1、高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)四 丙烯酰胺水溶液聚合丙烯酰胺水溶液聚合一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握溶液聚合的方法及原理。2、學(xué)習(xí)如何正確的選擇溶劑。3、掌握丙烯酰胺溶液聚合的方法。二、實(shí)驗(yàn)原理 與本體聚合相比，溶液聚合體系具有粘度低、攪拌和傳熱比較容易、不易產(chǎn)生局部過熱、聚合反應(yīng)容易控制等優(yōu)點(diǎn)。但由于溶劑的引入，溶劑的回收和提純使聚合過程復(fù)雜化。只有在直接使用聚合物溶液的場(chǎng)合，如涂料、膠粘劑、浸漬劑、合成纖維紡絲液等，使用溶液聚合才最為有利。 進(jìn)行溶液聚合時(shí)，由于溶劑并非完全是惰性的，對(duì)反應(yīng)要產(chǎn)生各種影響，選擇溶劑時(shí)要注意其對(duì)引發(fā)劑分解的影響、鏈轉(zhuǎn)移作用、對(duì)聚合物的溶解性能的影響。丙烯酰胺為水溶性單體，其聚合

2、物也溶于水，本實(shí)驗(yàn)采用水為溶劑進(jìn)行溶液聚合。與以有機(jī)物作溶劑的溶液聚合相比，具有價(jià)廉、無毒、鏈轉(zhuǎn)移常數(shù)小、對(duì)單體和聚合物的溶解性能好的優(yōu)點(diǎn)。聚丙烯酰胺是一種優(yōu)良的絮凝劑，水溶性好，廣泛應(yīng)用于石油開采、選礦、化學(xué)工業(yè)及污水處理等方面。 合成聚丙烯酰胺的化學(xué)反應(yīng)簡(jiǎn)式如下：鏈引發(fā)： 引發(fā)劑活性集團(tuán)的形成： 帶電引發(fā)離子與丙烯酰胺作用生成活性中心：鏈增長：鏈終止：三、實(shí)驗(yàn)藥品及儀器藥品：丙烯酰胺、甲醇、過硫酸鉀(或過硫酸銨)儀器：三口瓶、球形冷凝管、溫度計(jì)、攪拌器、燒杯、一次性杯子、玻璃棒實(shí)驗(yàn)裝置如下圖：四、實(shí)驗(yàn)步驟及現(xiàn)象步驟現(xiàn)象分析在250mL 的三口瓶中，中間口安裝攪拌器，分別裝上一個(gè)溫度計(jì)和一個(gè)

3、冷凝管。將10 g(0.14 mol)丙烯酰胺和80 mL 蒸餾水加入反應(yīng)瓶中，開動(dòng)攪拌器，用水浴加熱至30，使單體溶解。然后把溶解在10 mL 蒸餾水中的0.05 g 過硫酸鉀從冷凝管上端加入反應(yīng)瓶中，并用10 mL 蒸餾水沖洗冷凝管。逐步升溫到90（反應(yīng)瓶里溫度70-80），這時(shí)聚合物便逐漸形成，在90下反應(yīng)2.5h。單體為白色絮狀的物質(zhì)，加入反應(yīng)容器之后逐漸溶解，隨著反應(yīng)的進(jìn)行液體的黏度逐漸變大。出現(xiàn)爬坡現(xiàn)象。單體能溶解于水中，隨著反應(yīng)的進(jìn)行單體逐漸聚合成聚合物，分子為長鏈，體系粘度變大，故出現(xiàn)爬坡現(xiàn)象。反應(yīng)完畢，將所得到的產(chǎn)物倒入盛有150 mL 甲醇的500 mL 燒杯中，邊倒邊攪拌

