淀粉粉不不仅仅可可以以作作为为纺纺织织工工业业的的上上浆浆剂剂、、食食品品工工业业的的添添加加剂剂（（如如软软糖糖的的稳稳定定剂剂）），，还还可可以以用用于纸板、墙板、隔音板等建筑材料的于纸板、墙板、隔音板等建筑材料的粘合剂粘合剂。
改改性性纤纤维维素素拓拓宽宽了了纤纤维维素素的的应应用用领领域域广广泛泛应应用用于于洗洗涤涤工工业业、、纺纺织织印印染染工工业业、、食食品品工工业业、、石石油油开开采采工工业业等等领领域 1313五、合成类水溶性高分子五、合成类水溶性高分子1 1 1 1、种类、种类、种类、种类聚合类聚合类聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺聚丙烯酸聚丙烯酸聚乙二醇聚乙二醇聚氧化乙烯聚氧化乙烯聚马来酸酐聚马来酸酐缩合类缩合类聚胺树脂聚胺树脂氨基树脂氨基树脂酚醛树脂酚醛树脂环氧树脂环氧树脂聚氨酯树脂聚氨酯树脂 1414五、合成类水溶性高分子五、合成类水溶性高分子2 2 2 2、发展史、发展史、发展史、发展史 合合成成水水溶溶性性高高分分子子仅仅有有几几十十年年的的历历史史，，但但其其发发展展很很快快，，其其品品种种和和数数量量已已经经远远远远超超过过了了天天然然和和半半合合成成水水溶溶性性高分子聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺1893成功成功国外国外国内国内1954工业化工业化60年代试产年代试产70年代大规年代大规 1515五、合成类水溶性高分子五、合成类水溶性高分子3 3 3 3、发展快的原因、发展快的原因、发展快的原因、发展快的原因高效性高效性100千克颜料的黏合剂：千克颜料的黏合剂： 13kg动物胶；动物胶；7kg聚乙烯醇聚乙烯醇多样化多样化 品种和规模品种和规模性能和用途性能和用途 生物耗氧量低生物耗氧量低BOD变通性大变通性大价格和质量价格和质量 16167.2 水溶性高分子的性能水溶性高分子的性能一、水溶性高分子的溶解性一、水溶性高分子的溶解性二、水溶性高分子的流变特性二、水溶性高分子的流变特性三、水溶性高分子的分子量三、水溶性高分子的分子量四、水溶性高分子的应用性能四、水溶性高分子的应用性能 1717一、水溶性高分子的溶解性一、水溶性高分子的溶解性1 1 1 1、影响因素、影响因素、影响因素、影响因素分子结构分子结构线形、支链及体型高分子线形、支链及体型高分子原因？原因？结晶度结晶度淀粉与纤维素淀粉与纤维素？？？？ 外界因素外界因素温度、搅拌速度及压力等温度、搅拌速度及压力等分子量分子量M好？好？好？好？ 1818一、水溶性高分子的溶解性一、水溶性高分子的溶解性2 2 2 2、提高溶解性的方法、提高溶解性的方法、提高溶解性的方法、提高溶解性的方法引入亲水基引入亲水基化学反应化学反应COOH、、OH、、CONH等等降低结晶度降低结晶度聚合过程聚合过程引入歧化点引入歧化点链终止剂链终止剂引入反电解质引入反电解质斥力作用斥力作用防止分子链发生卷曲防止分子链发生卷曲 1919二、水溶性高分子的流变特性二、水溶性高分子的流变特性1 1 1 1、牛顿流体、牛顿流体、牛顿流体、牛顿流体极低或极高剪切速率极低或极高剪切速率 三采驱油液三采驱油液2 2 2 2、非牛顿流体、非牛顿流体、非牛顿流体、非牛顿流体触变体与流凝体触变体与流凝体0
半半合合成成水水溶溶性性高高分分子子只只有有五五六六十十年年的的历历史史，，如如淀淀粉粉衍衍生生物物、、纤纤维维素素衍衍生生物物等等合合成水溶性高分子成水溶性高分子的发展较晚，年产量近的发展较晚，年产量近3030万吨聚丙烯酰胺、高吸水性树脂、淀粉衍生物等聚丙烯酰胺、高吸水性树脂、淀粉衍生物等 2929二、水溶性高分子的应用现状二、水溶性高分子的应用现状 水水溶溶性性高高分分子子由由于于其其分分子子中中含含有有大大量量离离子子性性或或非非离离子子性性亲亲水水基基团团，，如如-SO3H-COOH、、-OH、、-NHR、、-O-基基等等，，从从而而具具有有许许多多优优异异的的物物理理化化学学性性质质，，如如粘粘合合性性、、成成膜膜性性、、润润滑滑性性、、成成胶胶性性、、鳌鳌合合性性、、分分散散性性、、减减阻阻性性、、增增稠稠性性等等，，在在采采油油、、水水基基涂涂料料、、医医药药、、造造纸纸、、环环保保，，食食品品与纺织工业等领域都得到了广泛应用与纺织工业等领域都得到了广泛应用 聚聚丙丙烯烯酰酰胺胺作作为为驱驱油油剂剂提提高高原原油油采采收收率率；；聚聚乙乙二二醇醇作作为为粘粘结结剂剂改改善善片片状状药药的的形形状状；；交交联联淀淀粉粉作作为为润润滑滑剂剂改改善医用手套的柔和性等。
