Водорастворимые полимеры

- Продукт  для создания защитного слоя  шихта в производстве искусственных  волокон;

- В пищевой  промышленности в качестве эмульгатора;

- Водорастворимые  пленки в процессе изготовления  упаковочных материалов;

- Иммобилизация  клеток и энзимов в микробиологии;

- Производство  поливинилбутиралей;

- В растворах  для глазных капель и контактных  линз в качестве лубриканта;

-В качестве  сурфактанта для получения капсулированных  наночастиц. 

4. Полиакриламид 

Полиакриламид (сокр. ПАА) – общее название группы полимеров и сополимеров на основе акриламида и его производных. 

 

(Элементарное  звено макромолекулы полиакриламида) 

По правилам ИЮПАК основное название поли(2-пропенамид) или поли(1-карбамоилэтилен), общая  формула (-CH2CHCONH2-)n. 

4.1. Получение и химические  свойства 

4.2. Синтез

Основным  методом синтеза полимеров на основе акриламида (АА) и других ненасыщенных амидов является радикальная полимеризация, которую можно проводить всеми  известными способами: в массе кристаллических  и расплавленных мономеров, в растворе, эмульсии и суспензии. Каждый из способов имеет свои особенности, обусловливающие свойства полимеров и технико-экономические показатели производства.  

4.3. Гомогенная полимеризация

К гомогенной полимеризации относятся процессы полимеризации в растворителях,в которых растворимы и мономер, и полимер. Для полиакриамида (ПАА) число таких растворителей невелико: вода, формамид, уксусная и муравьиная кислоты, диметилсульфоксид (ДМСО), а также некоторые водно-органические смеси. Кроме того, ПАА ограниченно растворяется в диметилформамиде (ДМФА), этиленгликоле и глицерине. Полиметакриламид (ПМАА) значительно хуже растворим, чем ПАА. Полимеры N,N-диметил- и N,N-диэтилакриламида растворимы в воде и нерастворимы в углеводородах. Поли-N,N-диэтилакриламид растворим в ацетоне. Полимеры с более длинным алкильным заместителем у атома азота хуже растворяются в воде, но более растворимы в органических растворителях. Поли-N-метил- и поли-N-н-бу-тилметакриламид хорошо растворяются в ДМФА, полимер N-(2-этил-гексил)-метакриламида- в толуоле. Полимеры акрил- и метакрилмо-чевин растворимы в концентрированных растворах хлороводородной кислоты. N-Замещенные акриламиды, как правило, полимеризуются значительно быстрее соответствующих метакриламидных производных. Акриламиды с объемными, например антрахиноновыми, заместителями не вступают в гомополимеризацию.

      Среди способов синтеза полимеров на основе АА важное место занимает полимеризация  в водных растворах. Основными факторами, определяющими распространенность этого способа полимеризации, являются высокие скорости образования полимера и возможность получения в этих условиях полимера с высокой молекулярной массой. Предполагается, что причиной специфического влияния воды на полимеризацию АА является протонирование радикала, приводящее к локализации неспаренного электрона, в результате чего повышается реакционная способность макрорадикала, выражающаяся в высоких значениях константы скорости роста цепи. Взаимное отталкивание одноименно заряженных радикалов ответственно за ограничение константы скорости бимолекулярного обрыва цепи. В непротонированном радикале, существующем при полимеризации в неводных растворителях, сопряжение неспаренного электрона с -электронами группы С=О приводит к стабилизации радикала и уменьшению его активности.

      Кроме того, высокая реакционная способность  АА в водных растворах может быть связана с подавлением автоассоциации молекул этого мономера ввиду  образования ими водородных связей с молекулами воды. В неполярных же растворителях, неспособных образовывать такие связи с АА, мономер находится преимущественно в ассоциированном состоянии в виде циклических димера, тримера и линейных многомолекулярных ассоциатов. С этим предположением согласуются и данные, полученные при полимеризации N-замещенных акрил- и метакриламидов. Так, N-o-метокси- и N-o-этоксифенилметакриламиды полимеризуются в массе значительно быстрее, чем их м- и n-изомеры, поскольку у первых ассоциация молекул отсутствует, а молекулы вторых ассоциированы посредством водородных связей.

