聚氧化乙烯(PEO)25736-86-1
聚氧化乙烯(PEO)又稱聚環(huán)氧乙烷,是一種結(jié)晶性、熱塑性的水溶性聚合物。其工業(yè)產(chǎn)品的分子量可以在很大的范圍內(nèi)變動(dòng)。相對(duì)分子質(zhì)量200~20000的產(chǎn)品被稱為聚乙二醇(PEG),它們是粘性液體或蠟狀固體:分子相對(duì)質(zhì)量1x105~1x106的產(chǎn)品被稱為聚氧化乙烯,它們是白色可流動(dòng)粉末,分子結(jié)構(gòu)為(CH2CH2O),此類樹脂活性端基的濃度較低,沒有明顯的端基活性。由于其存在C-O-C鍵,通常具有柔順性,可和電子受體或某些無機(jī)電解質(zhì)形成締合物。此外因氫鍵的形成,又使其成為一種水溶性聚合物。這些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使PEO具有多種用途。
1 聚氧化乙烯的物理性質(zhì)
PFC為白色水溶性的熱塑性材料。相對(duì)分子質(zhì)量105~107的PEO具有高度有序結(jié)構(gòu),呈結(jié)晶態(tài),熔點(diǎn)65±2℃,能完全溶于水,可溶于部分有機(jī)容劑,溶液粘度高。高分子量PEO有絮凝作用。
1.1 結(jié)晶性
高分子量PEO晶體是球形結(jié)構(gòu),如果將其熔鑄膜適當(dāng)退火就會(huì)產(chǎn)生層伏結(jié)構(gòu)。PEO樹脂的密度實(shí)際測定為1.15~1.26g/cm3,按晶胞尺寸計(jì)算其結(jié)晶密度(20℃)應(yīng)為1.33g/cm3
1.2 水溶性及水溶液性質(zhì)
室溫下,PEO可以和水以任意比例互溶。相對(duì)分子質(zhì)量為104左右的樹脂水溶液在1%時(shí)就出現(xiàn)拉絲性能,2%時(shí),溶液為非粘性的彈性凝膠。當(dāng)高于2%時(shí),溶液就變?yōu)閳?jiān)韌的橡膠狀的水塑性聚合物。PEO水溶液的粘度主要取決于溶液的濃度、樹脂的分子量、溶液溫度、溶液中無機(jī)鹽的濃度以及剪切速率等因素。高分子量PEO對(duì)懸浮水中的固體顆粒有很好的絮凝作用,分子量越高,其絮凝性能越好。把PEO溶液加到流體管道中可以降低流體湍流的摩擦阻力,即使?jié)舛葮O低也特別有效。
1.3 非水溶液性質(zhì)
PEO可以溶解在多種通用有機(jī)溶劑中,如乙腈、苯甲醚、氯仿、二氯乙烷、二甲基甲酰胺等,但不溶于脂肪烴、二甘醇、乙二醇和甘油。
1.4 固體樹脂的性質(zhì)
PEO具有可延伸性,當(dāng)溫度高于樹脂熔點(diǎn)時(shí),高分子量的PEO成為熱塑性物質(zhì)。有時(shí)需要在樹脂中加入增塑劑或其它熱塑性樹脂,一方面便于加工,另一方面也使PEO具有良好的復(fù)合性能。PEO雖然易溶于水,但和其它水溶性樹脂相比,其吸溫性非常低,這是由
于其結(jié)晶度高的緣故。PEO和一些樹脂有較好的相容性,從而為PEO的改性提供了有利條件。
2 聚氧化乙烯的化學(xué)性質(zhì)
2.1 絡(luò)合性
PEO有醚氧非共用電子對(duì),對(duì)氫鍵有很強(qiáng)的親合力,可以和許多有機(jī)低分子化合物、聚合物及某些無機(jī)電解質(zhì)形成絡(luò)合物。形成的絡(luò)合物性質(zhì)明顯不同于原來的任何一種物質(zhì)的性質(zhì),包括熔點(diǎn)、熱穩(wěn)定性和沉淀物的形態(tài)等??膳cPEO形成絡(luò)合物的有機(jī)物有聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、馬來酸酐與丙烯酸共聚物、兒茶酚單寧、α-萘酚、三羥甲基酚、酚醛樹脂、尿素、D硫脲和朋膠等??膳cPEO形成絡(luò)合物的無機(jī)物有氟化胺、氟化鈉、溴、碘、鉀、汞的鹵化物,硫氰酸銨、硫氰酸鉀等。
