高分子型助剂制备与检测(一)_共拥思考_新浪博客
    助剂,顾名思义即有帮助作用的物质。如果向供特定领域使用的物质M内,加入少量物质N,使得MN的使用效果显著好于M,那么N就是该领域的一种助剂。例如对于传统的洗涤衣物这一特定领域,M是水,N是洗衣粉或别的洗涤剂。某些领域把助剂称为外加剂、添加剂、处理剂。在这里把可作为助剂N使用的聚合物称为高分子(型)助剂。有些场合把用于协助高分子材料M加工的助剂称为高分子助剂。 

    丙烯酸衍生物包括丙烯酰胺、丙烯酸盐(如钠盐、铵盐等)、丙烯酸酯、丙烯腈等,这些单体得到均聚物、共聚物就称为聚丙烯酸衍生物。随着我国丙烯酸工业的迅速发展,对丙烯酸下游产品的研究不断深入,应用范围不断扩大。聚丙烯酸钠作为丙烯酸的一种主要下游产品,在丙烯酸盐类聚合物中最重要、应用最广泛且{zj1}有代表性,近年来在国内外的研究受到重视,生产也在不断增加。

   (1) 稳定性

    聚丙烯酸钠耐热性很好,即使在高温下处理,也极为稳定。除热稳定性之外,聚丙烯酸钠水溶液还具有优良的冷冻稳定性、机械稳定性和贮存稳定性,在经过冻结、搅拌和长期贮存后,其粘度均无显著变化。此外聚丙烯酸钠水溶液生物稳定性也比较好。

   (2) 成膜性

    由于聚丙烯酸钠是电解质,吸湿性非常强。因此,水溶液成膜相当困难。可是,可以用浸渍或涂布方法,在表面上制成透明均一的涂膜。

   (3) 吸湿性、保水性

    在聚丙烯酸钠大分子中,因为有很多的强亲水基团,因此,吸湿性极强。利用聚丙烯酸钠水合极性大的特点,开发高吸水性树脂,倍受人们重视。

    (4)化学反应性

聚丙烯酸钠可以与醇类、环氧化合物等反应,生成相应地聚丙烯酸醋。当使用多元醇(如乙二醇和甘油)时,则可以导致聚合物的交联,而使聚合物膜具有不溶性,在纺织上胶时它可用作耐久涂料。

1.2 聚丙烯酸钠的应用

    聚丙烯酸钠的产品包括水溶性产品和水不溶性(水凝胶)产品。其工业化产品有白色(或浅黄色)块状或粉末产品,无色透明(或浅黄色)粘稠易溶于的水液体产品。水溶性聚丙烯酸钠产品广泛应用于食品、饲料、纺织、造纸、水处理、石油化工等领域。水不溶性聚丙烯酸钠产品是一种高吸水性材料主要用于农林园艺、生理卫生等领域。聚丙烯酸钠的分子量从几百至几千万以上,变化幅度很大,不同分子量的聚丙烯酸钠可以用作各种各样的目的和用途。超低分子量(700以下)的用途还未xx开发出来;低分子量(1000-5000)时,主要起分散作用;中等分子量(104-106 ) 显示有增稠性;高分子量(106-107)的聚丙烯酸钠主要做增稠剂和絮凝剂;超高分子量(107以上)的聚丙烯酸钠不再溶于水,在水中溶胀,生成水凝胶,主要用作吸水剂。水溶性聚丙烯酸钠中又包括高分子量和低分子量两大类。

    低分子量聚丙烯酸钠具有良好的水溶性及大的极性,能够结合水中的钙镁等多价金属离子,形成可溶性的链状阴离子体,在工业热交换设备中主要用作锅炉防垢、阻垢剂,在水处理工业中用作除垢、防垢剂,洗涤剂工业中用作助洗剂等。

