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实验 127 水溶液聚合法合成聚丙烯酸钠类聚合物

实验 127 水溶液聚合法合成聚丙烯酸钠类聚合物. 127.1 实验目的 （ 1 ）学习和掌握水溶液聚合法的基本原理和合成实验方法。 （ 2 ）掌握端基法测定聚丙烯酸钠相对分子质量，黏度法测定聚合物相对分子质量和溶胀称量法测定高吸水性树脂吸液量等测定方法。 （ 3 ）熟悉分散剂、絮凝剂和高吸水性树脂的应用。. 127.2 实验原理 （一）自由基加聚反应 1. 链引发 链引发反应是借外界条件 ( 光、热、辐射或引发剂 ) 使单体分子活化成为单体自由基 ( 活性链 ) 的过程。本实验采用引发剂引发，由下面两步组成 :

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实验 127 水溶液聚合法合成聚丙烯酸钠类聚合物

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Presentation Transcript

  1. 实验127水溶液聚合法合成聚丙烯酸钠类聚合物 127.1 实验目的 （1）学习和掌握水溶液聚合法的基本原理和合成实验方法。 （2）掌握端基法测定聚丙烯酸钠相对分子质量，黏度法测定聚合物相对分子质量和溶胀称量法测定高吸水性树脂吸液量等测定方法。 （3）熟悉分散剂、絮凝剂和高吸水性树脂的应用。

  2. 127.2 实验原理 • （一）自由基加聚反应 • 1. 链引发 • 链引发反应是借外界条件(光、热、辐射或引发剂)使单体分子活化成为单体自由基(活性链)的过程。本实验采用引发剂引发，由下面两步组成: • (a) 引发剂（I）分解为初级自由基（R•） • I → 2R•

  3. (b) 初级自由基打开单体的双键，使单体末端形成新的反应活性中心自由基（单体自由基） • 2. 链增长反应

  4. 3. 链终止反应 • （a）偶合终止 两个活性链自由基相互作用成共价键，生成无活性的稳定大分子的反应。如下式： • （b）歧化终止 某链自由基夺取另一自由基上的氢原子，发生歧化反应而相互终止。

  5. 50 g AA或 AA与AM混合物 过硫酸 铵溶液 500 mL 四口瓶（ 如图1 所示） 加入丙烯酸 质量20% 的蒸馏水 加热至60 ℃， 同时搅拌 同时在两滴管滴 加单体与引发剂 加入活性炭脱氧 0.5 h滴完 加入3 g亚硫 酸氢钠 继续搅拌并 保温2.5 h 低分子量聚丙烯酸钠 溶液(或AA-AM共聚物 分散剂) 用30% NaOH溶液 中和至pH为7～8 冷却至 得到黏稠状的聚 丙烯酸溶液 40～50 ℃ 127.3 实验步骤 1. 低相对分子质量均聚、共聚聚丙烯酸钠分散剂的合成实验 (1) 实验步骤

  6. 图1 聚丙烯酸钠分散剂制备实验装置图 • 电动搅拌器；2. 搅拌桨；3. 冷凝管；4. 四口烧瓶； • 5. 水浴锅；6. 铁架台；7、8恒压滴液漏斗；9. 温度计

  7. 用少量热水洗涤 锥形瓶和滤纸 加热聚合物溶液使 亚硫酸氢钠蒸出 精确取约 0.2g 预聚物 加入100 mL 烧杯中 加入1 mol/L 的NaCl 溶液50 mL 用0.2 mol/L的NaOH 的标准溶液滴定 确定滴定终 点的耗碱量 用消耗的NaOH标准液 （mL）对pH作图 用pH计测 定其pH (2) 相对分子质量测定

