1、丙烯酰胺的水溶液聚合一、實驗?zāi)康模?）掌握溶液聚合的方法及原理；（2）學習如何正確的選擇溶劑。二、實驗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。但由于溶劑的引入，溶劑的回收和提純使聚合過程復雜化。只有在直接使用聚合物溶液的場合，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。進行溶液聚合時，由于溶劑并非完全是惰性的，對反應(yīng)要產(chǎn)生各種影響，選擇溶劑時要注意其對引發(fā)劑分解的影響、鏈轉(zhuǎn)移作用、對聚合物的溶解性能的影響。丙烯酰胺為水溶性單體，其聚合物也溶于水，本實驗采用水為溶劑進行溶液聚合。與以有機物作溶劑的溶液聚合相比

2、，具有價廉、無毒、鏈轉(zhuǎn)移常數(shù)小、對單體和聚合物的溶解性能好的優(yōu)點。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、化學工業(yè)及污水處理等方面。合成聚丙烯酰胺的化學反應(yīng)簡式如下：11CH2=CHKH2-CH0-C-NH9O=C-NH7三、實驗藥品及儀器藥品：丙烯酰胺（10g）-22、甲醇（50mL）廠”過硫酸鉀（0.05g）、蒸餾水（80+10+10mL）等;儀器：恒溫水浴鍋、攪拌器、三口燒瓶、球型冷凝管、溫度計、吸管、天平、量筒等。四、實驗裝置圖五、實驗步驟與現(xiàn)象分析步驟（1）：在250mL的三口瓶中，中間口安裝攪拌器，分別裝上一個溫度計和一個冷凝管。分析：裝攪拌棒時，應(yīng)先保證

3、攪拌棒豎直，然后可開啟攪拌器，調(diào)節(jié)直到反應(yīng)裝置穩(wěn)定為止步驟（2）：將10g（0.14mol）丙烯酰胺和80ml蒸餾水加入反應(yīng)瓶中，開動攪拌器，用水浴加熱至30C,使單體溶解。把0.05g過硫酸鉀溶解在10ml蒸餾水中，溶解后加入反應(yīng)三口瓶內(nèi)，并用10ml蒸餾水洗滌溶解燒杯?，F(xiàn)象：把蒸餾水加入到裝有丙烯酰胺的三口燒瓶中，大部分丙烯酰胺溶解，有少部分白色不溶物漂浮在液體表面。把溶解有過硫酸鉀的溶液加入到反應(yīng)瓶中，溶液中立即出現(xiàn)大量的白色絮狀物分析：少部分不溶物可能是聚丙烯酰胺，當溫度低時，聚丙烯酰胺的溶解度較小，聚合物便以絮狀存在溶液中，當升高溫度時，聚丙烯酰胺在水中的溶解度增加，使聚合物溶解。由

4、于過硫酸鉀時引發(fā)劑，當加入過硫酸鉀的溶液到反應(yīng)瓶中時，由于單體少部分聚合，而聚合物的溶解度較小，聚合物便以絮狀存在溶液中步驟（3）：逐步升溫到90C,這時聚合物便逐漸形成，在90C下反應(yīng)23h?，F(xiàn)象：加熱時，白色絮狀物減少，當加熱到47C左右，白色絮狀物幾分全部溶解，溶液變透明；d.當加熱到70C左右時，黏度劇增到糨糊裝，當加熱到83C時，粘度變得很大，能夠拉成十來厘米長的線分析：白色絮狀物是反應(yīng)產(chǎn)物，隨溫度的升高，聚合物的溶解度增加，使高分子聚合物溶解；當加熱到70左右時，反應(yīng)已經(jīng)進行到相當?shù)某潭?，高分子連也有一定的濃度，故有一定的黏度，當溫度升高到83時，黏度變大，這時主要是由于轉(zhuǎn)化率的增

5、加，高分子連增多，其濃度也增大，隨攪拌的進行，高分子連間相互纏繞，使黏度怎加步驟（4）：反應(yīng)完畢，將所得到的產(chǎn)物取部分倒入盛有50ml甲醇的100ml燒杯中，邊倒邊攪拌，聚丙烯酰胺便沉淀下來，觀察現(xiàn)象。現(xiàn)象：剛滴加反應(yīng)溶液時，沒有立刻出現(xiàn)白色沉淀，輕輕搖晃，立刻出現(xiàn)白色絮狀沉淀；當一次性滴加較多時白色沉淀呈爛膠棉狀，且隨時間的推移，溶液慢慢變成白色分析：聚合物不溶于甲醇，甲醇溶于水，從而使聚合物從水溶液中沉淀析出來，已經(jīng)纏繞在一起的聚合物高分子，不可能很快分散沉淀析出，而是先析出表面，從而包裹聚合溶液，使之呈白色爛膠狀六、實驗產(chǎn)物拍照七、實驗思考與討論分析（1）什么是溶液聚合，特點是什么？答：

