《高分子化学实验》课程实验指导（讲义）实验二 丙烯酰胺溶液聚合及其干燥加工

实验2丙烯酰胺溶液聚合及其干燥加工 一、实验目的 了解溶液聚合的原理和溶剂选择的原则，掌握丙烯酰胺溶液聚合方法。 二、实验原理 将单体溶解于溶剂中而进行的聚合反应为溶液聚合，生成的聚合物溶解于溶剂中，溶液 聚合为均相聚合：反之，聚合物从溶剂中沉淀出来，聚合反应称为沉淀聚合。自由基聚合、 离子聚合和缩聚反应皆可以采用溶液聚合的方法。 在自由基均相溶液聚合中，聚合物链处于比较伸展的状态，活性中心易相互靠近而进行 双基终止。只有在高转化率下，体系粘度增加到一定程度，才开始出现自动加速效应。但是 如果单体浓度低，则自动加速效应可能不再出现，整个自由基聚合过程都道循常见的自由装 聚合动力学方程，因此溶液聚合是实验室中研究聚合机理及聚合动力学等常用的方法。在沉 淀聚合中，聚合物处在不良溶剂中，聚合物链呈卷曲状态，端基被包围，聚合开始不久就会 出现自动加速效应，不存在稳定聚合阶段。随若聚合的进行，聚合物链卷曲缠绕程度加深， 自动加速效应也增强。因此，沉淀聚合的动力学行为与均相聚合有明显不同。均相聚合中终 上过程主要是双基丝 ,聚合速率与引发剂浓度的平方根成正比：沉淀紧 合中活性中心被包 围，终止过程基本上是通过单基终止完成的，聚合速率与引发剂浓度成正比。 溶液聚合中溶剂的存在对聚合反应有或多或少的影响，溶剂的选择的是相当重要的， 般遵循以下要求： (1)对引发剂的诱导分解作用小，以提高引发剂的引发效率。溶剂对偶氨类引发剂的 响很小，对有机过氧化物引发剂有较大的诱导分解作用，顺序为：芳烃、烷烃、醇 胺。 (2)溶剂的链转移常数应低，以获得较高分子量的聚合物。 (3)尽量使用聚合物的良溶剂，以便控制聚合反应。 与本体聚合相比，溶液聚合且有粘度低、混合和传热容易以及反应温度容易控制等优点 但是，存在聚合物分离和溶液回收等问题，因此在聚合物溶液直接使用的的情况下，如涂料、 粘合剂、浸渍剂和合成纤维的纺丝液等，才采用溶液聚合。 丙烯酰胺为水溶性单体，其聚合物也溶于水。本实验采用水作为溶剂进行溶液聚合，存在无 毒、价康和链转移常数小的优点。聚丙烯酰胺是一种优良的絮凝剂，水溶性好，被广泛的应 用于石油开采、选矿和污水处理的等方面。 三、化学试剂和仪器 化学试剂：丙烯酰胺，乙醇，过硫酸铵。 仪器设备：机械搅拌器，回流冷凝管，温度计，三口瓶，滴液漏斗，通氨系统。 四、实验步骤 在250mL三口瓶的中间口装机械搅拌器，一侧口装回流冷凝管。将5g丙烯酰胺(0.07 mol)和90mL蒸馏水加入到反应瓶中，开动搅拌，水浴加热至30℃，使单体完全溶解。将 0.05g过疏酸铵溶解于10mL蒸馏水中（取10m溶液，先配好：2g/400ml蒸馏水），溶液加 入到反应瓶中，逐步升温到90℃，反映2-3h(有点爬杆或超过2.5h停)，冷却至室温。 在100mL烧杯中缓缓加入上述溶液2g,加入20mL乙醇，搅拌，使聚合物完全沉淀出

