首页化学物理化学化学原理 12 第十章 表面活性剂与高分子.pptx

12 第十章 表面活性剂与高分子.pptx

页数:62页文件大小:481.4 KB来源: 化学原理ppt课件

本课件为表面活性剂与高分子的另一版本讲义,先按亲水基分类讲解阴离子、阳离子、非离子与两性表面活性剂的结构和命名,再说明溶液性质与胶束形成,分析起泡、乳化、增溶、润湿反转与洗净作用及 HLB 值求法,最后介绍高分子的概念、命名与聚乙烯、聚丙烯酰胺、聚氨酯、酚醛与环氧树脂等品种。

课件封面页,列出前言、表面活性剂、高分子与小结四部分
发展页,列出世界与中国表面活性剂品种数量的增长过程
定义页,说明少量存在即能大幅降低表界面张力并给出实例数据
查看本课件的文字版(共 62 页,供检索与复制)

第1页:第十章 表面活性剂与高分子

第十章表面活性剂与高分子前言第一节表面活性剂第二节高分子小结

第2页:表面活性剂的发展过程

第一节表面活性剂(Surfactant,Surface-active agent)发展过程:(世界)1936年,30种→1986年,1400种(中国)1964年,2.26万吨→1979年,60万吨→1986年,110万吨。使用领域:民用、工业洗涤、石油、纺织、农药、医药、冶金、采矿、机械、建筑、航空、食品等。石油工业:钻井:W/O、O/W和泡沫钻井液中,Saa不可缺少;提高钻具的润滑性、钻井液的抗温性、保护油气层、降低钻井液滤失量和粘度等。采油:驱油剂的配制、钢铁缓蚀、稠油降粘、乳化原油的破坏、起泡沫原油的消泡。

第3页:表面活性剂的定义

一、表面活性剂的定义与特点:1、定义:指少量存在就能大大降低表(界)面张力的物质。是最有效的表面活性物质。如:P163表5-1:2.4×10-5mol/LSaa,σ72.0mN/m→30.0mN/m2、特点:(1)分子由两部分组成——亲水部分(极性部分)亲油部分(非极性部分);(2)表面活性剂通过降低净吸引力而降低表面张力;(3)降低界面张力的能力比降低表面张力的能力大;(如P162图5-2)

第4页:两种重要性质

(4)两种重要性质:①在各种界面上吸附——起泡作用(气液)、乳化作用(液液)、润湿反转作用(固液)等;②在溶液中形成胶束——增溶作用。二、表面活性剂的分类和命名离子带电性相对分子质量分类标准阴离子型低分子Saa表面活性剂类别阳离子型非离子型高分子Saa两性离子型

第5页:阴离子型表面活性剂

1、阴离子型:价格、性能适中,数量占一半以上。特点:起活性作用的部分是解离后的阴离子;RCOONa→RCOO-+Na+(一)、低分子表面活性剂——以亲水基命名RCOO-分类:(1)盐型:羧酸盐型RCOONa,磺酸盐型RSO3Na苯磺酸盐型R—SO3Na

第6页:分子结构与命名

分子结构特点:有机酸根与金属离子组成。命名:按盐命名C17H35—COONa十八(烷基)羧酸钠(硬脂酸钠)C12H25—SO3Na十二烷基磺酸钠(2)酯盐型:二元酸或多元酸先与醇反应生成酯,再与碱反应生成酯盐。分子结构特点:分子中既有酯的结构,又有盐的结构。如硫酸酯盐型R—OSO3Na磷酸酯盐型R—OPO3Na2

第7页:酯盐型的命名

命名:按原料和产物命名十二烷基(醇)硫酸(酯)钠(盐),分子式C12H25OSO3Na

第8页:阳离子型表面活性剂

2、阳离子型:价格高、性能好,数量少。特点:起活性作用的部分是解离后的阳离子;分类:(1)胺盐型:伯胺盐酸盐RNH2·HCl或[RNH3]Cl仲胺盐酸盐叔胺盐酸盐R1R2NH·HClR1R1R1N—HCl