4、，聚丙烯酰胺便沉淀下來。向燒杯中加入少量的甲醇，觀察是否仍有沉淀生成，如果有沉淀生成，則可再加入少量甲醇（5mL-15mL），使聚合物沉淀完全。然后用布氏漏斗抽濾，用少量的甲醇(10mL)洗滌三次，將聚合物轉(zhuǎn)移到一次性杯中，在30真空烘箱中干燥至恒重，稱重、計(jì)算產(chǎn)率。倒入到甲醇中，溶液變白色，出現(xiàn)白色絲狀的沉淀。纏繞在玻璃棒上時(shí)像棉絮一樣。再加入少量的甲醇不生成沉淀。抽濾后得白色蜂窩膠棉狀沉淀，烘干后得15.27g含氣泡的里面為乳白色外圍被透明且有點(diǎn)粘的膠狀物包裹。聚丙烯酰胺不溶于甲醇，甲醇溶于水，使聚合物從水溶液中沉淀出來。烘干后產(chǎn)物中間有白色是因?yàn)榫酆衔镌诤嫦渲芯酆衔锝焕p在一起，隨著水分蒸

5、先是表面的析出，從而將里面的聚合物溶液包裹，里面的還有水分，故內(nèi)部有白色。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果：烘干前：得白色蜂窩膠棉狀沉淀烘干后:得15.27g含氣泡的里面為乳白色外圍被透明且有點(diǎn)粘的膠狀物包裹產(chǎn)率計(jì)算：實(shí)驗(yàn)產(chǎn)率過高的原因：由于聚合物在烘箱中聚合物交纏在一起，隨著水分蒸先是表面的析出，從而將里面的聚合物溶液包裹，里面的還有很多溶液，故內(nèi)部有白色且產(chǎn)率偏高很多。七、思考題1、進(jìn)行溶液聚合時(shí)，選擇溶劑應(yīng)注意哪些問題?答：溶液對(duì)聚合活性的影響。初看起來，溶劑并不參加反應(yīng)。但溶劑往往并非絕對(duì)惰性，對(duì)引發(fā)劑有誘導(dǎo)作用，鏈自由基對(duì)溶劑有連轉(zhuǎn)移反應(yīng)。這兩個(gè)方面的作用都可能影響聚合速率和分子量。溶劑對(duì)

6、聚合物的溶解性能和凝膠效應(yīng)的影響。學(xué)用良溶劑時(shí)，為均相聚合，如果單體的濃度不高，可能不出現(xiàn)凝膠效應(yīng)，遵循正常的自由基聚合動(dòng)力學(xué)規(guī)律。學(xué)用沉淀聚合，凝膠效應(yīng)顯著。不良溶劑的影響則介于兩者之間，影響深度則視溶劑優(yōu)劣程度和濃度而定。2、工業(yè)上在什么情況下采用溶液聚合? 答：由于溶劑分離回收費(fèi)用高，除盡聚合物中殘留溶劑困難。因此工業(yè)上溶液聚合多用于聚合物直接使用的場(chǎng)合，如涂料、膠粘劑、合成纖維紡絲液、繼續(xù)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)等。3、 引發(fā)劑是否升溫地越快越好？答：不是。溫度太高引發(fā)劑分解的太快，引發(fā)速度快，但周圍的單體還來不及被引發(fā)，聚合物的聚合度降低。所以，引發(fā)劑有最適溫度。4、 為什么先加單體，再加引發(fā)劑，且要將引發(fā)劑溶于水中再加入？答：這樣做是為了將引發(fā)劑分散，防止引發(fā)劑在一起發(fā)生籠蔽效應(yīng)，降低引發(fā)劑的引發(fā)效率。5、 如何選擇引發(fā)劑，選擇引發(fā)劑需考慮哪些因素？答：用作引發(fā)劑需具備以下條件：在聚合溫度范圍內(nèi)有適當(dāng)?shù)姆纸馑俣瘸?shù)；所產(chǎn)生的自由基具有適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性。根據(jù)一發(fā)即的溶劑性能，可分為油溶性和水溶性，水