В свою очередь, диметил-гидразиды акриловая  кислота (АК) и метакриловая кислота (МАК), в отличие от их гидрохлоридов, не полимеризуются в массе, поскольку  молекулы этих мономеров сильно ассоциированы. В водных же растворах в полимеры превращаются как соли, так и свободные основания. В связи с вышеизложенным АА имеет довольно высокое значение соотношения констант kp/k00,5 (по данным разных авторов для интервала температур 30-60°С оно составляет 3,2-4,4), что наряду с малыми величинами констант передачи цепи на мономер и воду обусловливает возможность получения в водных растворах ПАА со скоростью и молекулярной массой (ММ), недостижимыми при полимеризации в органических растворителях.

        К другим причинам широкого  распространения полимеризации  в воде следует отнести сокращение энергетических затрат на выделение исходного мономера в кристаллическом виде, которое к тому же связано с вероятностью его спонтанной полимеризации, и на регенерацию органических растворителей, снижение загрязнения окружающей среды, а также исключение стадии растворения полимерных реагентов, использующихся, как правило, в виде водных растворов. 

4.4. Промышленное производство

      Широкое производство полиакриламида началось в начале 50-х годов. Устойчивый рост был обеспечен уникальными свойствами полиэлектролита, обеспечившими ему возможность широкого применения в качестве гелеобразователя, плёнкообразователя, флокулянта и коагулянта. 

4.5. Применение

      Основное  применение полиакриламид находит  в качестве недорогого водорастворимого полимера со свойствами полиэлектролита. Ниже приведены основные сферы применения ПАА:

- Очистка  воды. ПАА - хороший и недорогой  коагулянт и флокулянт для  очистки питьевой воды, технологических  сточных вод;

-  Получение  гелей для химического анализа  сложных биологических систем;

-  В  производстве минеральных удобрений;

- В молекулярной  биологии ПАА используется в  качестве поддерживающей среды  для проведения гель-электрофореза  белков и нуклеиновых кислот (т.н.  ПААГ-электрофорез);

- Использование  в нефтяной промышленности для заводнения пластов и проведения ремонтно-изоляционных работ в скважине;

- Полиакриламид  используют в буровых растворах  при нефтедобыче как регулятор  водоотдачи и ингибитор реакции  набухания глины. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5. Полиоксиэтилен 

5.1. Внешний вид

      Маслянистая жидкость или полугель от лимонного  до оранжевого цвета с тонким характерным  запахом и горьковатым вкусом. 

5.2. Назначение

      Эмульгатор, стабилизатор, пенообразователь или  антивспениватель (в зависимости  от среды), улучшитель хлебопекарный, диспергирующий агент. 

5.3. Получение

      На  сложный эфир сорбитана и лауриновой кислоты  проводят полимеризацию  в растворе окиси этилена. При  этом могут реагировать все свободные  и этерифицированные ОН-группы, так  что стеариновая кислота тоже частично перемещается на концы оксиэтиленовых цепей. Примеси: полиоксиэтилены, в т.ч. циклические (например, диоксан), гликоли, остатки растворителей, свободные жирные кислоты. 

5.4. Применение

      Конденсированные  полиоксиэтиленовые цепи придают сложным эфирам сорбитана и жирных кислот высокую термостойкость, высокую устойчивость к гидролизу, водорастворимость (при высоком содержании полиоксиэтиленов), гидрофильный характер, хорошую смачиваемость, независимое от рН действие, высокую активность на границе раздела фаз, диспергирующее действие. Таким образом, полисорбаты являются сильными эмульгаторами типа масло/вода, малозависимыми от свойств диспергируемых фаз.

      Полиоксиэтилены используются в количестве нескольких граммов на килограмм. Основные области использования – создание тонких дисперсий эфирных масел и жирорастворимых ароматизаторов в водных "псевдорастворах"; получение маргаринов, жиров для выпечки и жарения, мороженого, сливок для кофе, кексов и т. п. Полисорбаты создают эмульсии и повышают устойчивость эмульсионных продуктов. С некоторыми консервантами и антисептиками они образуют соединения включения, которые снижают их эффективность.