第9页:季铵盐与吡啶盐

(2)季铵盐型:R1R1R1N—R4[]Cl(3)吡啶盐型:[R—N]Cl注:胺——有机胺,三价胺,指NH3中的H被R取代;氨——无机氨,指无R与N相连的NH3气体;铵——指NH4+中的H被R取代。命名:按盐命名如[C12H25—NH3]Cl十二烷基氯化胺

第10页:十二烷基三甲基氯化铵

[C12H25—NCH3CH3CH3] Cl十二烷基三甲基氯化铵缺点:价格高。用途:可用作杀菌剂。3、非离子型:包括酯型、醚型、胺型、酰胺型、酯醚型。特点:在水中不解离,亲水基基本上由—CH2CH2O—、—O—、—OH、—CONH2组成。分类:(1)酯型RC—OR´O①

第11页:酯型非离子表面活性剂

亲油基亲水基山梨糖醇酐脂肪酸酯(斯盘型,Span)若R=C17H33,为Span 80(山梨糖醇酐油酸酯)R=C17H35,为Span 60(山梨糖醇酐硬脂酸酯)②RC—O [ CH2CH2O]nH聚氧乙烯酸酯-nO

第12页:醚型与胺型

(2)醚型:①平平加型:聚氧乙烯烷基醇醚R—O [ CH2CH2O ]nH②OP型:聚氧乙烯烷基苯酚醚R——O [ CH2CH2O ]nH(3)胺型:RNH2R—N(CH2CH2O )n1H(CH2CH2O )n2H注:n越大,亲水性越强。(4)酰胺型:RC—NH2OR—C—NO(CH2CH2O )n1H(CH2CH2O )n2H注:在进行亲水基、亲油基划分时,O、S、N原子均在亲水基。

第13页:混合型非离子表面活性剂

(5)混合型(酯醚型)如山梨糖醇酐脂肪酸酯聚氧乙烯醚,Tween型(吐温型)若R=C17H33,为Tween 80R=C17H35,为Tween 60命名:按原料和产物结构,如C12H25—O [ CH2CH2O ]nH聚氧乙烯十二烷基醇醚-nC9H19——O [ CH2CH2O ]nH聚氧乙烯壬基苯酚醚-n

第14页:聚氧乙烯链的亲水性

非离子表面活性剂的亲水性靠聚氧乙烯链,为什么聚氧乙烯链具有亲水性呢?在无水时OOOOCH2CH2CH2CH2CH2CH2在有水时CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2OOOOOOOH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2O

第15页:两性表面活性剂

4、两性表面活性剂特点:起活性作用的部分带有两种电学性质(非-阴,非-阳、阴-阳)。分类:非-阴:C12H25—O[CH2CH2O]nSO3Na聚氧乙烯十二醇醚硫酸(酯)钠(盐)C12H25—N(CH2CH2O )n1H(CH2CH2O )n2H非-阳:CH3[]+Cl-二[聚氧乙烯]十二烷基甲基氯化铵

第16页:两性表面活性剂(阴-阳)

阴-阳:C12H25—NCH2CH3CH2CH3C2H4COO-十二烷基二乙铵基丙酸内盐

第17页:英文代号与商品名

英文代号和习惯的商品名称AS——烷基磺酸钠ABS——烷基苯磺酸钠SDS——十二烷基硫酸钠K12AES——十二醇聚氧乙烯醚硫酸钠DTC——十二烷基三甲基氯化铵CTAB——十六烷基三甲基溴化铵平平加—聚氧乙烯烷基醇醚(Peregal)OP——聚氧乙烯烷基酚醚AEO——脂肪醇聚氧乙烯醚(Alcohol Ethoxylate)SPAN——山梨糖醇酐脂肪酸酯TWEEN——斯盘与环氧乙烷的反应物尼纳尔——十二酰二乙醇胺(Ninol)尼凡丁——聚氧乙烯脂肪胺(Neovadine)

