聚氧化乙烯的应用

概述

氧化乙烯(EO)开环聚合而成的线型高聚物，是一种具结晶性和热塑性的水溶性聚合物。其相对分子质量在200～20000者称为聚乙二醇(PEG)，相对分子质量在十万以上者称为聚氧化乙烯(PEO)。PEO为白色粉末，软化点为65～67℃，脆化点为-55℃，具有水溶性好、毒性低、易加工成型等特点。

作为一种高附加值产品，其应用发展前景相当广泛，生产聚环氧乙烷的原料价格仅几千元，但产品聚环氧乙烷的价格为环氧乙烷的十几倍，其经济效益相当可观，发展聚环氧乙烷可用于纺织，造纸，薄膜等多种行业，其应用与发展前景十分广阔。

主要性质^【2】

1. 物理性质

1.1 溶解性

聚氧化乙烯完全溶解于水，其水溶液呈中性或弱碱性。高分子量聚氧化乙烯在室温下能以任意比例与水混合，其浓度低时呈粘稠的溶液。随着浓度的增加，溶液从凝胶状逐渐变成橡胶状弹性体。

1.2 水溶液粘度

聚氧化乙烯水溶液的粘度不仅与聚合物的分子量、溶液的浓度有关，而且与溶液的温度、剪切速率、加入的无机盐浓度等有关。溶液的粘度随着温度的升高而下降，对于分子量为10万至500万的聚氧化乙烯，当溶液温度由10℃升高到90℃ 时，溶液的粘度可以降低一个数量级。由于水溶液呈现非牛顿性，溶液粘度随剪切速率的增加而下降。加入无机盐，会使聚氧化乙烯的溶解温度及其溶液的粘度下降，下降的幅度与盐的种类及浓度有关。

1.3 凝聚性

高分子量聚氧化乙烯的水溶液，即使浓度低于0.1%也呈现出大的曳丝性，而且对含各种微细物质的悬浊液有凝聚性。分子量越大，这种凝聚性也越大。

2. 化学缔合性

聚氧化乙烯虽然具有较好的化学稳定性，但由于聚合物长链中醚氧原子上有未共享电子对，有很强的氢键亲和力，能与一些电子接受体的单体或聚合物形成络合物。可与聚氧化乙烯形成缔合体的化合物有顺丁烯二酸、丙烯酸、丹宁酸、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、马来酸和丙烯酸的共聚体、萘酚和酚化合物、脲和硫脲等。

3. 氧化降解性

高分子量聚氧化乙烯在热塑加工或配成水溶液时，对氧化降解都是敏感的。在热塑加工中，熔融粘度随着温度的升高和时间的延长而迅速下降；常温下的水溶液， 粘度随着放置时间的增长而降低， 这些都是氧化降解所致。微量氯、过氧化物、高锰酸盐、过硫酸盐和某些过渡金属离子( 如Cu ⁺ 、Cu ²⁺ 、F e ³⁺ 和N i ²⁺ ) 的存在会加快氧化降解速度。

为了抑制氧化降解，通常在热塑加工或水溶液中添加一些稳定剂。比如，添加聚合物重量0.01 % -0.5% 的吩噻嗪、丁基化羟基甲苯或丁基化苯甲醚是有效的。在水溶液中添加5%-10 % (重量) 的无水异丙醇、乙醇、乙二醇、丙二醇等能降低氧化降解速度。浓度为水溶液10^-5% -10^-2% ( 重量) 的二价锰离子(Mn²⁺) 也是有效的稳定剂。但若其水溶液中无氧化剂存在，且在中性或弱碱性场合使用，则该溶液在短时间(1 天) 内是稳定的，溶液的粘度基本上不变化。

应用

1. 薄膜

聚氧化乙烯的毒性极微，且具有假塑性，利用其可溶性可制备可溶性薄膜，具有独特的优点，可用于农的种子带，由边上封存的两条薄膜之间夹上种子再将种子种下，土攘中的水将薄膜溶解，种子开始发芽。此外，交联聚氧化乙烯能吸收自重近100倍的水份，适用于植物的土壤根保存水份，增强植物的抗早力。将聚氧化乙烯与其他树脂共混，可制爷塑料包装代，作为可降解塑料，是一种绿色产品， 对环境保护具有重要意义。