实验 2 丙烯酰胺溶液聚合及其干燥加工 一、实验目的 了解溶液聚合的原理和溶剂选择的原则，掌握丙烯酰胺溶液聚合方法。 二、实验原理 将单体溶解于溶剂中而进行的聚合反应为溶液聚合，生成的聚合物溶解于溶剂中，溶液 聚合为均相聚合；反之，聚合物从溶剂中沉淀出来，聚合反应称为沉淀聚合。自由基聚合、 离子聚合和缩聚反应皆可以采用溶液聚合的方法。 在自由基均相溶液聚合中，聚合物链处于比较伸展的状态，活性中心易相互靠近而进行 双基终止。只有在高转化率下，体系粘度增加到一定程度，才开始出现自动加速效应。但是， 如果单体浓度低，则自动加速效应可能不再出现，整个自由基聚合过程都遵循常见的自由基 聚合动力学方程，因此溶液聚合是实验室中研究聚合机理及聚合动力学等常用的方法。在沉 淀聚合中，聚合物处在不良溶剂中，聚合物链呈卷曲状态，端基被包围，聚合开始不久就会 出现自动加速效应，不存在稳定聚合阶段。随着聚合的进行，聚合物链卷曲缠绕程度加深， 自动加速效应也增强。因此，沉淀聚合的动力学行为与均相聚合有明显不同。均相聚合中终 止过程主要是双基终止，聚合速率与引发剂浓度的平方根成正比；沉淀聚合中活性中心被包 围，终止过程基本上是通过单基终止完成的，聚合速率与引发剂浓度成正比。 溶液聚合中溶剂的存在对聚合反应有或多或少的影响，溶剂的选择的是相当重要的，一 般遵循以下要求： （1） 对引发剂的诱导分解作用小，以提高引发剂的引发效率。溶剂对偶氮类引发剂的影 响很小，对有机过氧化物引发剂有较大的诱导分解作用，顺序为：芳烃、烷烃、醇、 胺。 （2） 溶剂的链转移常数应低，以获得较高分子量的聚合物。 （3） 尽量使用聚合物的良溶剂，以便控制聚合反应。 与本体聚合相比，溶液聚合具有粘度低、混合和传热容易以及反应温度容易控制等优点。 但是，存在聚合物分离和溶液回收等问题，因此在聚合物溶液直接使用的的情况下，如涂料、 粘合剂、浸渍剂和合成纤维的纺丝液等，才采用溶液聚合。 丙烯酰胺为水溶性单体，其聚合物也溶于水。本实验采用水作为溶剂进行溶液聚合，存在无 毒、价廉和链转移常数小的优点。聚丙烯酰胺是一种优良的絮凝剂，水溶性好，被广泛的应 用于石油开采、选矿和污水处理的等方面。 三、化学试剂和仪器 化学试剂：丙烯酰胺，乙醇，过硫酸铵。 仪器设备：机械搅拌器，回流冷凝管，温度计，三口瓶，滴液漏斗，通氮系统。 四、实验步骤 在 250mL 三口瓶的中间口装机械搅拌器，一侧口装回流冷凝管。将 5g 丙烯酰胺 （0.07 mol）和 90 mL 蒸馏水加入到反应瓶中，开动搅拌，水浴加热至 30℃，使单体完全溶解。将 0.05g 过硫酸铵溶解于 10mL 蒸馏水中（取 10ml 溶液，先配好：2g/400ml 蒸馏水），溶液加 入到反应瓶中，逐步升温到 90℃，反映 2-3 h（有点爬杆或超过 2.5h 停），冷却至室温。 在 100mL 烧杯中缓缓加入上述溶液 2 g，加入 20 mL 乙醇，搅拌，使聚合物完全沉淀出

(沉淀缠在玻璃棒上)，（若有碎屑）用布氏漏斗过滤，沉淀放入烧杯，再用少量乙醇洗涤2 次（每次10ml),再30℃真空干燥至恒重，称重计算产率。 五、分析与思考 1、从环境保护的角度考虑，应尽量避免使用有机溶剂。那么，对于涂料和粘合剂（特别是 不溶于水的聚合物)而言，可采取那些措施？ (乳液聚合)

（沉淀缠在玻璃棒上），（若有碎屑）用布氏漏斗过滤，沉淀放入烧杯，再用少量乙醇洗涤 2 次（每次 10ml），再 30℃真空干燥至恒重，称重计算产率。 五、分析与思考 1、从环境保护的角度考虑，应尽量避免使用有机溶剂。那么，对于涂料和粘合剂（特别是 不溶于水的聚合物）而言，可采取那些措施？ （乳液聚合）