第18页:聚醚型高分子表面活性剂

(二)高分子表面活性剂1、聚醚型非离子CH3—CH—O ( C3H6O )m( C2H4O )nHCH2—O ( C3H6O )m( C2H4O )nH聚氧乙烯聚氧丙烯丙二醇醚m=17,n=53时,代号为“2070”:分子式中聚氧丙烯链的原子相对分子质量约为2000,而聚氧乙烯链原子相对分子质量占整个分子相对分子质量的70%。

第19页:阴离子型高分子表面活性剂

特点:亲油基由环氧丙烷聚合而成,有浊点。主要用作破乳剂。2、阴离子型:(CH2—CH )n( CH2—CH )mC8H17SO3Na辛基苯乙烯-苯乙烯磺酸钠共聚物3、阳离子型:[CH2—CH ]nC12H25N+Cl-聚-4-乙烯十二烷基氯化吡啶

第20页:极稀溶液

三、表面活性剂溶液的性质1、极稀溶液(1)分子分布有一个动平衡溶液中单个活性剂分子吸附层中活性剂分子Us↓扩散(2)活性剂分子平铺于界面,对表面张力影响大。

第21页:稀溶液

2、稀溶液(1)分子分布有两个动平衡活性剂在溶液中结合体吸附层中活性剂分子Us↓扩散(2)活性剂分子倾斜于界面,对表面张力影响变小。溶液中单个活性剂分子热运动极性相近3、浓溶液(1)分子分布有两个动平衡活性剂在溶液中的缔合分子吸附层中活性剂分子Us↓扩散(2)活性剂分子在界面达到饱和吸附层,对表面张力无影响。溶液中单个活性剂分子热运动极性相近

第22页:胶束与临界胶束浓度

(3)胶束①什么叫胶束?表面活性剂超过了某一特定浓度就会在溶液内部缔合形成的分子集团。②什么情况下形成胶束?达到临界胶束浓度。临界胶束浓度cmc(critical micelle concentration):表面活性剂在溶液中开始明显形成胶束的浓度。③如何判断胶束的形成?A.测表面张力:表面张力开始不变的浓度。B.测电导率:电导率突变的浓度。Cσ解释:对于离子型表面活性剂,表面活性离子形成的胶团带有很高的电荷,由于静电引力的作用,在胶团周围就会吸引一些相反电

第23页:cmc 之后的当量电导

荷的小离子,这就相当于有一部分正负电荷相互抵消了。另外形成高电荷胶团后,反离子形成的离子棼的阻滞力大大增加。因此,溶液的当量电导在cmc之后随浓度的增加迅速下降。四、表面活性剂的作用及其分子结构1、起泡和乳化作用(1)起泡剂的分子结构:起泡剂应满足下面两个条件:①易产生泡沫:吸附于气液界面→σ↓,Us↓→使产生泡沫所要做的表面功↓↓。这就要求:“对应一个亲水基,要求亲油基有一个适当长度的烃链。”如:R—OSO3Na(烷基硫酸钠)R:C14~C16R—SO3Na(烷基磺酸钠)R:C13~C14R—COONa(烷基羧酸钠)R:C12~C14R—O [ CH2CH2O ]nH(聚氧乙烯烷基醇醚,n=5~6)R:C12

第24页:起泡剂的分子结构

②产生的泡沫稳定:活性剂吸附于气液界面,形成具有一定强度的保护膜。这就要求:“亲油基无分支,亲水基无分支(即不能有两个或两个以上的亲水基)”(2)乳化剂的分子结构:①对分子结构的要求同起泡剂。②两种类型的乳化剂A.O/W型乳化剂:亲水基的亲水能力稍大于亲油基的亲油能力。R:C10~C20亲水基:—OSO3Na,—SO3Na,—COONa,—O [ CH2CH2O ]5~100H

第25页:油包水型乳化剂

B. W/O型乳化剂:亲水基的亲水能力稍小于亲油基的亲油能力。R:C10~C20亲水基:—COO—SO3—COOH,—OH,—O [ CH2CH2O ]2~3H—COOCa—SO3Mg2、增溶作用(Solubilization)(1)什么叫增溶作用?非极性的碳氢化合物如苯等不能溶解于水,却能溶解于浓的肥皂(表面活性剂)溶液中。如100g水溶解苯0.07g,100g20%油酸钠水溶液溶解苯9g。增溶作用:指表面活性剂使难溶的固体或液体的溶解度显著增加的作用。

