實(shí)驗(yàn)127水溶液聚合法合成聚丙烯酸鈉類聚合物

1、實(shí)驗(yàn)127 水溶液聚合法合成聚丙烯酸鈉類聚合物 127.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?（1）學(xué)習(xí)和掌握水溶液聚合法的基本原理和合成實(shí)驗(yàn)方法。 （2）掌握端基法測(cè)定聚丙烯酸鈉相對(duì)分子質(zhì)量，黏度法測(cè)定聚合物相對(duì)分子質(zhì)量和溶脹稱量法測(cè)定高吸水性樹脂吸液量等測(cè)定方法。 （3）熟悉分散劑、絮凝劑和高吸水性樹脂的應(yīng)用。127.2 實(shí)驗(yàn)原理 （一）自由基加聚反應(yīng) 1. 鏈引發(fā) 鏈引發(fā)反應(yīng)是借外界條件(光、熱、輻射或引發(fā)劑)使單體分子活化成為單體自由基(活性鏈)的過程。本實(shí)驗(yàn)采用引發(fā)劑引發(fā)，由下面兩步組成: (a) 引發(fā)劑（I）分解為初級(jí)自由基（R）I 2R (b) 初級(jí)自由基打開單體的雙鍵，使單體末端形成新的反應(yīng)活性中心自

2、由基（單體自由基） 2. 鏈增長(zhǎng)反應(yīng) 3. 鏈終止反應(yīng) （a）偶合終止 兩個(gè)活性鏈自由基相互作用成共價(jià)鍵，生成無活性的穩(wěn)定大分子的反應(yīng)。如下式： （b）歧化終止 某鏈自由基奪取另一自由基上的氫原子，發(fā)生歧化反應(yīng)而相互終止。127.3 實(shí)驗(yàn)步驟1. 低相對(duì)分子質(zhì)量均聚、共聚聚丙烯酸鈉分散劑的合成實(shí)驗(yàn)(1) 實(shí)驗(yàn)步驟加入丙烯酸質(zhì)量20%的蒸餾水500 mL四口瓶（如圖1所示）加熱至60 ，同時(shí)攪拌50 g AA或AA與AM混合物同時(shí)在兩滴管滴加單體與引發(fā)劑加入3 g亞硫酸氫鈉繼續(xù)攪拌并保溫2.5 h得到黏稠狀的聚丙烯酸溶液 加入活性炭脫氧過硫酸銨溶液 0.5 h滴完用30% NaOH溶液中和至pH

3、為78 冷卻至4050 低分子量聚丙烯酸鈉溶液(或AA-AM共聚物分散劑) 圖1 聚丙烯酸鈉分散劑制備實(shí)驗(yàn)裝置圖電動(dòng)攪拌器；2. 攪拌槳；3. 冷凝管；4. 四口燒瓶；5. 水浴鍋；6. 鐵架臺(tái)；7、8恒壓滴液漏斗；9. 溫度計(jì)(2) 相對(duì)分子質(zhì)量測(cè)定 加熱聚合物溶液使亞硫酸氫鈉蒸出精確取約0.2g預(yù)聚物加入100 mL燒杯中 用少量熱水洗滌錐形瓶和濾紙 用pH計(jì)測(cè)定其pH 加入1 mol/L的NaCl溶液50 mL 用0.2 mol/L的NaOH的標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定確定滴定終點(diǎn)的耗堿量 用消耗的NaOH標(biāo)準(zhǔn)液（mL）對(duì)pH作圖 (3) 分散力的測(cè)定圖 4-2 聚丙烯酸鈉分散力測(cè)定示意圖：（A）聚丙

4、烯酸鈉分散樣品；（B）空白樣品2. 高相對(duì)分子質(zhì)量聚丙烯酸鈉絮凝劑的常溫水溶液聚合法合成實(shí)驗(yàn)取90 mL蒸餾水于燒杯中加入丙烯酸50 g完全中和后，冷卻至室溫亞硫酸氫鈉溶液真空過濾脫色，濾液倒入塑料燒杯中加入29 g氫氧化鈉攪拌均勻后保溫23 h反應(yīng)完全得到無色透明膠塊加入活性炭2.5 g過硫酸銨溶液 將膠塊剪細(xì)，烘干、粉碎、過篩包裝備用攪拌1 h3. 常溫下水溶脹性聚丙烯酸鈉均聚物、共聚物（AA和AMPS）的水溶液交聯(lián)聚合實(shí)驗(yàn)取10 mL AA或AA與AMPS的混合物于100 mL燒杯中加入0.25 g活性炭脫氧加入0.0125 gNMBA0.025 g過硫酸銨依次加入引發(fā)劑以及氧化還原劑攪