善医用手套的柔和性等 3030三、水溶性高分子的发展前景三、水溶性高分子的发展前景合成类水溶性高分子合成类水溶性高分子半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天然水溶性高分子低毒性水溶性高分子低毒性水溶性高分子无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低分子量水溶性高分子超高分子量水溶性高分子超高分子量水溶性高分子 31317.4 水溶性高分子的合成工艺水溶性高分子的合成工艺一、水溶液中均相聚合一、水溶液中均相聚合二、反相乳液聚合二、反相乳液聚合三、沉淀聚合三、沉淀聚合四、双水相聚合四、双水相聚合五、聚合物化学反应五、聚合物化学反应 一、水溶液中均相聚合一、水溶液中均相聚合基本组成；单体基本组成；单体 引发剂引发剂 水（溶剂）水（溶剂） 概念：单体和引发剂溶于水中的聚合概念：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水相中自由基聚合反应特点优点：优点：体系初始粘度低，混合和传热较易体系初始粘度低，混合和传热较易 温度容易控制可减弱凝温度容易控制可减弱凝 胶效应胶效应 生产工艺简单，易于操作生产工艺简单，易于操作缺点：缺点： a单体浓度较低，聚合速率较慢，设备生产能力较低；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单体浓度较低和向溶剂链转移的双重 聚合物分子量降低聚合物分子量降低C 残留单体浓度较高残留单体浓度较高 二、反相乳液聚合二、反相乳液聚合基本组成；单体基本组成；单体 引发剂引发剂 水（溶水（溶 剂）剂） 水相水相 油性溶剂油性溶剂 乳化剂乳化剂 油相油相 概念：单体和引发剂溶于水中概念：单体和引发剂溶于水中 分散在油分散在油相中相中聚合反应类型：自由基溶液聚合聚合反应类型：自由基溶液聚合 反相乳液聚合反应特点反相乳液聚合反应特点优点：优点：单体初始浓度高单体初始浓度高 分子量大分子量大 设备生产能力高设备生产能力高 残留单体浓度较低残留单体浓度较低缺点：缺点： a单体浓度较高，聚合速率较快，反应热值高单体浓度较高，聚合速率较快，反应热值高b油相溶剂选择：极性、黏度、沸点、毒性油相溶剂选择：极性、黏度、沸点、毒性 可选溶剂：液体石蜡、煤油可选溶剂：液体石蜡、煤油C 工艺控制复杂工艺控制复杂 三三 、沉淀聚合、沉淀聚合基本组成；单体基本组成；单体 引发剂引发剂 溶溶 剂剂 概念：聚合反应单体概念：聚合反应单体 聚合产物聚合产物 聚合反应类型：自由基溶液聚合聚合反应类型：自由基溶液聚合在特定溶剂中在特定溶剂中溶解度差异较大溶解度差异较大 沉淀聚合反应特点沉淀聚合反应特点优点：优点： 聚合产物直接从聚合体系中分离出来聚合产物直接从聚合体系中分离出来 生产工艺简单生产工艺简单 产品溶解性好产品溶解性好缺点：缺点： a 单体转化不完全单体转化不完全b 极性溶剂选择：极性、黏度、沸点、毒性极性溶剂选择：极性、黏度、沸点、毒性 可选溶剂：低分子醇可选溶剂：低分子醇C 分子量较低分子量较低 四四 、双水相聚合、双水相聚合基本组成；单体基本组成；单体 引发剂引发剂 预置聚合物预置聚合物 水水 概念：聚合反应单体、聚合产物概念：聚合反应单体、聚合产物 分散相分散相 预置聚合物预置聚合物 连续相连续相 聚合过程分相聚合过程分相 聚合反应类型：自由基溶液聚合聚合反应类型：自由基溶液聚合 双水相聚合反应特点双水相聚合反应特点优点：优点： 产品快速溶解，应用方便产品快速溶解，应用方便 生产工艺简单生产工艺简单 不消耗有机溶剂不消耗有机溶剂 不产生凝胶不产生凝胶 缺点：缺点： a 分散剂（预置聚合）分离困难分散剂（预置聚合）分离困难b 体系浓度较低，生产效率较低体系浓度较低，生产效率较低C 分子量较低分子量较低 五、聚合物化学反应五、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特定功能的水溶性聚合物 。