第26页:增溶与乳化的比较

(2)增溶和乳化、溶解的不同①增溶和乳化的比较A.宏观上,增溶作用可以使被溶物的化学位大大降低,是一个自发的过程,所形成的体系是一个稳定体系。乳化作用需要做功,不是自发的。实验侧得己烷被不断增溶时的蒸气压下降,由热力学公式μ = μ0+ RT㏑p,p↓μ↓体系越稳定。B.微观上,增溶作用是溶质在胶束内部的溶解,不增加界面,因而是稳定的。而乳化作用是增加界面,体系的界面能增加,因而是不稳定的。②增溶和溶解的比较A.宏观上,增溶后形成的体系和溶解形成的体系都不存在两相,呈透明状态。但溶解作用会使溶剂的依数性质(沸点升高、凝固点下降、渗透压上升等)有很大改变;增溶作用对溶剂的依数性质影响很小。

第27页:增溶与溶解的微观区别

B.微观上,溶解作用使溶质分子在溶剂分子中均匀分散,而增溶作用并未把溶质拆开成分子或离子,而是“整团”集中在胶束内部,因而质点数目没有改变,从而依赖于质点数目的溶液依数性不会改变。(3)增溶剂的分子结构:①烃基(亲油基)最好没有分支;②烃基(亲油基)最好只有一个亲水基;③亲水基最好在烃基的一端。3、润湿反转作用(1)吸附型润湿剂:通过降低表面能的吸附来改变固体表面润湿性的润湿剂。分子结构:①有分支:在溶液中不利于形成缔合分子和胶束,而有利于在表面上吸附改变固体表面的润湿性。②亲水剂和亲油基有一定的平衡关系。

第28页:反应型润湿剂

(2)反应型润湿剂:通过与表面反应来改变固体表面润湿性的润湿剂。砂岩表面的两面性:羟基化(砂岩表面水化作用的结果)、带负电(晶格取代、羟基解离或负离子的吸附)。①能与表面羟基反应的润湿剂:②能与负电表面反应的润湿剂

第29页:吸附层强度的比较

注意:反应型润湿剂比吸附型润湿剂所形成的吸附层强度高,因为前者是化学吸附层,后者是物理吸附层。4、洗净作用即洗涤作用,指表面活性剂使一种液体将其它物质从固体表面洗脱下来的作用。是一个比较复杂的过程,与润湿、起泡、乳化、增溶等作用都有关系。良好的洗净剂应该满足下述条件:(1)具有良好的润湿性能,使它与被清洁的固体表面有充分的接触;(2)能有效地降低被清洗固体与水及污垢与水的界面张力,使污物与固体的粘附功变小而使污物脱落。污物与固体单位面积的粘附功Wa=σD-W+σS-W–σS-DσD-W↓,σS-W↓ →Wa↓

第30页:洗净作用

(3)有一定的起泡、乳化、增溶作用,及时把除下的污物分散;(4)能在洁净固体表面形成保护膜而防止污物重新沉积。因此,洗净剂往往含有润湿剂、起泡剂、乳化剂等各种物质。五、表面活性剂的HLB值(一)表面活性剂亲水亲油性的定性判别

  • cmc法:在水中的cmc越大,亲水性越强。
  • 溶度法:溶度↑,亲水(油)↑
  • Krafft点法:Krafft点↑,亲油性↑Krafft点:将离子型表面活性剂的溶液加热,当溶度迅速增大时的温度值。对于同系物,碳氢链越长,Krafft点越高。Krafft点对应活性剂的浓度就是cmc。

第31页:浊点法

4、浊点法:对于具有聚氧乙烯基的非离子表面活性剂,浊点↑,亲水性↑。(二)表面活性剂亲水亲油性的定量判别——HLB值法1、HLB(HydrophileLyophileBalance)值:表示表面活性剂的亲水能力对亲油能力平衡关系的数值(亲水亲油平衡值)。HLB值↑,亲水性↑2、HLB值的测定方法——乳化法:可概括为一个现象、两个标准、三个步骤。一个现象:乳化现象。两个标准:设定亲油性表面活性剂油酸的HLB值=1设定亲水性表面活性剂油酸钠的HLB值=18三个步骤:(1)用标准表面活性剂配制不同HLB值的混合表面活性剂。如:30%油酸+70%油酸钠HLB=1×30%+18×70%=12.9

