实验3丙烯酸的反相悬浮聚合 一、目的要求 1、了解丙烯酸自山基聚合的基本原理。 2、了解反相悬浮聚合的机理、体系组成及作用。 3、了反相悬浮聚合的工艺特点、掌握反相悬浮聚合的基本实验操作方法。 二、基本原理 本实验采用KS,Og-NaHSO,氧化-还原引发体系进行丙烯酸的自山基聚合。主要反应 式为： S20+S0一S04+S04·+S0· R·+CH-CHCOOH→RCH,CH·+CH=CHCOOH→→-CH,CH COOH COOH CH,CH·→ -CH2CH:+ -CH=CH COOH COOH COOH 本实验采用反相悬浮聚合。关于油溶性单体的悬浮聚合原理，在实验2中已有详尽论述 很明显，对于像丙烯酸这样的水溶性单休，！要采用悬浮聚合法合成，则不宜再用水做分散 介质，而要选用与水溶性单体五溶的油溶性溶剂做分散介质。相应地， 引发剂也应选用水 溶性的，以保证布水溶性单体小液滴内引发剂与单体进行均相聚合反应。与实验2中常规的 悬浮聚合体系相对应，人们习惯上将上述聚合方法称为反相悬浮聚合。除上述体系组成的不 同外，在悬浮剂的选择上亦有一定的差别。对于下常的杰浮聚合体系，一般选择非离子型的 水溶性高分子化合物。聚乙烯醇、明胶等，或非水溶性无机粉木为悬浮剂。对于油包水型 的反相悬浮聚合体系，上述悬浮剂对水溶性液滴的保护则要弱的多，为此，反相悬浮聚合多 采用复合型浮剂，即加入 些保护作用强的HLB值为3~6的油包水型乳化剂组成复 型悬浮剂或只用上述乳化剂做悬浮剂。总体看，反相悬浮聚合的基本特点与正常的悬浮聚合 相似，可参照正常悬浮聚合进行配方设计、反应条件确定和聚合工艺控制。 三、主要试剂和仪器 主要试剂 名称 试剂 规格 用最 单体： 丙烯酸 聚合纵 12.6g 水溶性引发剂： K:S-Ox-NaHSO; AR 0.02mol-0.01mol CP 1.75 分散介质 85 ml 2、主婴仪器 三口瓶(250ml)、球型冷凝管、恒温木浴、搅拌马达及搅拌器、温度计(0-100℃)
维形瓶(50ml)、移液管(15ml)。 四、实验步绿 1、按图2-2（见实验2）安装好聚合反应装置，要求安装规范、搅拌器转动自如1。 2、用分析天平准确称取1.75 g Spand60,放入三口瓶中。加入50ml环已烷，通冷凝水 开动搅拌，升温金40℃，直全Span60完全溶解。 3、用分析天业难称取KSO。5.4g,Na日SO12g放于50l推形瓶中，用移液管彩 取丙烯酸12ml,加入到锥形瓶中，轻轻摇动， 待引发 完全溶解于丙烯酸中后将溶液倒) 二口瓶，再用35ml环已烷冲洗二口瓶后，将环已烷倒入二口瓶。 4、通冷凝水，维持搅拌转速恒定，升温金45℃，开始聚合反应。 与正常的悬浮聚合相同，在整个聚合反应过程中，既要控制好反应温度，又要控制好 搅拌速度。反应进行一个多小时后，体系中分散的顺粒山于转化度的增九而变得发粘，这时 搅拌度的微小变化（忽快忽慢或停止）都会导致颗粒粘在一起，或自结成块、或粘在搅拌上， 致使反应失败 反应2.5h后，升温金55℃继续反应0.5h,结束反应。 5、维持搅拌原有转速，停止加热，将恒温水浴中热水换为冷水，将反应体系冷却全室 温后停止搅拌。 6、产品用布氏漏斗滤干，再用环己烷洗涤数次，洗去颗粒表面的分散剂，在通风情况 下干燥，称重并 十算产案】 7、回收布氏漏斗中的环已烷。 