原创《水溶性高分子应用与合成机理》：关于免费合成机理论文范文在这里免费下载与阅读,为您的合成机理相关论文写作提供资料。
摘 要：阐述了水溶性高分子的主要性质及合成机理,为合成水溶性热熔胶奠定理论基础.
关键词：水溶性高分子；聚乙二醇；甲苯-2,4-二异氰酸酯
1 水溶性高分子
水溶性高分子化合物又称为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分散液.水溶性高分子的亲水性,来自于其分子中含有的亲水基团.最常见的亲水基团有羧基、羟基、酰胺基、醚基等.这些基团不但使高分子具有亲水性,而且使它具有许多宝贵的其他性能,如粘和性、成膜性、润滑性、成胶性等.其亲水基团的强弱和数量可以按需要加以调节.活性基团还可以进行再反应,生成具有新官能团的化合物.
水溶性高分子可以分为三大类：天然水溶性高分子、半合成水溶性高分子和合成水溶性高分子.其中合成水溶性高分子不管在国内还是在国外,都是发展最快的品种.原因有多种,首先,合成聚合物具有高效性；其次,合成高分子具有多样化的特性；再次,合成高分子质量有较低的生物耗氧量,这在污水处理方面特别有益.而且,合成的高分子在质量和方面的变通性比天然的高分子要好.水溶性高分子的主要性能有
1.1溶解性
有机化合物的溶解必须具备一个重要的条件,即溶质和溶剂的溶解度参数必须相近.但是,溶解度参数的接近是溶解的必要条件,而不是充分条件,有些溶质和溶剂的溶解度参数很接近,但是很难溶解,原因是溶质具有结晶结构.结晶好的物质由于其分子间的结合力强,使其难于溶解.一般来说,为了提高水溶性,一是在分子中引入足够的亲水集团,二是降低聚合物的结晶度,三是利用聚电解质的反离子力的作用,促使其溶解.此外,高分子在水中的溶解度还因高分子的结构、分子量的不同而不同.而温度是影响高分子溶解度的最重要的外部因素,大多数高分子的溶解度随着温度的升高而增大.
1.2分子量
分子量是对高分子使用功能最有影响的性质之一.水溶性高分子的分子量可以大至几十万,也可以小到几百.每一种水溶性高分子都可以形成一系列分子量不同的牌号,应用在不同的范围内,水溶性高分子的分子量也和其他高分子一样,是一个平均值.实际上的分子链长是不一样的,其长度按几率函数有一个分布曲线.高分子的应用性质不但与平均分子量有关,还与聚合物的分子量分布有关.此外,水溶性高分子还具有流变学特征,电化学性质等多项性能.水溶性高分子化合物是当今最受重视的聚合物之一.不管在生产上还是应用上,都处于迅速发展的阶段.在天然和半天然聚合物领域,研究集中在为客户和应用部门提供解决问题的方法.由于竞争和因此发生的的不断调整,需要持续的努力,以发展便宜的,但是效果相当的代用品.在合成聚合物领域,大部分努力都在开发新的聚合物品种,并使这些品种能在环保允许下得以生产.
2 聚乙二醇
聚乙二醇是合成聚酯的重要原料.它是一种水溶性高分子化合物,根据分子量的大小不同,聚乙二醇物理状态可以从白色粘稠液（分子量200-700）到蜡质半固体（分子量1000-2000）再到坚硬的蜡状固体（3000-20000）.它完全溶于水,并与很多物质相溶,有很好的稳定性和润滑性,低毒且无刺激性.这些性能使聚乙二醇获得了广泛的应用.它可作为配合剂,用于油膏、软膏、雪花膏、洗净剂、润发乳、润滑剂、织物浆料、洗涤剂、木材浸渍剂、乳化剂等.
聚乙二醇在正常条件下是很稳定的,但是在120℃或更高温度下能与空气中的氧气发生氧化作用,用惰性气体（如氮气或二氧化碳）保护,聚乙二醇即使加热到200-240℃也不发生变化.当温度升高到300°C左右,聚乙二醇的链节才会发生断裂和热裂解,加入抗氧化剂可以提高化学稳定性.
3 甲苯-2,4-二异氰酸酯
甲苯-2,4-二异氰酸酯简称TDI,也是合成聚氨酯的重要原料.TDI是无色液体,在制备过程中得到是甲苯-2,4-二异氰酸酯和甲苯-2,6-二异氰酸酯异构体的混合物（结构见图1）,其比例为4：1.在室温时,对位的—NCO基团比在邻位上的反应活性大8—10倍.随着温度的升高,邻位上—NCO基团反应活性的增加,100℃时邻位和对位上的—NCO具有相等的活性.利用在低温时反應活性的不同,能够合成以异氰酸酯为端基的预聚物.
异氰酸酯的反应活性,主要与其基团（—NCO）结构有关.从共振结构式中可以看出,异氰酸酯是亲电试剂.它的这种反应活性,主要是由于分子中的氮、碳、氧原子间的电负性差别所致.在加成反应时,亲电反应试剂使异氰酸酯轨道杂化.由于这种变化,N等于C双键转变为C-X、C-N、N-H单键,从而推动了反应的发生.
4 聚氨酯合成机理及存在问题
异氰酸酯与聚乙二醇的反应主要是异氰酸酯基团（-NCO）与羟基（-OH）的氢反应生成氨基甲酸酯基.由于聚乙二醇和异氰酸酯均含有双官能团,所以可以制成一种具有线性结构的热塑性聚氨酯.合成过程中存在的主要问题有
4.1由于TDI的局部过量所引起的包轴现象,既破坏了整个体系的理想配比,又降低了反应产物的各项性能.如果想得到预期产物,就必须阻止包轴现象.更换大叶轮的搅拌器,增大搅拌功率,使TDI更快更均匀地分散于聚乙二醇中,或者将大液滴以分散性小液滴的形式加入到聚乙二醇体系中,防止TDI自聚所引起的包轴.
4.2如果在高温时滴加TDI,包轴现象明显,并且停止搅拌,包轴的产物也不下去,这是由于当温度升高时,TDI的自聚就越容易发生.为了减少自聚,可以在60℃加料,全部加完时,可以适当升温,加快反应速度.
4.3当聚乙二醇与TDI按（1：1）反应时,生成的产物性能并不理想.而当TDI少量过量时,产物的各项性能却能达到最佳状态.这种状况主要是由TDI的自聚及TDI与其他物质发生反应消耗一部分用量造成的.所以TDI少量过量可作为合成理想产物的一种较为有效的方法.
参考文献
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[2]焦书科,黄次沛,蔡夫柳.高分子化学[M].北京：纺织工业出版社,1994.
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作者简介
闫碧莹（1981.10-）,女,汉族,河北人,单位：乌海职业技术学院,职称：讲师,学历：研究生,研究方向：精细化工产品的开发与应用以及物理化学课程的教学改革.
合成机理论文参考资料：
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