    (1) 水质稳定剂

    工业用水中80}以上的冷却水需要循环使用。其中,锅炉冷却水的不断循环,使水中的矿物质不断增加引起设备和管道的腐蚀和结垢。采用低分子量聚丙烯酸钠作水质稳定剂,其防垢效果显著,可以延长两次检修之间的时间间隔,保证工艺对传热效率的要求和设备的正常运行。循环冷却水在运行中不断蒸发,含盐量不断增加,而且在冷却塔中和空气接触,水中含氧量逐渐提高,一些微生物也大量进入水中。这样就产生了冷却水系统的三大弊病:结垢、腐蚀,菌藻滋生。聚丙烯酸钠的生产在我国主要是由于冷却水化学处理技术的发展而发展的,分子量20005000的产品通过鳌合、分散、晶格歪曲、成膜再脱落效应实现其阻垢分散作用。在循环冷却水中添加低分子量聚丙烯酸钠,能使钙离子的饱和浓度提高好几倍,钙离子浓度很高时,可能有垢析出,然而由于聚丙烯酸钠被吸附在晶体表面,妨碍了晶粒的聚集,形成的垢层很疏松,易被水流冲刷掉,从而达到防垢、消垢的目的。

    (2) 洗涤剂助剂

    聚丙烯酸钠作为洗涤剂助剂使用在国内外引起广泛的兴趣。它具有分散污垢团粒和钙皂浮垢的作用,还有鳌合多价离子的性能。它在污垢颗粒上有很强的吸附力。用聚丙烯酸钠作为助洗剂是制造xx、无污染洗涤剂较为理想的方法。聚丙烯酸钠是一种新型高效的洗涤助剂,可以取代目前洗涤剂中普遍使用的三聚磷酸盐和其他铝盐,从而xx了因使用三聚磷酸钠和铝盐所排出的废水对环境的污染。聚丙烯酸钠的助洗性能远远优于传统的三聚磷酸钠,洗涤效果相当于8倍同质量的三聚磷酸钠,即用量远低于三聚磷酸钠,可降低洗涤剂的成本,获得明显的经济效益。张卫红等以过硫酸钾为引发剂,在中性水溶液介质中合成了低分子量的聚丙烯酸钠,测定了产品与其它助洗剂的抑制CaC伪析出的临界值,以扫描电镜(SEM)观察并证明了在聚丙烯酸钠存在下的CaC伪晶体可产生缺陷,洗涤应用实验表明,所合成的聚丙烯酸钠助洗剂可部分替代三聚磷酸钠({STPP),在低磷洗衣粉中具有很大发展潜力。

聚丙烯酸类助洗剂的研究是众多聚合物助洗剂的一个主要内容。为此,洗涤剂制造商发表了12个专利,包括花王、狮子、P&G、利华、汉高等,化工制造商也发表了30篇专利,如日本触媒、德国巴斯夫、赫斯特、法国的罗纳一普朗克、美国的罗姆一哈斯及孟山都等。

    (3) 钻井液降滤失剂

    在钻井泥浆中加入聚丙烯酸钠可提高浆的润滑性和稳定性,降低钻井液向地层中滤失水量,防止因滤失水进入岩层孔隙中形成水锁而污染油层,可在渗透性地层的壁上形成泥饼,防止井壁坍塌,保证井身安全,有效地防止卡钻和解卡钻,提高钻井效率。

    (4) 油井压裂液

    将丙烯酸钠配成0.52%的水溶液,压入井下底层,使地层断裂。聚丙烯酸钠水溶液不仅具有增稠、携砂、降低压裂液流失的作用,而且还有缓阻作用,能使压力的传递损失下降。

    (5) 高效减水剂

    低分子量聚丙烯酸钠具有较好的减水效果,因为聚丙烯酸钠属于静电位阻稳定机制,泥浆中的固体颗粒表面吸附了一层通过本身所带电荷排斥的周围粒子;其电离出来的钠离子吸附在粘土胶粒上,和无机电解质一样也起到增厚扩散层,能置换出钙、镁离子,加大毛电位,使胶团斥力增加等静电稳定作用;高分子本身的骨架结构阻碍相邻粒子通过布朗运动靠近,减弱粒子间的吸引,从而达到分散和提高泥浆流动性、稳定性的作用。

