1、第七章 功能高分子,7.1 化學(xué)功能高分子 吸附分離功能高分子 吸附分離功能高分子主要包括離子交換樹脂和吸附樹脂。還應(yīng)該包括高分子分離膜材料。 離子交換樹脂是指具有離子交換基團(tuán)的高分子化合物。本質(zhì)上屬于反應(yīng)性聚合物。 吸附樹脂是指具有特殊吸附功能的一類樹脂。,1944年 DAlelio 合成了具有優(yōu)良物理和化學(xué)性能的磺化苯乙烯-二乙烯苯共聚物離子交換樹脂及交聯(lián)聚丙烯酸樹脂，奠定了現(xiàn)代離子交換樹脂的基礎(chǔ)。 此后，Dow化學(xué)公司的 Bauman 等人開發(fā)了苯乙 烯系磺酸型強(qiáng)酸性離子交換樹脂并實現(xiàn)了工業(yè)化； Rohm 高分子量聚丙烯酸鈉(相對分子質(zhì)量處于100-1000萬)主要起絮凝劑作用; 中等分

2、子量聚丙烯酸鈉(相對分子質(zhì)量處于1-100萬)主要起增稠劑的作用; 低分子量聚丙烯酸鈉(相對分子質(zhì)量處于1000-5000 )主要起分散劑作用，超低相對分子質(zhì)量聚丙烯酸鈉(相對分子質(zhì)量處于700以下)的用途還未完全開發(fā)出來。,低分子量聚丙烯酸鈉有良好的水溶性和較大的極性，能夠與水中的鈣、鎂等多價離子結(jié)合形成可溶的鏈狀陰離子體，因此它在工業(yè)熱交換設(shè)備中應(yīng)用較廣，主要用作鍋爐防垢和阻垢劑。特別是相對分子質(zhì)量在2000-3000的聚丙烯酸鈉，在造紙行業(yè)能降低高濃涂料的粘度，使之具有良好的流變性; 用于抄紙工藝，使槳流均勻，成紙均勻度好; 在石油工業(yè)的油田化學(xué)領(lǐng)域，用作降粘劑和鉆井泥漿穩(wěn)定劑等; 在涂

3、料、造紙、陶瓷及紡織工業(yè)用作顏料分散劑; 此外在金屬材料中用作新型的淬火劑; 在橡膠工業(yè)用作增稠劑; 在氯化銨等無機(jī)鹽中作防結(jié)塊劑; 在采礦中作礦物浮選劑。,另外，它在食品工業(yè)、皮革工業(yè)、印刷業(yè)、塑料工業(yè)、醫(yī)學(xué)、藥學(xué)及金屬離子廢液的金屬回收等方面也見到應(yīng)用。 丙烯酸溶液聚合的反應(yīng)條件不同，得到的產(chǎn)物相對分子質(zhì)量也不同，在工業(yè)生產(chǎn)中就會有不同的用途，而且丙烯酸的溶液聚合反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)過程中及時散熱非常關(guān)鍵。,低分子量聚丙烯酸鈉的制備大多采用低濃度的丙烯酸鈉溶液，高濃度的氧化還原引發(fā)劑，在加熱情況下進(jìn)行水溶液聚合。通常情況下合成的聚丙烯酸鈉相對分子質(zhì)量分布較寬，為了保證產(chǎn)物的相對分子質(zhì)量分布

4、均勻，往往加入鏈轉(zhuǎn)移劑異丙酵、十二烷基硫醇等來調(diào)節(jié)相對分子質(zhì)量。相對分子質(zhì)量隨著鏈轉(zhuǎn)移劑濃度的增大而減小。,二、合成原理 丙烯酸的聚合反應(yīng)為游離基加聚反應(yīng)。合成聚丙烯酸鈉采用溶液聚合方式，以去離子水為溶劑，在一定溫度下由引發(fā)劑引發(fā)而發(fā)生聚合反應(yīng)，然后進(jìn)行中和，即得所需產(chǎn)品。 有文獻(xiàn)介紹了采用分步加入丙烯酸和引發(fā)劑，聚合后中和合成低相對分子質(zhì)量聚丙烯酸鈉的方法，所用異丙醇比較少或不用。,本實驗采用丙烯酸為主單體、馬來酸酐為副單體進(jìn)行共聚，亞硫酸氫鈉-過硫酸銨構(gòu)成氧化還原引發(fā)劑；適當(dāng)過量的亞硫酸氫鈉可作為鏈轉(zhuǎn)移劑，制備分子量在20005000的聚丙烯酸鈉。,在聚合過程中，一種不穩(wěn)定的反應(yīng)中間體-活

5、性生長鏈起著主要作用，其濃度是隨時變化的。聚合反應(yīng)是由引發(fā)、增長、終止等多個基元反應(yīng)組合而成的復(fù)雜反應(yīng)，在聚合初期和聚合后期基元反應(yīng)速率常數(shù)值很可能是不同的。 產(chǎn)物相對分子質(zhì)量隨各常見因素變化的規(guī)律是：隨著反應(yīng)溫度的升高，相對分子質(zhì)量不斷減小；引發(fā)劑用量越大，相對分子質(zhì)量越?。粏误w含量由20%上升到30%，相對分子質(zhì)量先增大后減?。浑S著聚合反應(yīng)時間加長，相對分子質(zhì)量會減小，但聚合時間的影響不大。,原料: 丙烯酸(化學(xué)純)，馬來酸酐，亞硫酸氫鈉，過硫酸銨(分析純)，氫氧化鈉(分析純)，去離子水 儀器： 水浴恒溫槽 （記錄儀器名稱、型號、生產(chǎn)商） 電動攪拌器 烏氏粘度計 電子天平 三口燒瓶、分液漏

6、斗、燒杯,四、實驗步驟 1、開啟水浴加熱，設(shè)定與規(guī)定的溫度。 2、向三口燒瓶中加40g蒸餾水，再加9.8g馬來酸酐。安裝水浴內(nèi)，安裝攪拌時，注意緩緩升降電機(jī)，以免下降過快而搗壞三口瓶。 3、取一個分液漏斗，加上43.2 g丙烯酸，裝于三口瓶上； 4、另取一個分液漏斗，加上20g蒸餾水，7.0g過硫酸銨,搖動溶解后裝于三口瓶上。 5、達(dá)到規(guī)定的水浴溫度時，三口瓶內(nèi)加4g亞硫酸氫鈉，開動攪拌。,6、開始緩慢滴加丙烯酸，接著開始緩慢滴加過硫酸銨溶液。用40-60min滴加完畢后，繼續(xù)恒溫攪拌反應(yīng)3h。 7、自然冷卻4h以上，至燒瓶內(nèi)40以下，邊攪拌邊緩慢滴加堿液（32gNaOH溶于50g蒸餾水），攪勻，得透明粘體。 9、將盛過堿液的燒杯、漏斗洗凈。 10、流變性測定 配置濃度為50的漿料400ml，加入5.8g液態(tài)分散劑，高速攪拌15min后，用旋轉(zhuǎn)粘度計測定懸浮液的粘度。同時做空白實驗。,四、記錄 配料操作記錄： 滴加操作記錄： 流