五、实验拓展 1、一点法测定聚合物粘均分子量 原理对于线型柔性链高聚物，在良溶剂中如果存在x=13且K+B=12,则： 1=2。-.月 [n]=3.38×103Ma4 试样配制准确称取0.02克干燥后的聚丙烯酸于50ml容量瓶中，加蒸馏水溶解并稀释 金刻度。将聚丙烯酸水溶液和4N的NaOH溶液各取25ml混合均匀，放胥10min后咒于恒 温水浴中(30℃土0.0s℃)备用待测。 清出时定洗用1000L的氯化钠溶液在30℃的流经时为100-130s范围内 的乌氏粘度计 用待测的聚丙烯酸试样溶液10m左右润洗乌氏粘度计3次，倒掉润洗液 取10ml左右聚丙烯酸试样溶液加入乌氏粘度计，将乌氏粘度计放入30℃（±0.05℃）的 温水浴中，恒温15min,分别测定试样的流经时间(t,s)和1.00mol/L的氯化钠溶液的流 经时间(。，s)。则试样溶液的相对粘度为： t-to 2、应用实验 聚丙烯酸可用作絮凝剂。其作用的一般性原理是，溶解于水中的高分子链可同时吸附多 个悬浮布水中的微粒表面，通过“架桥”方式将两个或多个微粒联在一起，从而导致微粒聚
沉，即絮凝。 准确称取0.02克干燥后的聚丙烯酸溶解在50ml无离子水中： 称取25g泥土，在250ml量筒内配制成240ml的自来水溶液，搅拌后迅速加入聚丙烯 酸水溶液6ml,补充自来水到250ml刻度处摇匀静置。 记录开始静置全溶液分层所需时间t,和溶液澄清所需时间t2。 与个加聚丙烯酸水溶液泥土水溶液静胃全溶液分层所需时间’和溶液澄清所需时间 2’对比，分析絮凝效果 3、如将丙烯酸（或聚丙烯酸）与氢氧化钠反应，则可制成聚丙烯酸盐，同样为一种性 能优异的凝聚剂。 六、结果与讨论 1、对比反相悬浮聚合与正常悬浮聚合的体系组成、作用原理。 2、根据实验现象与纪录，讨论反相悬浮聚合的机理与工艺控制特点。 3、参比此体系，再设计一个采用反相悬浮聚合法合成聚丙烯酸的体系。 4、参照本实验设计两个合成聚丙烯酸钠的实验。 七、背景知识 1、丙烯酸无色液体，有刺激气味。比重1.05，熔点12.1℃，沸点140.9℃。酸性较 强，有腐蚀性。溶于水、乙醇和乙醚，化学性质活泼。 2、丙烯酸类聚合物主要包括聚丙烯酸（盐）、聚甲基丙烯酸（盐）及共共聚物，是一类 很重要的水溶性高分子。这类聚合物不管是酸的形式、盐的形式、还是含有脂基的聚合物， 都是很有价值的化学品或助剂。 丙烯酸聚合物山于可以溶于水，因此可作为增稠剂广泛用于需要提高水溶液粘度的场 合，加入水-乙二醇混合物，可增大液体粘度以代替石油润滑剂：圳入涂料以调节乳胶漆 的粘度等。丙烯酸类聚合物的另一大用途是做絮凝剂，用于污水处理、食品添加剂等。丙烯 酸-丙烯酰胺类共聚物作为悬浮分散剂可广泛用于采油，配制钻探用泥浆、注入油层以提 高采油率等。利用丙烯酸聚合物有很好成膜性的特点，可用于纺织、皮革、印刷等领域。此 外，低分子量的丙烯酸聚合物可作为助洗剂制备无磷洗衣粉，交联后做高吸水树脂等。 3、丙烯酸聚合物可通过多种方法制备。除本实验采用的反相悬浮聚合法外，工业上多采用 水溶液聚合法，最简单的配方是10份单体、90份水、0.2份水溶性引发剂（制备低分子 量的可加1.5份水溶性引发剂)。此外，也可通过聚丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚丙烯晴等聚 合物的水解来制备