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1、高分子化学实验报告 10 高二11!实验三危平福 1014122030 丁胜10141220072013/5/8溶液聚合是将单体和引发剂溶于适当的溶剂中进行的聚合反应，生成的聚合物能溶于溶剂的 叫均相溶液聚合，聚合物不溶于溶剂而析出者，称异相溶液聚合或沉淀聚合。一、实验目的：学习水溶液的聚合方法制备醋酸乙烯酯溶液2、了解水溶液聚合机理及聚合中各个组分的作用。二、实验原理：i【聚醋酸乙烯酯】I J （也称作聚乙酸乙烯酯，简称PVA、PVAc ）是一种有弹性的合成聚合物。聚醋酸乙烯酯是通过醋酸乙烯 酯（VAM ）的聚合而制备的。聚合物的部分或全部水解用于制备聚乙 烯醇。聚乙烯醇产品的水解率一般在8
2、7%至99%之间。聚醋酸乙烯酯是 弗里茨克拉特1912年在德国发现的；它是最常用的木材用胶，被 称作白胶水（白胶浆），聚醋酸乙烯酯被广泛地应用于印刷装订和书 籍艺术溶液聚合是将单体和引发剂溶于适当的溶剂中进行的聚合反应 生成的聚合物能溶于溶剂的叫均相溶液聚合聚合物不溶于溶剂而析 出者称异相溶液聚合或沉淀聚合。优点:一、与本体聚合相比，溶液聚合有溶剂为传热介质聚合强度容易控制；二、体系中聚合物浓度较低能消除自动加速现象聚合物分子量比较均；三、不易进行链自由基向大分子转移而生成支化或交联的产物；四、反应后的物料也可直接使用。缺点:一、单体浓度小聚合速率低设备利用率；二、低单体浓度低和向溶剂链转移结
3、果致使聚合物分子量不高；三、聚合物中夹带微量溶剂溶解回收麻烦而且多为易染、易爆的有毒物。这些缺 点使得溶液聚合在工业上应用不如悬浮聚合和乳液聚合多。本实验以偶氮二异丁月青为引发剂 甲醇为溶剂的醋酸乙烯酯的溶液聚合属于自由基聚合反应。O nMCH2=CK-OCCH3 A 十CH戈Y】I酋or octi自由基聚合微观动力学： 链引发速率链增长速率链终止速率总速率方程表明聚合速率与发剂浓度的平方根、单体浓度的一次 方根成正比。本次实验中引发剂用量由0.05g提高到0.2g，溶剂用量 由5mI提高到20ml，假设各反应物混合后体积不变，则引发剂浓度由 0.05/ (5+20/0.93) =0.0018
4、87g/ml 提高到0.2/ (20+20/0.93) =0.004819 g/ml 所以I提高2.55倍，单体浓度20/25.5=0.7843g/ml 降低到20/41.5=0.4819g/mI M降低1.63倍，所以总速 总速率并未提高，反而下降了。也就是说老师的改进方法并没有起到提高反应速率的作用。三、实验仪器及药品： 药品：醋酸乙烯酯、甲醇、偶氮二异丁腈 仪器：三口烧瓶、搅拌器、回流冷凝管、铁架台、一次性滴管、一次 性杯子、烧杯、温度计实验装置图：Fig 1.实验步骤、现象及分析：实验步骤现象分析在装有搅拌器、回流冷凝管 和温度汁的反应瓶中加入 醋酸乙烯酯20g（可折算成 体积（约21
5、.5ml）后用移液 管虽取），再将另一小烧杯 重预先准备好的偶氮二异 丁腈溶液（0.2g溶于20ml 甲醇中）倒入反应瓶引发剂加入甲醇中 后，呈乳白色，随着 搅拌的进行引发剂逐 渐溶解，加入醋酸乙 烯酯后引发剂全部溶 解。偶氮二异丁月青白色柱状结 晶或白色粉末状结晶，不 溶于水，溶于甲醇。加入 甲醇中，在搅拌的作用下 逐渐溶解。升温，打开搅拌器，控制转 速在300-400R/min控制反 应瓶内温度6163C,注意观察体系内粘度的变化温度升高，冷凝管中 产生回流液，温度达 到稳定值后回流量也 趋于稳定。随着搅拌 的不断进行，反应液 的粘度逐渐变大，在 此过程中不断有气泡 产生。甲醇沸点64.7
6、 C,醋酸乙 烯酯沸点72.7 C,开始是 的回流液主要为甲醇，回 流稳定后，回流液的主要 成分为甲醇和醋酸乙烯酯 的二元共沸物；反应中产 生的气泡是由于AIB N分解 产生锋的缘故；体系粘度 增大是由于反应过程中聚 合物不断的生成以及聚合 物的分子量逐渐增大共同 作用的结果。3h后，停止反应，将瓶内的 物料倒入表面皿中，放入50C真空烘箱中干燥得无 色透明树脂，称重。反应结束得到粘度较大的乳白色胶状物体系粘度增大到一定程度 是，取一干净烧杯加入蒸 馏水，用胶头滴管吸取少 量反应液滴入水中，若出 现乳白色沉淀，即说明反 应可停止。五、 实验结果分析与讨论Fig 2.1、产物状态：烘干溶剂后得到
