高分子化学实验

实验二 丙烯酰胺溶液聚合

一、目的要求

1.认识并了解溶液聚合及其反应原理；

2.掌握丙烯酰胺溶液聚合的方法。

二、基本原理

溶液聚合是将单体，引发剂溶于溶剂，然后进行聚合的方法。根据所生成的高分子物质溶解情况，可以分为均相溶液聚合和非均相溶液聚合（也叫沉淀聚合）。自由基聚合、离子型聚合和缩聚反应聚合采用溶液聚合的方法。

溶液聚合一般具有反应均匀、聚合热易散发、反应速度及温度易控制、分子量分布均匀等优点。但是由于溶剂的引入，大分子自由基易向溶剂发生链转移反应，造成转化率降低，聚合度不高，使产物分子量降低，这是溶液聚合的主要缺点。因此，在选择溶剂时必须注意溶剂的活性大小。各种溶剂的链转移常数变动很大，水为零，苯较小，卤代烃较大。一般根据聚合物分子量的要求选择合适的溶剂。另外还要注意溶剂对聚合物的溶解性能，选用良溶剂时，反应为均相聚合，可以消除凝胶效应，遵循正常的自由基动力学规律。选用沉淀剂时，则成为沉淀聚合，凝胶效应显著。产生凝胶效应时，反应自动加速，分子量增大，劣溶剂的影响介于其间，影响程度随溶剂的优劣程度和浓度而定。

本实验以丙烯酰胺为单体，水为溶剂，（NH 4）2S 2O 8为引发剂，水为溶剂有许多优点：（1）价廉，（2）无毒，（3）链转移常数小，（4）对单体及聚合物溶解性能好，为一均相反应。 反应式： 链引发：

()4

4284222NH S O NH SO +−−

→

+

O

C

H 2CH C

NH 2

SO 4

_.+

O 3SO CH 2

C H

C O NH 2.

链增长：

O

C

H 2CH C

NH 2

O 3SO

CH 2

C H

C O NH 2

.

n .

+O 3SO

CH 2

CH

C O NH 2

CH 2

C

H C O NH 2

n

链终止：

2O 3

SO

CH 2

CH C O NH 2CH 2C C O NH 2

.

n

n

n

O 3SO CH 2

CH C O NH 2

CH 2

CH C O NH 2

CH

C O NH 2

CH 2CH C O NH 2

CH 2OSO 3

在均相反应结束后，可通过加入适当的沉淀剂使聚合物与溶剂分离，再用过滤等方法，得到固体聚合物。

聚丙烯酰胺是一种优良的絮凝剂，水溶性好，广泛应用于石油开采，选矿、化学工业及污水处理等方面。

三、仪器与药品

仪器：三口瓶250ml 、球形冷凝管、温度计100℃、烧杯100ml 、量筒100ml 、搅拌装置、控温装置。

药品：丙稀酰胺（分析纯）10g 、蒸馏水100ml 、（NH 4）2S 2O 8 （分析纯）0.06g 。

四、实验步骤

1．如图组装好各种实验仪器。

2．用天平称取丙烯酰胺10g ，量筒量取蒸馏水80ml ，并将称量好的丙烯酰胺和蒸馏水依次加入到三口瓶中。

3．将水浴温度设定至30℃，并开始搅拌。

4．用天平称取（NH 4）2S 2O 8 0.06g ，量筒量取蒸馏水20ml ，并将称量好的（NH 4）2S 2O 8溶解

在烧杯中，不断搅拌，使之完全溶解。

5．将溶解好的（NH4）2S2O8溶液加入到三口瓶中。

6．将水浴温度设定至90℃，慢速搅拌2～3个小时。

7．每隔一定时间观察反应现象，并加以记录。

8．反应结束，清理实验台。

五、思考题

1、溶液聚合有何突出优缺点？为什么？应用情况怎样？

2、影响溶液聚合的因素是什么？具体影响如何？

3、用溶液聚合为什么所得聚合物分子量低？

实验三苯丙乳液聚合

一、试验目的

１、了解乳液聚合特点、配方及各组分的作用。

２、熟悉苯丙乳液的制备及用途，掌握实验室制备苯丙乳液的聚合方法。

二、实验原理

乳液聚合是指单体在乳化剂的作用下分散在介质中，加入水溶性引发剂，在搅拌或振荡下进行的非均相聚合反应，它既不同与溶液聚合，也不同于悬浮聚合。乳化剂是乳液聚合的主要成份。乳液聚合的引发、增长、终止都在胶束的乳胶粒内进行。单体胶滴只是贮藏单体的仓库。反应速率主要决定于粒子数，具有快速、分子量高的特点。

苯丙乳液是苯乙烯、丙烯酸酯类、丙烯酸三元共聚乳液的简称。苯丙乳液作为一类重要的中间化工产品，有其非常广泛的用途，现已用作建筑涂料、金属表面胶乳涂料、地面涂料、纸张粘合剂、胶粘剂等，具有无毒、无味、不燃、污染少，耐候性好、耐光、耐腐蚀性优良等特点。

本实验以苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸等为原料，过硫酸铵为引发剂，十二烷基硫酸钠、OP-10和NaHCO3为乳化剂，水为分散介质进行的乳液聚合。苯乙烯在水相中溶解度很小，主要以胶束成核，乳化剂可以是互不相溶的单体—水转变为稳定的不分层的乳液。

三、主要仪器试剂

仪器：三口瓶250ml、球形冷凝管、温度计100℃、烧杯50ml、量筒25ml、恒压滴液漏斗、搅拌装置、控温装置。

试剂：苯乙烯，丙烯酸丁酯，丙烯酸，十二烷基硫酸钠，OP-10，过硫酸铵，NaHCO3，磷酸三丁酯。

四、实验步骤

1. 称取过硫酸铵0.20g溶于5ml水中备用。

2. 称取十二烷基硫酸钠0.20g，OP-10 0.3g，NaHCO3 0.1g，配成15 g乳化剂混合液，称取丙烯酸丁酯18 g，苯乙烯15 g，丙烯酸1.5 g，混合在烧杯中备用。

3. 在装有电动搅拌器、温度计（液滴漏斗）、冷凝管的250ml三颈瓶中加入50g蒸馏水，再加入全部乳化剂和混合原料的一半，同时加入一半引发剂，开始搅拌，在78~83℃下反应20min。

4. 滴加剩余的原料和引发剂，在40~50min内滴完，然后在85~87℃下反应2h，降温至40℃以下，加入磷酸三丁酯等助剂后放料。

五、思考题

1. 比较乳液聚合、溶液聚合、悬浮聚合的反应特点。

2. 乳化剂的作用是什么？

3. 本实验操作应注意哪些问题？