2.2 氧化性
PEO由于分鏈上存在大量的醚鍵,因此很容易受到氧的攻擊而發(fā)生降解。高溫加工時(shí)、氧化降解會(huì)使熔體粘度隨時(shí)間而迅速下降。某些重金屬離子、氧化劑和紫外線都會(huì)加速其氧化降解的進(jìn)程。抑制氧化降解的方法是添加抗氧化的穩(wěn)定劑,如吩噻嗪、防老劑BHT、BHA、水楊酸酯等。
3 制備和加工方法
PEO由環(huán)氧乙烷在催化劑作用下開環(huán)聚合制得。—般地,陽離子和陰離子引發(fā)聚合通常得到的PEO分子量比較低。欲制備高分子量的PEO主要用配位陰離子聚合方法。配合陰離子聚合催化劑一般含有金屬一氧—金屬結(jié)構(gòu)。雖然文獻(xiàn)中有關(guān)環(huán)氧乙烷聚合的催化體系報(bào)道較多,但真正有工業(yè)價(jià)值的較少。
PEO樹脂和其它熱塑性聚合物同樣可在通常的熱塑性塑料加工設(shè)備上采用擠出、模塑和壓延等加工工藝以制備薄膜、片材或其它成型品。
4 聚氧化乙烯產(chǎn)品規(guī)格
PEO最主要的質(zhì)量控制指標(biāo)是分子量范圍以及與分子量有關(guān)的樹脂的水溶液粘度等。下面分別是美國、日本和我國PEO產(chǎn)品質(zhì)量規(guī)格(表1、表2和表3)。
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表1 美國polyox樹脂規(guī)格 牌號(hào) 相對(duì)分子質(zhì)
標(biāo)冷樹脂 Brookfield 粘度(25℃) 量近似值 質(zhì)量分?jǐn)?shù)/% 軸號(hào) 轉(zhuǎn)數(shù)(/r.min-1) /Pa.s 混凝劑
5x106 1.0 2 2 5500min WSR-301
4x106 1.0 1 2 1650~5000 WSR-N-60K
2x106 2.0 3 10 2000~4000 WSR-N-12 K
1X106 2.0 1 10 400~800 WSR-1105
9x106 5.0 2 2 8800~17600 WSR-205
6x106 5.0 2 2 4500~8800 WSR-N-3000
4x106 5.0 1 2 2250~3350 WSR-N-750
3x106 5.0 1 10 600~1200 WSR-N-80
2X106 5.0 1 50 65~115 WSR-N-10
1x106 5.0 1 50 12~50
表2 日本PEO相對(duì)分子質(zhì)量范圍
商品牌號(hào) 質(zhì)量分?jǐn)?shù)/% 粘度/Pa•s 平均相對(duì)分子質(zhì)量/x104
PEO-1 5 0.045~0.1 16~20
PEO-3 3 0.25~0.66 50~70
PEO-8 2 0.7~2.5 100~170
PEO-15 1 1.1~1.7 300~400
PEO-18 0.5 0.28~0.4 400~500
表3我國PEO產(chǎn)品規(guī)格
名 稱 產(chǎn)品指標(biāo)
外觀 白色小顆粒,粉末
熔點(diǎn)/℃ 66~70
表觀密度/(kg.L-1) 0.15~0.30
真密度/(kg.L-1) 1.15~1.2
灰分(以Cao計(jì))/% 相對(duì)分子質(zhì)量 熱分解溫度/℃ 水溶液PH值 離子性 脆點(diǎn)/℃
