实验 127 水溶液聚合法合成聚丙烯酸钠类聚合物

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大学通用化学实验技术

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。

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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•

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(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

+ H2C CH

X

RH2C CH

X

RCH2CHCH2CH

X X

RCH2HC CH2CH

X

H2C

Xn

CH

X

R + H2C CH

X

RH2C CH

X

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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。

CH2CHX + CHCH2

X

CH2CHX CHCH2

X

CH2CHX + CHCH2

X

CH2CH2X HC

X

+ CH

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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

加入丙烯酸质量 20%的蒸馏水

500 mL四口瓶（

如图 1所示）

加热至 60 ℃ ，同时搅拌

50 g AA 或AA 与 AM 混合物

同时在两滴管滴加单体与引发剂

加入 3 g 亚硫酸氢钠继续搅拌并

保温 2.5 h

得到黏稠状的聚丙烯酸溶液

加入活性炭脱氧

过硫酸铵溶液

0.5 h 滴完

用 30% NaOH 溶液中和至 pH 为 7 ～ 8

冷却至

40 ～ 50 ℃

低分子量聚丙烯酸钠溶液 ( 或 AA-AM 共聚物

分散剂 )

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图 1 聚丙烯酸钠分散剂制备实验装置图1.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

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(2) 相对分子质量测定

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

用少量热水洗涤锥形瓶和滤纸

用 pH 计测定其 pH

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

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(3) 分散力的测定

a'

h'

a

h

A B

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

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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

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

亚硫酸氢钠溶液

真空过滤脱色，滤液倒入塑料烧杯中

加入 29 g 氢氧化钠

搅拌均匀后保温2 ～ 3 h

反应完全得到无色透明胶块

加入活性炭 2.5 g

过硫酸铵溶液

将胶块剪细，烘干、粉碎、过筛包装备用

搅拌 1 h

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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

0.025 g 过硫酸铵

依次加入引发剂以及氧化还原剂

搅拌、加入18% 钠氢氧

化溶液 20 mL

继续搅拌、反应 0.5 h

得到产物在在 65 ℃ 下烘干、粉碎、过筛

加入活性炭脱氧

0.02 g 亚硫酸氢钠

得到均聚吸水剂产物备用

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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。

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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？

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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。

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（ 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。

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（ 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。

43.031038.3

][94

M

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（ 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。

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（ 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。

H2C CH

COOHn**

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