第32页:油乳化的 HLB 要求值

(2)用混合表面活性剂将油乳化,求油乳化的HLB要求值。如将煤油乳化成最稳定的O/W乳状液时的混合活性剂的HLB值为12.5,则煤油乳化成O/W乳状液的HLB要求值为12.5。(3)测定被测活性剂和标准活性剂使煤油乳化最好的比例。如:若未知活性剂:标准活性剂(油酸钠)=0.55:0.450.55×HLB+0.45×18=12.5则HLB=83、HLB值的计算方法——基数法和质量分数法:(1)基数法:适用于阴离子和非离子表面活性剂。HLB=7+∑H-∑L式中,∑H——亲水基的基数总和,∑L——亲油基的基数总和。例:C12H25SO3Na的HLB值=7+11.0-12×0.475=12.3;C17H33COOH的HLB值=7+2.1-17×0.475=1.0。

第33页:HLB 的质量分数法

(2)质量分数法:适用于具有聚氧乙烯基的非离子表面活性剂。HLB=亲水基质量亲水基质量+亲油基质量×20例:C12H25O [ CH2CH2O ]5H亲水基质量237,亲油基质量169,HLB=11.7CH3—CH—O ( C3H6O )17( C2H4O )53HCH2—O ( C3H6O )17( C2H4O )53H2070:亲水基质量4666,亲油基质量2046,HLB=13.9

第34页:复合表面活性剂的 HLB 值

4、复合表面活性剂HLB值的确定方法:HLB=∑(HLBi·Wi)式中,HLBi——第I种表面活性剂的HLB值;Wi——第I种表面活性剂的质量分数。例:某复合表面活性剂含油酸钠40%,十四烷基苯磺酸钠40%,斯盘80 20%,则该复合表面活性剂的HLB值=∑(HLBi·Wi)=18×40%+11.7×40%+2.1×20%=12.35、HLB值与应用的关系:15~1813~1512~157~183~61~3HLB值增溶剂洗净剂润湿剂O/W乳化剂、起泡剂W/O乳化剂消泡剂应用

第35页:烷基磺酸钠

六、重要的表面活性剂1、烷基磺酸钠(代号AS)(1)制备:原料为石油馏分R—H+Cl2+SO2R—SO2Cl R—SO3Na紫外光28~35℃NaOH(R:C12~C18)烷基磺酰氯(2)性质:由C12~C18制成的R—SO3Na水溶,随碳原子数增加,水溶性减小;当碳原子数大于20时,则变为油溶。2、烷基苯磺酸钠(代号ABS)(1)制备:原料为石油馏分R—H+Cl2R—ClR—紫外光60~70℃苯Al/70~75℃H2SO430~40℃

第36页:烷基苯磺酸钠与季铵盐

R——SO3HNaOHR——SO3Na(2)性质:同烷基磺酸钠,苯环相当于4个碳原子。3、季铵盐型(1)制备:由叔胺与卤代烷反应生成。C18H37—N +CH3CH3CH3Cl30~40℃[ C18H37—N ] ClCH3CH3CH3(2)性质:抗酸、碱、盐的能力强,低浓度下与阴离子型表面活性剂具有协同作用,高浓度时则发生沉淀。

第37页:聚氧乙烯烷基醇醚

4、聚氧乙烯烷基醇醚(平平加型)(1)制备:由烷基醇和环氧乙烷反应生成。R—OH+nCH2—CH2NaOHO28~35℃/0.2~1.2MPaR—O [ CH2CH2O ]nHn=1~100(R:C10~C20)(2)性质:①在水中的溶解度随着温度升高而下降(∵氢键随温度升高而减弱),有浊点;②抗钙、镁等无机离子的能力强,适于高矿化度地层。5、聚氧乙烯烷基酚醚(OP型)(1)制备:由烷基苯酚和环氧乙烷反应生成。R——OH+nCH2—CH2ONaOH28~35℃/0.2~1.2MPaR—O [ CH2CH2O ]nHn=1~100(R:C8~C12)(2)性质:同平平加型。