0.3~0.8 1x105~6x106 423~425 6.5~7.0 非離子 -50
5 聚氧化乙烯的用途
由于PEO低毒且具有完全的水溶性,優(yōu)異的溶液流變性,與有機(jī)溶劑的結(jié)合作用,低灰分和熱塑性等,因此,PEO的應(yīng)用前景廣闊(見表4)。
5.1 醫(yī)藥工業(yè)
將PEO的水溶液涂敷于藥丸的外層,制成可控緩釋藥物,已在醫(yī)藥工業(yè)中廣泛應(yīng)用,可控制藥丸成分在體內(nèi)的擴(kuò)散速度,提高藥丸的效率。由于PEO的無毒性和成膠性,用作假牙固定劑的組分之一,在假牙和口腔之間可起到緩沖作用,也有助于減少令人不愉快的氣味和味道。PEO水溶液是一種假塑性液體,利用其粘度對(duì)剪切速率的敏感性可用作接觸鏡(即隱形眼鏡)用液,且細(xì)菌不易在PEO上生長能保持接觸無菌。
5.2 造紙及印刷業(yè)
由于PEO是一種很好的絮凝劑,用木材造紙時(shí),加入適量PEO可以提高填料、顏料和纖維的滯留率及回收率,獲得較純凈的回收水。利用其增稠性和濕粘性用作毛巾紙或衛(wèi)生紙紙端與芯棒的粘接,便于運(yùn)輸包裝,還可作為紙張的抗靜電劑。PEO具有流變性,可在油墨使用中得到平滑、均勻的印刷品。非水印刷油墨用其絡(luò)臺(tái)物微膠囊化、生產(chǎn)干燥有流動(dòng)性的粉末作為無碳復(fù)寫紙。
5.3 采油和采礦業(yè)
采油工業(yè)中,在鉆井泥漿里加入PEO可以增稠和潤滑,提高泥漿質(zhì)量,控制壁界面處流體的損失,防止酸和生物對(duì)井壁的侵蝕。使用PEO水溶可避免油層的堵塞和有價(jià)值流體的流失,提高油田產(chǎn)量,避免注入液滲入油層。
在采礦工業(yè)中,PEO主要用于洗礦和礦物的浮選。洗煤時(shí)用低濃度PEO可將煤中懸浮物很快沉降下來,絮凝液可循環(huán)使用。濕法冶金時(shí),采用高分子量的PEO溶液可很容易地將高嶺土、活性白土等粘土物質(zhì)絮凝分離。在提純金屬過程中,用PEO可以有效地除去溶解的二氧化硅。
此外,PEO和礦物表面的絡(luò)合作用有助于潤濕礦物表面,并提高其潤滑性及流動(dòng)性。
5.4 輕工和紡織業(yè)
PEO溶液可用作皮膚清洗劑,如洗滌劑、洗手皂等,會(huì)使皮膚產(chǎn)生柔軟、光滑的感覺。還可以作為牙膏的一個(gè)組分,得到光滑穩(wěn)定的牙膏。它也作為剃須膏的組分,在面部形成一層薄膜,實(shí)現(xiàn)不產(chǎn)生泡沫的剃須。將PEO經(jīng)交聯(lián)處理后制成的吸水樹可用于婦女衛(wèi)生巾和嬰兒尿布。由于PEO具有增稠性和假塑性,在麥芽飲料中如啤酒工業(yè)中也很有用,可達(dá)到穩(wěn)定泡沫的作用。在聚酯、聚酰胺、聚烯烴類樹脂進(jìn)行熔融紡絲時(shí),加入PEO可改進(jìn)纖維的抗靜電性和染色性。
5.5 建材工業(yè)
高分子量PEO,在建材方面主要用作分散劑,用于玻璃纖維增強(qiáng)的混凝土混合物。此外在水泥漿料中添加0.2%~0.4%高分子量PEO。能提高料漿的保水性,大大提高其可輸送性,并且可抑制粉塵的飛揚(yáng),改善生產(chǎn)環(huán)境,PEO也用作水下使用水泥的添加劑。
5.6 市政建設(shè)方面
利用高分子量pEO的減低流體阻力的特性,在消防水管系統(tǒng)中添加少量的PEO樹脂可使水管理中摩擦阻力降低多達(dá)80%左右,有利于遠(yuǎn)距離物體及高層建筑的滅火。還可用于解決城市污水過載排放的問題。在一些高壓射流系統(tǒng)中加入適當(dāng)濃度的高分子量PEO會(huì)產(chǎn)生象針狀似的高速射流,這種射流可用于切割一些軟的物體,例如紙板、皮革、橡膠、織物以及部分固化的石棉剎車片。