      В кислых пищевых продуктах полиоксиэтилены  выполняют роль пенообразователей  и стабилизаторов пены, в жирах  для жарки – антивспенивателей. Они регулируют структуру кристаллов жира в маргаринах, жирах для выпечки и т. п. 

5.5. Другие области  применения

  Применяю в качестве эмульгатора, диспергирующего средства и вещества, способствующего растворению как для жирорастворимых веществ в водной фазе, так и для водорастворимых веществ в жировой фазе и восках в фармпрепаратах, в косметических средствах и средствах гигиены, в кормах для животных, особенно в заменителях цельного молока для выпаивания телят, в средствах для обработки почвы. 
 
 

6. Поли-N-винилпирролидон 

      Поли-N-винилпирролидон, аморфный линейный полимер; мол. м. от неск. сотен до неск. сотен тысяч в зависимости от способа получения; т. размягч. 140-1600C; плотн. 1,19 г/см3 (200C); показатель преломления- 1,52; раств. в воде и большинстве орг. р-рителей, не раств. в диэтиловом эфире, алифатич. и алициклич. углеводородах, кокц. водных р-рах солей. Водные р-ры поли-N-винилпирролидонf обладают слабокислой р-цией (рН 5). Зависимость между характеристич. вязкостью [h] и среднемассовой мол. массой( М )  в пределах мол. м. 103-3·106 выражается ур-нием: [h] = 1,4· 10 -7·М (вода, 250C). 

 

6.1.Свойства

      Поли-N-винилпирролидон  практически нетоксичен. Гигроскопичен; полимер, содержащий влагу, теряет способность  растворяться в растворителях, не смешивающихся с водой. При 70-1000C в кислой или щелочной среде раскрывается лактамный цикл и поли-N-винилпирролидон превращается в поли-N-винил-g-аминомасляную кислоту. Для придания водонерастворимости поли-N-винилпирролидон обрабатывают небольшим кол-вом P2S5. Для поли-N-винилпирролидона характерно образование комплексов, в т. ч. с F2 (эта реакция используется для качественного и количественного определения поли-N-винилпирролидона), с красителями, переходными металлами (напр., Co2+ , Zn2+), леккарственными веществами, токсинами, а также водонерастворимых комплексов с полиакриловой или полиметакриловой кислотой, поливиниловым спиртом. 

6.2. Получение

      Получают  поли-N-винилпирролидон полимеризацией N-винилпирролидона (ВП) в присутствии радикальных инициаторов или ионных катализаторов под влиянием тепла, света, g-лучей. В присутствии H2O2 или 2,2'-азо-бис-изобутиронитрила образуется поли-N-винилпирролидон высокой молекулярной массы, в присутствии HNO3 или H2SO4-олигомеры (мол. массой 300-400). В промышленности полимеризацию проводят в водном растворе в присутствии H2O2-NH3 при 50-60 ºС. 

6.3. Применение

      Применяют поли-N-винилпирролидон в медицине как основу кровезаменителя с  дезинтоксикац. свойствамивами, для  пролонгации действия некоторых лекарственных средств (например, новокаина, пенициллина), как связующее и стабилизатор при изготовлении лекарственных таблеток и др. Кроме того, поли-N-винилпирролидон используют в текстильной  промышленности для усиления накрашиваемости синтетических волокон, в косметике как загуститель кремов, в зубных пастах, губных помадах, для изготовления фотоэмульсий и др. 

    Заключение 

    В данной курсовой работе были рассмотрены  основные классы водорастворимых полимеров, физические и химические свойства некоторых  производных полимеров, а так же были представлены методы получения и применения ВРП.

    Нужно отметить, что существование водорастворимых  полимеров открывает огромные возможности  для работы ученых, не только в химической промышленности, но и в медицине, косметологии, в технологии пищевых производств и т. д.

    В заключении можно сделать вывод, что много технологий было открыто, разработано и опубликовано, но на этом наука не останавливается!!