第38页:斯盘型与吐温型

6、斯盘型和吐温型(1)制备:斯盘型由脂肪酸和山梨糖醇酯化反应生成。R=C17H33时,Span 80R=C17H35时,Span 60吐温型由斯盘型和环氧乙烷反应生成。R=C17H33时,Tween 80R=C17H35时,Tween 60(2)性质:Span型油溶,Tween型水溶。

第39页:聚醚型表面活性剂

7、聚醚型(1)制备:以2070为例。(2)特点:亲油基为聚氧丙烯链,亲水基为聚氧乙烯链。8、非离子-阴离子型(1)类型:①非离子-羧酸盐型R—O [ CH2CH2O ]nR′COOM②非离子-磺酸盐型R—O [ CH2CH2O ]nR′SO3M③非离子-硫酸酯盐型R—O [ CH2CH2O ]nSO3M④非离子-磷酸酯盐型R—O [ CH2CH2O ]nPO3M2

第40页:非离子阴离子型与含氟表面活性剂

(2)特点:①水溶性好,耐盐能力强;②非离子-磺酸盐型抗温抗盐能力最好。9、含氟表面活性剂(1)定义:碳链中的氢原子为氟原子取代的表面活性剂。(2)制备:将表面活性剂在无水氟化氢中电解制得。(3)特点:①表面活性高;②化学性质稳定:耐酸、碱,抗高温、抗氧化。

第41页:第二节 高分子

第二节高分子(Polymer)石油工业:钻井:絮凝剂(PAM、PHP、VAMA)、降粘剂(FCLS、XY27)、降滤失剂(CMC、SMP、SPNH、SLSP、SCSP)、防塌剂(SAS、KHm、)、增粘剂(HEC、XC、PAC)。采油和集输:防砂剂、防腊剂、堵水调剖剂、粘土稳定剂、原油降凝剂、减阻剂等。一、基本概念1、高分子化合物:指相对分子质量从几千到几十万、几百万甚至上千万的一类化合物,是由许多简单的结构单元用共加键相继连接而成,又称聚合物。2、单体、聚合度、链节、链节数单体——合成聚合物所用的低分子原料。

第42页:聚合度与链节

聚合度——聚合物分子中所含单体单元的数目,用DP或P表示。链节——聚合物分子中重复出现的简单结构单元(聚合物长链中的一环)。链节数——链节的数目称为链节数,以n表示。举例说明:(1)用丙烯腈合成聚丙烯腈n H2C=CH—CN引发剂……CH2CH—CH2CH—CH2CH……CNCNCN简写为[CH2CH ]nCN单体:H2C=CH—CN聚合度:P=n链节:[CH2CH ]CN链节数:n

第43页:尼龙-66 的合成

(2)用己二胺和己二酸合成尼龙-66nNH2( CH2)6NH2+ nHOOC ( CH2)4COOHH [ NH ( CH2)6NHCO ( CH2)4CO ]nOH + (2n-1)H2O单体:NH2( CH2)6NH2、HOOC ( CH2)4COOH聚合度:P=2n链节数:n链节:[ NH ( CH2)6NHCO ( CH2)4CO ]通过高分子的相对分子质量和链节的相对分子质量可求得链节数:链节数=高分子的相对分子质量链节的相对分子质量

第44页:分子间力大

二、高分子的特点1、分子间力大:相对分子质量大,弥散力大。2、构象多(线型高分子),具有柔顺性构象——分子在运动中的各种形象。这是由于分子中的原子围绕单键旋转而使原子在空间有不同的排列方式。