5.7 農(nóng)業(yè)
用中等分子量的PEO樹脂可加工成熱塑性薄膜,再在兩張薄膜之間夾上種子而成薄膜種子帶。將種子帶播下去后,土壤中的水溶解了水溶性薄膜,種子開始發(fā)芽,這樣就得到均勻分布無需間苗的作物。另外,交聯(lián)PEO可吸收自身質(zhì)量5~100倍的水,這種水需要時(shí)又可
功能(適用相對(duì)分子質(zhì)量) 應(yīng)用類型舉例
假牙固定劑 醫(yī)藥 月經(jīng)用品 日用 紙張粘結(jié)劑 造紙 保水作用(3萬~5萬) 尿布 日用 粘結(jié)劑(400萬~500萬)
絡(luò)合物 建筑 土壤改良劑瓷器 陶瓷 石棉-水泥擠壓成型品 建筑 電池電極 電氣 • 減阻性(50萬~100萬) 消防水添加劑 熒光燈 電氣 流體噴射切削液 土壤穩(wěn)定作用防止污水過載添加劑 市政 緩釋劑(8萬~10萬) 纖維助劑、玻璃纖維 涂料 分散劑(100萬~200萬) 鋅洗劑 膠體藥片包衣及崩解 乙烯聚合反應(yīng)
去粘土,洗煤 采礦 玻璃纖維增強(qiáng)混凝土 絮凝劑(200萬~300萬) 助留劑 洗滌劑、洗手皂 濕法冶金 雪花膏、洗液 潤滑劑或潤膚劑(10萬~50萬) 眼藥水 機(jī)械 剃須膏 乳膠涂料 裝輪胎潤滑劑 去漆劑 噴漆 增稠劑(300萬~400萬) 啤酒泡沫穩(wěn)定劑 種子帶 鉆井泥漿 水溶性包裝用品 包裝 漂流控制劑 熱塑性(30萬~80萬) 染料助劑 金屬加工潤滑劑 機(jī)械 臨時(shí)性紡織緯線 二次采油 紙的抗靜電劑 開溝泥漿 建筑 織物抗靜電劑 固井液 土壤保水劑。
一些農(nóng)藥、殺蟲劑、除草劑等有毒性物品可作水溶性的PEO薄膜封裝,以使運(yùn)輸、處理時(shí)更為安全。利用PEO的假塑性流變性可作控制飄流的添加劑,在噴灑農(nóng)藥及除草劑時(shí)可防止形成過細(xì)的霧滴漂流損失。
5.8 高分子材料加工業(yè)
PEO除在合成纖維加工中用作抗靜劑的組分外,在其它高分子材料加工中也有不少應(yīng)用。例如,將PEO作為分散劑加到熱塑性樹脂中一起混煉,然后用水處理,可制得粒徑只有18μm的樹脂顆料。在丁苯橡膠等合成橡膠加工時(shí)加入PCO可以防止生膠輥筒之間的粘結(jié)。利用PEO和酚醛樹脂之間形成絡(luò)合物的性質(zhì)可制得粘結(jié)性很好的水溶性快干膠粘劑。此外,由于PEO具有假塑性,因此可以作增稠劑,以提高涂料的切變粘度,從而形成均勻平滑的漆膜。
5.9 其它
PEO由于其獨(dú)特的性能在各種精細(xì)化學(xué)品上的應(yīng)用越來越廣。例如,PEO可作抑制塵土的防塵劑;可重復(fù)使用的化學(xué)冰袋;噴印墨水穩(wěn)定劑;定型發(fā)膠的添加劑;用以制造能釋放頭發(fā)定型劑的梳子;還用于衛(wèi)生間冰箱的抗凍劑等。
6 結(jié)束語
PEO既是一種新型水溶性樹脂,又是一種非離子表面活性劑。各行各業(yè)對(duì)其需求日益增加,從開發(fā)出的領(lǐng)域來看,PEO的生產(chǎn)和應(yīng)用前景廣闊。
化學(xué)名稱 : 聚氧化乙烯(Polyethylene oxide)PEO
分 子 式 : H-(-OCH2CH2-)n-OH
外 觀 : 白色粒狀粉末(>20目)
軟 化 點(diǎn) : 65℃-67℃
密 度 : 表觀密度0.2-0.3 (Kg/L) 真密度1.15- 1.22 (Kg/L)
pH 值 : 中性(0.5wt% 水溶液) hongxiafeifeix
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