2. 纸张填料存留剂与水溶性纸张胶印粘剂

在木质纸浆造纸时，常需加入填料使纸洁白和不反光，但在生产过程中，会有相当的填料的细纤维损失，为了避免这种情况的发生，可向干纤维中加入0.03 Kg/t的聚氧化乙烯，能使损失明显降低，而且，聚氧化乙烯作为絮凝剂，具有增效作用，可改进填料，颜料和纤维的滞留率和提高排水率。聚氧化乙烯的1% 一5% 浓度的溶液粘性很大，在干燥后粘性消失。可用于造纸卷纸用的粘合剂，使用分子量为40-50万的聚氧化乙烯，可以不撕破纸张而打开纸筒。

3. 纺织助剂

高分子量聚氧化乙烯醚具有粘接，分散，絮凝增稠等多种功能，可用于纺织浆料， 增稠剂等，在纺织业的应用已日益广泛。

4. 增稠剂

聚氧化乙烯的粘度很大，可用于粘合剂，高分子量的聚氧化乙烯具有很张的增稠能力，可用于洗涤添加刘，能增加粘度，产生柔软，滑润之感，用于清洗剂能与被洗表面接触，提高清洗效果，高分子量，窄分子分布的聚氧化乙烯的应用效果更佳。

5. 洗涤用品和化妆品中用作添加剂

在合成条状去污剂中添加聚氧化乙烯树脂可增加润滑性和柔软性，效果十分明显，其润滑性能可超过皂的润滑性。在液体洗涤剂中添加聚氧化乙烯既可增强泡沫稳定性，改进手感，且使洗涤剂液增稠。在牙膏、剃须用品及膏霜、乳液等美容化妆品以及香波中添加聚氧化乙烯树酷， 可增大这些用品的稠度，并提高其润滑性。

6. 水相减阻剂

水在管子中流动会受到动力学阻力，这种阻力可以转化成管子中流体的压力损失以及水对管子表面的摩擦阻力。高分子量的聚环氧乙烷是降低流体湍流摩擦阻力的最有效的聚合物，其降阻率比聚丙烯酰胺和胍胶都高，湍流的水流中含有少量的PEO就可使流体的内压力和冲击力变大，降低水流的湍流度。国外早已将它应用于消防水管系统，美国联合碳化学公司的快速水添加剂VCAR在70年代就已经商品化。

少量PEO[(30～100)×10^-6 ]就可将水通过消防管线的摩擦阻力降低80%以上，水的射程增加一倍，并可多输送约60%的水流过一般标准直径( 6.35 cm)的灭火软管。如果在灭火过程中使用了这种添加剂，不但可以提高灭火效率，限度地降低因火灾引起的经济损失，而且由于射程增加，更加确保了消防队员的人身安全。

这种添加剂是一种半流体稀薄混合物，是将分子量大于50万(是100～1200万)，真空密度在(1.15～1.26)×10³ m³ /kg 的PEO，与一种惰性载体剂相混合，再加入少量的增稠剂配制而成的。所用载剂是两种互溶的液体混合物或是一种固体溶于另一种液体的溶液，该溶液对PEO来说属于非溶剂，但它容易与水混溶; 增稠剂不与聚氧化乙烯和载剂反应，一般使用硅胶，用量为添加剂总重量的0～ 3.5%。

另外，利用PEO的这一特性，将少量这类树脂(约200×10^-6左右)加入污水管线中，就能增加污水流速50%～100%，提高了污水管线的排水能力。当管线严重过载时，把高分子量的PEO以干粉形式加入污水系统中，可使污水管线在负载过大时仍能胜任。

参考文献

[1] 崔凤霞，郭春梅，王开林，崔连起，戴清文，聚氧化乙烯( PEO)的合成及应用，精细石油化工，1999.11，第42页

[2] 涂嘉浩，周和海，张小凤，聚氧化乙烯的性质及其合成，上海化工，1996.06，第6页

[3] 汪多仁，聚氧化乙烯的合成与应用，上海造纸，2001.03，第46页