    聚丙烯酸钠能改善水泥在水中的分散,水泥中加入聚丙烯酸钠后,由于水泥颗粒间分子引力的作用,而产生许多絮状物,形成絮凝结构,在这种结构中,包裹了很多搅拌水,从而降低了混凝土拌合物的和面,亲水基端指向水溶液,于是水泥颗粒表面均带上相同的电荷,加大了水泥颗粒间的静电斥力,导致水泥颗粒相互分散。从而减少水泥混合时所需的水量,提高所制混凝土的强度。

    (6) 陶瓷添加剂

    在陶瓷工业中加入聚丙烯酸钠,具有一定的高分子链,可起到立体稳定作用,而本身带的电荷可起到静电稳定作用,因此,可以降低浆料的粘度,防止颗粒团聚。聚丙烯酸钠可配入泥浆、混凝土浆、石膏浆、嵌缝胶等之中。浇铸成型的陶瓷在脱模时损伤率很大,若在泥浆中配入少量聚丙烯酸钠,毛坯强度提高,脱模容易,毛坯的成品率和质量均大大提高。实验表明,聚丙烯酸钠是一种较好的陶瓷浆料减水剂,同时对坯体的干燥强度还具有一定的增xx果.苏建明等人研制出了对高岭土打浆具有良好的分散性能的分子量约为5000的聚丙烯酸钠分散剂。

    (7) 颜料分散剂

    将颜料分散在己内酞胺中,用聚丙烯酸钠作分散剂,加热此混合物,可制得聚酞胺模压件。路建美等人通过控制引发剂用量合成了特低分子量(500-700 )的聚丙烯酸钠,可用作丁苯胶乳和颜料的分散剂。给齐鲁石化公司橡胶厂和荷兰公司化工研究院等单位使用,一致认为加入该分散剂能提高机械稳定性,具有良好的耐热性,分散均匀性强,光泽性好,并使产品达到渗透性强等效果。特别是在丁苯胶乳中作分散剂,效果远比DC分散剂好。

    在造纸工业中,铜版纸的涂饰剂里含有大量的白土、碳酸钙、钦白粉等无机颜料(填料)。为了使颜料(填料)颗粒分散均匀,不凝聚结块,可以加入聚丙烯酸钠作分散剂。聚丙烯酸钠不仅能改善颜料的涂布性能,还能提高涂布纸的耐水性和表面光泽,耐晒不泛黄。孙晓日[26]以氧化还原催化剂在较低温度下直接合成了低分子量聚丙烯酸钠,经造纸厂实际应用试验证明,该分散剂可单独或与无机磷酸盐分散剂复配使用,对高岭土、硫酸钡、碳酸钙及其混合体均有良好的分散效果。

   (8) 其它

    武成利等人采用溶液聚合,引发剂过硫酸按引发丙烯酸单体进行聚合,加入链转移剂异丙醇控制聚合物的分子量,合成出低分子量(1000-2000)聚丙烯酸钠,该种聚丙烯酸钠作为水煤浆分散剂,能改善煤粉在水中的分散能力,提高水煤浆浓度,降低水煤浆粘度。

    汪建新等将合成的低分子量聚丙烯酸钠用于制造树脂砂,该砂具有室温固化、节能,具有良好的流动性,型芯尺寸稳定、xx,溃散性好,固化速度快且均匀,广泛应用于铸钢的生产中。

    段洪东等合成的分子量适中、分布较窄的涂料用有机分散剂低分子量(9800)聚丙烯酸钠。与市售产品相比,可明显提高涂布纸的表面强度、表面平滑度和光泽度,降低油墨吸收性。

    在低分子量聚丙烯酸钠还可在金属材料中用作新型的淬火剂;在氯化按等无机盐中作防结块剂;在采矿中作矿物浮选剂等。它在食品工业、皮革工业、印刷业、塑料工业、医药、药学及金属离子废液的金属回收等方面也有应用。

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