6、溶液聚合是將單體和引發(fā)劑溶于適當溶劑中,在溶液狀態(tài)下進行的聚合反應(yīng)，是高分子合成過程中一種重要的合成方法。聚合體系的粘度比本體聚合低，混合和散熱比較容易，生產(chǎn)操作和溫度都易于控制，還可利用溶劑的蒸發(fā)以排除聚合熱。若為自由基聚合，單體濃度低時可不出現(xiàn)自動加速效應(yīng)，從而避免爆聚并使聚合反應(yīng)器設(shè)計簡化。缺點是對于自由基聚合往往收率較低，聚合度也比其他方法小，使用和回收大量昂貴、可燃、甚至有毒的溶劑，不僅增加生產(chǎn)成本和設(shè)備投資、降低設(shè)備生產(chǎn)能力,還會造成環(huán)境污染。如要制得固體聚合物,還要配置分離設(shè)備，增加洗滌、溶劑回收和精制等工序。（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用高，除盡

7、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合，如涂料、膠粘劑、合成纖維紡絲液、繼續(xù)進行化學反應(yīng)等。（3）溶液聚合的優(yōu)點和缺點有哪些？答：優(yōu)點：A、粘度低，易混合；B、易傳熱，可避免局部過熱；C、溫度易控制；D、減弱甚至消除凝膠效應(yīng)；E、易于控制分子量分布和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)狀態(tài)；F、產(chǎn)物一般直接使用。缺點：A、單體濃度較低，致使聚合速率較慢，設(shè)備生產(chǎn)能力較低；B、單體濃度低和向溶劑鏈轉(zhuǎn)移到雙重結(jié)果，使聚合物分子量降低；C、溶劑分離回收費用高，除凈聚合物中殘留溶劑困難。（4）進行溶液聚合時，選擇溶劑應(yīng)注意哪些問題?答：自由基溶液聚合選擇溶劑時，必須注意下列兩方面的問題：A、溶液對聚合

8、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惰性，對引發(fā)劑有誘導作用，鏈自由基對溶劑有連轉(zhuǎn)移反應(yīng)。這兩個方面的作用都可能影響聚合速率和分子量。B、溶劑對聚合物的溶解性能和凝膠效應(yīng)的影響。學用良溶劑時，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力學規(guī)律。學用沉淀聚合，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。（5）溶液聚合的產(chǎn)物如何得到和溶劑如何回收?答：對于沉淀聚合的，只要通過真空泵進行吸濾就可以得到聚合物，而濾液進行蒸餾提純即可。而對于均相聚合，可用另外一種溶劑破壞聚合物和原有的體系，使聚合物沉淀下來。再進行

9、吸濾，濾液進行蒸餾。（6）單體、聚合物、甲醇在實驗中的溶解情況如何？答:單體中由于有氨基，氨基上的N有孤對電子，可以與水中的氫原子形成氫鍵，故單體可溶于水，且溶解度隨溫度的升高而增大；同理聚合物中也有氨基，聚合物也可溶解在水中，但由于烷基過大，溶解度沒有單體的大；由于水羥基的極性沒有氨的極性強但比醇羥基的極性強，根據(jù)相似相容原理，水與水甲醇互容，水與聚合物也有一定的相容性，但甲醇與聚合物不相容。（7）為什么要在攪拌的情況下把過硫酸鉀溶解在水中再加入反應(yīng)瓶中？答：保證引發(fā)劑充分分散在水中，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（8）什么是籠蔽效應(yīng)？答：籠蔽效應(yīng)是用圓球模擬溶液中的分子偶遇而提出的，表達液相中分子運動物理圖象的一種模型。采用一個中間有槽的容器，槽中盛有可滾動的球，稀少的球代表“氣相”，密堆積的球代表“液相”。將球攪動，使它們運動，測定一對帶標記球的碰撞次數(shù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在“液相”情況下標記球發(fā)生碰撞后，