7、淡黄色半透明柔软弹性体3.73g，产物 无气泡2、产率计算：（3.73/20）*100%=18.65%3、产物分析：本次实验产率只有18.65%，产率较低，得到产物明 显偏软，说明分子量较低，原因在于：实验开始安装实验仪器时，搅 拌桨没有充分洗净，搅拌桨上残留较多杂质，这些杂质作为阻聚剂进 入反应体系，延长聚合反应的诱导期，导致聚合反应时间过长，聚合 物分子量较低；与其他组相比本组实验产物，透明度较高，原因在 于本组产物中几乎不存在气泡，聚合物透光性能好，不含气泡的原因 在于反应器搅拌速度适当，引发剂分解产生的氮气即时排除体系，同 时没有因搅拌速度过快重新带入空气到体系中来；体系温度控制较为
8、合适。产物呈现淡黄色，可能是体系中进入少量有色杂质，或者反应温度过高导致产品变色。六、 思考题1、 影响溶液聚合的因素有哪些？答：影响溶液聚合的因素包括溶剂、温度、单体浓度、引发剂 浓度以及杂质等；溶剂：溶剂的选用对溶液聚合有较大的影响：选用良溶剂，为 均相聚合，若浓度不高可不出现凝胶效应。选用沉淀剂时，则 成为沉淀聚合，凝胶效应显著。不良溶剂的影响介于两者之间。 但是溶剂并非绝对的惰性，对引发剂有诱导分解的作用，链自 由基对溶剂有链转移反应。温度：温度升高，反应速率加大，但聚合物分子量分布变宽， 平均分子量下降。引发剂浓度和单体浓度对溶液聚合的影响：可由自由基聚合反应总速率方程看出，聚合速率
9、和单体浓度成正比，和引发剂浓度的平方根成正比。杂质：杂质进入反应体系将作为阻聚剂参与聚合反应，增加诱 导期时间，导致最终反应时间加长，使分子量降低，影响分子 量分布降低。2、 不同类型冷凝管有什么不同的作用？答: 冷凝管分空气、直形、球形、蛇形、蛇形回流、直形回流 等多种式样，除空气冷凝管外，其余都是由外套水套管和内芯 管以及进出水的小嘴管等部分焊接成一个整体。(1) 空气冷凝管:。它适用于蒸馏物质沸点在140C以上的高沸 物质蒸馏用，或有些不能与水接触的物质蒸馏冷却用。(2) 直形冷凝管：它是Liebig氏设计，是将一根空气冷凝管作为 内芯，在其外面焊有一较粗的外套管(水冷管)，在外套管的两
10、 端各焊接一个小嘴是用以连接冷凝水的进出口(下嘴用以连接 冷却水源，上嘴用以作冷却水的出口) 。它是用水进行冷却，可 加速冷却的时间或缩短冷凝管的长度。适用于沸点为140C以下 物质的蒸馏、分馏操作，主要用于倾斜式蒸馏装芯管，与直形管相比，球泡状的内芯管的冷却面积大，球泡状，容易在球部积留蒸馏液，故不适宜做倾斜式球形冷凝管：它是Allihn氏设计，是用球泡状管作内 厂效果好，其它部分与直形冷凝管相同。同样的冷却面积， 可缩短冷凝管的长度，提高蒸馏效果。由于它的内芯管为蒸馏装置，多用于垂直蒸馏装置，适用于回流蒸馏操作。蛇形冷凝管：它是Grahan氏设计，它的内芯管 为螺旋形，增加了玻璃管的长度，
11、冷却面较球泡形 更大。其它部分与球形相同。同样由于内芯管为蛇形，蒸馏时积留的蒸馏液更多，故适用于做垂直式的连续长时 间的蒸馏或回流装置。蛇形回流冷凝管：它是Dimroth氏设计，它的内芯管为二根玻璃管紧密盘旋交织成螺旋状的水冷管，更 增加了内芯管的长度，扩大冷却面积，蒸气是由内芯 管的外面通过，不仅受水的冷却，而且还可受自然空 气的冷却，冷却的效果更好，适用于回流装置。 ii3、本实验能否选用高效的引发剂，为什么？答：本次试验中，醋酸乙烯酯作为反应单体的同时也充当反应的 溶剂，若加入高效的引发剂醋酸乙烯酯消耗的很快，相对的来说反应 体系中的溶剂量就减少了，导致反应体系粘度增大，易发生凝胶效应，
12、 反应类型趋于本体聚合。导致产品中产生气泡、变色，严重是甚至发 生爆聚。因此本实验中应选用低效率的引发剂。4、聚醋酸乙烯酯的基本特性及应用？答：又名聚乙酸乙烯酯(polyvi nyl acetate),英文缩写为PVAC。 为无色黏稠液或淡黄色透明玻璃状颗粒，无臭，无味，有韧性和塑性。 软化点约为38C。经常作用于：1、作胶姆糖基料，中国规定可用于 乳化香精和胶姆糖，最大使用量为60g/kg； 2、用于制造玩具绒及无 纺布；3、用作聚乙烯醇、醋酸乙烯-氯乙烯共聚物、醋酸乙烯-乙烯 共聚物的原料，也用于制备涂料、粘合剂等；4、主要用作涂料、胶 黏剂、纸张、口香糖基料和织物整理剂，也可用作聚乙烯醇和聚乙烯 醇缩醛的原料；5、制作果实被膜剂，可防止水分蒸发，起保鲜作用； 6、热塑性树脂，在酸或碱性溶剂中水解成聚乙烯醇，是制备聚乙烯醇 的主要原料。7、用作聚乙烯醇、醋酸乙幣氯乙烯共聚物、醋酸乙烯 -乙烯共聚物的原料，涂料、粘合剂、泡泡糖等。i引自Wikipedia “聚醋酸乙烯酯”词条 “图片引自Wikipedia “冷凝管”词条