5、拌、加入18%鈉氫氧化溶液20 mL繼續(xù)攪拌、反應(yīng)0.5 h得到產(chǎn)物在在65 下烘干、粉碎、過篩加入活性炭脫氧0.02 g亞硫酸氫鈉得到均聚吸水劑產(chǎn)物備用 127.4 注意事項(xiàng) (1) 要準(zhǔn)確配制工作液和引發(fā)劑等。(2) 按照所用儀器的使用方法操作儀器和設(shè)定測(cè)量條件。(3) 丙烯酸為易燃、易揮發(fā)氣體，必須嚴(yán)格按照操作要求進(jìn)行。必須切記以保障安全。(4) 在聚合前必須除去丙烯酸鈉中的阻聚劑,可采用減壓蒸餾或活性炭吸附方法。(5) 實(shí)驗(yàn)過程中，要打開抽風(fēng)機(jī)。127.5 問題討論 （1）連鎖聚合的機(jī)理是什么？ （2）如何有效的去處丙烯酸中的阻聚劑? （3）為什么要在恒溫水浴中測(cè)定聚合物溶液的流出時(shí)間

6、？ （4）反應(yīng)單體、引發(fā)劑及交聯(lián)劑的配比對(duì)聚合物有什么影響？試用理論解釋。 （5）丙烯酸鈉均聚物、AA/AMPS共聚物兩者的吸水性能對(duì)比有何差異？為什么？127.6 參考答案 （1）連鎖聚合的機(jī)理是什么？ 答：以自由基連鎖聚合反應(yīng)為原理合成聚丙烯酸鈉類聚合物，該反應(yīng)由鏈引發(fā)、鏈增長(zhǎng)、鏈終止和鏈轉(zhuǎn)移等基元反應(yīng)組成。 （2）如何有效的去處丙烯酸中的阻聚劑? 答：可采用減壓蒸餾或活性炭吸附方法。 （3）為什么要在恒溫水浴中測(cè)定聚合物溶液的流出時(shí)間？ 答：這主要是因?yàn)樵冢?00.1）恒溫水浴中測(cè)定特性黏度 (單位為L(zhǎng)g-1)，根據(jù)下式計(jì)算相對(duì)分子質(zhì)量M： 當(dāng)測(cè)量的溫度發(fā)生改變的時(shí)候，測(cè)量出來的特性黏度

7、將發(fā)生改變，其黏均分子量與特性黏度之間的關(guān)系常數(shù)也會(huì)發(fā)生改變，因此為保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，應(yīng)在恒溫水浴中進(jìn)行。 （4）反應(yīng)單體、引發(fā)劑及交聯(lián)劑的配比對(duì)聚合物有什么影響？試用理論解釋。 答：在聚合過程中，在單體量一定時(shí)，如果引發(fā)劑用量較高，根據(jù)連鎖反應(yīng)機(jī)理可知，但引發(fā)劑消耗完后，能夠形成較多的端基帶有自由基的低聚物鏈，低聚物自由基繼續(xù)反應(yīng)而終止，可見得到較多的低聚物分子，聚合物平均相對(duì)分子質(zhì)量小；反之引發(fā)劑用量少時(shí)，得到的聚合物平均相對(duì)分子質(zhì)量較大。而交聯(lián)劑的引入將使聚合物的相對(duì)分質(zhì)子量進(jìn)一步增大，使聚合物形成網(wǎng)絡(luò)互穿結(jié)構(gòu)，隨著交聯(lián)劑用量的進(jìn)一步增大，聚合物將形成凝膠。 （5）丙烯酸鈉均聚物、AA/AMPS共聚物兩者的吸水性能對(duì)比有何