  8. (3) 分散力的测定 图 4-2 聚丙烯酸钠分散力测定示意图： （A）聚丙烯酸钠分散样品；（B）空白样品

  9. 加入29 g氢 氧化钠 亚硫酸氢 钠溶液 过硫酸 铵溶液 取90 mL蒸馏 水于烧杯中 加入丙 烯酸50 g 完全中和后， 冷却至室温 真空过滤脱色，滤 液倒入塑料烧杯中 搅拌1 h 加入活 性炭2.5 g 搅拌均匀后保温 2～3 h 包装备用 将胶块剪细，烘 干、粉碎、过筛 反应完全得到 无色透明胶块 2. 高相对分子质量聚丙烯酸钠絮凝剂的常温水溶液聚合法合成实验

  10. 0.025 g过 硫酸铵 0.02 g亚 硫酸氢钠 搅拌、加入 18%钠氢氧 化溶液20 mL • 3. 常温下水溶胀性聚丙烯酸钠均聚物、共聚物（AA和AMPS）的水溶液交联聚合实验 取10 mL AA或AA 与AMPS的混合物 于100 mL烧杯中 加入0.25 g活性炭 脱氧 加入0.0125 g NMBA 依次加入引发剂 以及氧化还原剂 加入活 性炭脱氧 继续搅拌、 反应0.5 h 得到均聚吸水 剂产物备用 得到产物在在65 ℃下 烘干、粉碎、过筛

  11. 127.4 注意事项 (1) 要准确配制工作液和引发剂等。 (2) 按照所用仪器的使用方法操作仪器和设定测量条件。 (3) 丙烯酸为易燃、易挥发气体，必须严格按照操作要求进行。必须切记以保障安全。 (4) 在聚合前必须除去丙烯酸钠中的阻聚剂,可采用减压蒸馏或活性炭吸附方法。 (5) 实验过程中，要打开抽风机。

  12. 127.5 问题讨论 • （1）连锁聚合的机理是什么？ • （2）如何有效的去处丙烯酸中的阻聚剂? • （3）为什么要在恒温水浴中测定聚合物溶液的流出时间？ • （4）反应单体、引发剂及交联剂的配比对聚合物有什么影响？试用理论解释。 • （5）丙烯酸钠均聚物、AA/AMPS共聚物两者的吸水性能对比有何差异？为什么？

  13. 127.6 参考答案 （1）连锁聚合的机理是什么？ 答：以自由基连锁聚合反应为原理合成聚丙烯酸钠类聚合物，该反应由链引发、链增长、链终止和链转移等基元反应组成。

  14. （2）如何有效的去处丙烯酸中的阻聚剂? 答：可采用减压蒸馏或活性炭吸附方法。

  15. （3）为什么要在恒温水浴中测定聚合物溶液的流出时间？ • 答：这主要是因为在（30±0.1）℃恒温水浴中测定特性黏度[η] (单位为L·g-1)，根据下式计算相对分子质量M： • 当测量的温度发生改变的时候，测量出来的特性黏度将发生改变，其黏均分子量与特性黏度之间的关系常数也会发生改变，因此为保证实验数据的准确性，应在恒温水浴中进行。

  16. （4）反应单体、引发剂及交联剂的配比对聚合物有什么影响？试用理论解释。 • 答：在聚合过程中，在单体量一定时，如果引发剂用量较高，根据连锁反应机理可知，但引发剂消耗完后，能够形成较多的端基带有自由基的低聚物链，低聚物自由基继续反应而终止，可见得到较多的低聚物分子，聚合物平均相对分子质量小；反之引发剂用量少时，得到的聚合物平均相对分子质量较大。 • 　　而交联剂的引入将使聚合物的相对分质子量进一步增大，使聚合物形成网络互穿结构，随着交联剂用量的进一步增大，聚合物将形成凝胶。

  17. （5）丙烯酸钠均聚物、AA/AMPS共聚物两者的吸水性能对比有何差异？为什么？ • 答：AA/AMPS共聚物具有更高的吸水性能；聚丙烯酸的结构为： • 而AA/AMPS共聚物的结构为： • 从两者的结构对比可以看出，在AA/AMPS共聚物中带有更多的亲水基团，从而在溶胀的过程中具有更强的吸水性能。

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