第45页:构象多

3、多分散性高分子化合物在形成过程中,由于反应条件的变化,反应几率的不同,所生成的高分子相对分子质量就不会完全相同,即使是一种纯粹的高分子,也是由组成相同而大小不同的分子所组成同系物的混合物。高分子相对分子质量的这种不均一性称为高分子的多分散性,从而决定高分的相对分子质量为平均相对分子质量,平均方法不同,分别得四种不同的平均相对分子质量——Mrm、Mrw、Mrz、Mrv。三、聚合反应(Polyreaction)1、加聚反应:由许多相同或不相同的低分子化合为高分子但无任何新的低分子产生的过程。(1)均加聚反应——只用一种单体进行的加聚反应。所制得的聚合物链中只有一种单体单元,为均加聚物。如乙烯、聚丙烯酰胺。(2)共加聚反应——两种或多种单体共同参加的加聚反应。产物分子链由两种或多种单体单元组成,为共加聚物。如SSMA。

第46页:多分散性

★命名:①由均加聚反应生成的均聚物在单体前加“聚”,如乙烯生成聚乙烯。②若由共加聚反应生成的共聚物,则在合成单体后加“共聚物”,如醋酸乙烯酯和顺丁烯二酸酐通过共聚合反应生成醋酸乙烯酯-顺丁烯二酸酐共聚物(VAMA)。2、缩聚反应:具有两个或两个以上反应官能团的低分子化合物,通过多次缩合生成聚合物,并伴随着新的小分子物质(如水、氨、醇、卤化氢等)生成的反应。(1)均缩聚反应——只用一种单体进行的缩聚反应,所制得的产物为均缩聚物。如由乙二醇合成聚乙二醇。(2)共缩聚反应——用多种单体进行聚合,产物称为共缩聚物。如用己二胺和己二酸合成尼龙-66。nNH2( CH2)6NH2+ nHOOC ( CH2)4COOHH [ NH ( CH2)6NHCO ( CH2)4CO ]nOH + (2n-1)H2O

第47页:加聚物的命名

★命名:①由均缩聚反应生成的均缩聚物在合成单体前加“聚”,如聚乙二醇。②由共缩聚反应生成的共缩聚物,则在合成单体后加“树脂”,如由苯酚和甲醛合成的共缩聚物称为酚醛树脂。四、高分子的结构和分类1、高分子的结构(1)直链线型:可溶、可熔,有弹性和塑性。如聚丙烯腈。(2)支链线型:同直链线型,如支链淀粉、高压聚乙烯。(3)交联体型:不溶、不熔,脆性大,无弹性和塑性。

第48页:缩聚物的命名

2、高分子的分类(1)按结构:线型和体型,体型又可分为直链和支链两种。(2)按性质:按溶解性质可分为水溶(如HPAM)、油溶(聚苯乙烯)和油水均不溶(聚氨基甲酸酯)三种。按热性质可分为热塑性(加热流动,冷后固结,加热又流动)和热固性(加热固化、再加热不熔化)两种。(3)按来源:生化高分子(黄胞胶)、天然高分子及其衍生物(纤维素、田箐胶、单宁、褐煤)、合成高分子。五、常用高分子1、聚乙烯(1)制备:低压聚乙烯

第49页:高分子的分类

高压聚乙烯:高温(170~200℃)、高压(120~200MPa)和氧引发下聚合,在分子内和分子间发生链转移,产生很多支链,属于支链线型聚合物(支链度:1000个碳原子的甲基数4.5~21.5)。(2)性质:①白色固体,密度、硬度、溶点低;②溶于油、不溶于水,有好的绝缘能力;③对酸碱稳定(浓硝酸除外)。

第50页:高压聚乙烯

(3)作用:防腊高压聚乙烯具有很多支链,在浓度很小的时候就能形成遍及整个原油的网络结构,使石蜡在网络结构上析出并彼此分离,不能互相聚结长大,也不易在钢铁表面沉积,很易为油流带走。2、聚丙烯酰胺(1)制备:(2)性质:①白色固体,220~230℃软化,水溶液93℃开始降解,不溶于油、溶于水;②与碱反应注:同浓度的水溶液:ηHPAM>ηPAM,因为HPAM链节间的静电斥力,高分子松散。

第51页:与酸反应

③与酸反应:分子内亚胺化分子间亚胺化④与醛反应:

第52页:聚丙烯酰胺的降解

⑤降解反应:高分子在物理或化学因素作用下发生的相对分子质量降低的反应。光、热、机械降解氧化降解

第53页:交联反应与用途

⑥交联反应:线型高分子通过分子间化学键的形成而产生体型高分子的过程。(3)作用:①非离子聚丙烯酰胺(PAM)可用作钻井液非选择性絮凝剂;②部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)可用作钻井液选择性絮凝剂;③阳离子聚丙烯酰胺可用作水处理和粘土稳定剂;④交联聚丙烯酰胺可用做注水井调剖剂、油井堵水剂和油水井压裂液;⑤水解聚丙烯酰胺和部分水解聚丙烯酰胺是聚合物驱的主要物质。

第54页:聚氨酯的制备

3、聚氨基甲酸酯(聚氨酯)(1)制备:多羟基化合物(含有两个或两个以上羟基)与多异氰酸酯(含有两个或两个以上异氰酸基—NCO)聚合。

第55页:聚氨酯的性质与应用

分子结构特点:有氨酯键。线型聚氨基甲酸酯+甲苯二异氰酸酯→体型聚氨基甲酸酯(2)性质:体型油水不溶、对酸碱稳定。(3)应用:线型用作选择性堵水剂(线型溶于水,遇水在交联剂存在下生成体型分子,而遇油则不发生反应)、防腊、防腐等。4、酚醛树脂(1)制备:苯酚与甲醛在碱性催化剂作用下,当甲醛过量时生成热固性酚醛树脂,继续加热可成交链体型分子。

第56页:热塑性酚醛树脂

在酸性催化剂作用下,当苯酚过量时生成热塑性酚醛树脂。(2)性质:①热固性酚醛树脂橙黄色到红棕色粘稠液体,易溶于丙酮、乙醇,微溶于水,不溶于汽油、煤油、柴油、苯、甲苯、二甲苯等非极性溶剂。②热塑性酚醛树脂黄色到棕色透明固体,升温软化、液化,冷却硬化、固化。③两者与环氧乙烷反应均可制得水溶性增粘剂。(3)用途:①热固性酚醛树脂可用作封堵剂和胶结剂。②热塑性酚醛树脂可用作绝缘材料。

第57页:脲醛树脂

5、脲醛树脂(1)制备:尿素与甲醛在碱性催化剂作用下,当甲醛过量时生成热固性脲醛树脂,继续加热可成交链体型分子。(2)性质:无色到浅色粘稠液体,易溶于丙酮、乙醇,微溶于水,不溶于非极性溶剂。与环氧乙烷反应可制得水溶性增粘剂。(3)用途:可用作封堵剂和胶结剂。

第58页:环氧树脂

6、环氧树脂(1)制备:环氧氯丙烷与二酚基丙烷在碱催化下制得。(2)性质:淡黄色粘稠液体或琥珀色热固性固体。可与交联剂反应生成体型分子。(3)用途:可用作防砂剂、堵水剂和胶结剂。

第59页:单糖

7、聚糖(1)单糖:通式CnH2nOn,n=6时为葡萄糖。1C上羟基在下的葡萄糖为α-葡萄糖,1C上羟基在上的葡萄糖为β-葡萄糖。葡萄糖两种结构式

第60页:聚糖与纤维素

(2)聚糖:如纤维素和豆胶。纤维素是β-葡萄糖通过1,4碳原子上羟基缩聚而成。纤维素的水解纤维素的降解主要的纤维素产品有钠羧甲基纤维素、羟乙基纤维素,两者均可用作增粘剂。

第61页:豆胶与生化高分子

豆胶:半乳甘露聚糖聚糖的共同性质:①降解反应:包括水解和氧化反应;②交联反应:可交联成体型高分子。8、生化高分子:主要有黄胞胶(1)结构:相对分子质量为200万,侧链阻碍主链的卷曲。(2)性质:耐盐、耐剪切、增粘能力好,但易氧化降解,热降解(80℃)和生物降解。

第62页:结束页

谢谢大家,再见!

顶部目录