丙烯酰胺的水溶液聚合.doc

二、主要仪器和试剂
药品：丙烯酰胺（10g）---、甲醇（150mL）---、过硫酸铵（0.05g）、去离子水，蒸馏水等；
仪器：铁架台及铁架，升降台，反应瓶（250ml四口），电动搅拌机，循环恒水泵，烘箱，，单通活塞，调压计，温水浴锅、搅拌器、三口烧瓶、球型冷凝管、温度计、吸管、天平、量筒，布氏漏斗，吸滤瓶，真空泵
三、实验原理
与本体聚合相比，溶液聚合体系具有粘度低、搅拌和传热比较容易、不易产生局部过热、聚合反应容易控制等优点。但由于溶剂的引入，溶剂的回收和提纯使聚合过程复杂化。只有在直接使用聚合物溶液的场合，如涂料、胶粘剂、浸渍剂、合成纤维纺丝液等，使用溶液聚合才最为有利。
进行溶液聚合时，由于溶剂并非完全是惰性的，对反应要产生各种影响，选择溶剂时要注意其对引发剂分解的影响、链转移作用、对聚合物的溶解性能的影响。丙烯酰胺为水溶性单体，其聚合物也溶于水，本实验采用水为溶剂进行溶液聚合。与以有机物作溶剂的溶液聚合相比，具有价廉、无毒、链转移常数小、对单体和聚合物的溶解性能好的优点。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。
合成聚丙烯酰胺的化学反应简式如下：

四、实验装置图

带水浴加热的反应装置

五、实验步骤
实验步骤实验现象现象解释⑴在250mL的三口瓶中，中间口安装搅拌器，分别装上一个温度计和一个冷凝管。
①装搅拌棒时，应先保证搅拌棒竖直，然后可开启搅拌器，调节直到反应装置稳定为止。
②氧气是本实验的阻聚剂，会降低引发剂的效率，所以应尽量减少氧气混入。⑵将10g丙烯酰胺和90ml去离子水加入反应瓶中，开动搅拌器，用水浴加热至30℃，使单体溶解。把0.05g过硫酸铵溶解在10ml蒸馏水中，溶解后加入反应四口瓶内。
把蒸馏水加入到装有丙烯酰胺的三口烧瓶中，大部分丙烯酰胺溶解，有少部分白色不溶物漂浮在液体表面。把溶解有过硫酸钾的溶液加入到反应瓶中，溶液中立即出现大量的白色絮状物。
少部分不溶物可能是聚丙烯酰胺，当温度低时，聚丙烯酰胺的溶解度较小，聚合物便以絮状存在溶液中，当升高温度时，聚丙烯酰胺在水中的溶解度增加，使聚合物溶解。由于过硫酸钾时引发剂，当加入过硫酸钾的溶液到反应瓶中时，由于单体少部分聚合，而聚合物的溶解度较小，聚合物便以絮状存在溶液中。⑶逐步升温到90℃，这时聚合物便逐渐形成，在90℃下反应2~3h。
加热时，白色絮状物减少，当加热到47℃左右，白色絮状物几分全部溶解，溶液变透明；d.当加热到70℃左右时，黏度剧增到糨糊装，当加热到83℃时，粘度变得很大，能够拉成十来厘米长的线。
加热时，白色絮状物减少，当加热到47℃左右，白色絮状物几分全部溶解，溶液变透明；d.当加热到70℃左右时，黏度剧增到糨糊装，当加热到83℃时，粘度变得很大，能够拉成十来厘米长的线。⑷反应完毕，将所得到的产物取部分倒入盛有150ml甲醇的500ml烧杯中，边倒边搅拌，聚丙烯酰胺便沉淀下来，观察现象。刚滴加反应溶液时，没有立刻出现白色沉淀，轻轻摇晃，立刻出现白色絮状沉淀；当一次性滴加较多时白色沉淀呈烂胶棉状，且随时间的推移，溶液慢慢变成白色。聚合物不溶于甲醇，甲醇溶于水，从而使聚合物从水溶液中沉淀析出来，已经缠绕在一起的聚合物高分子，不可能很快分散沉淀析出，而是先析出表面，从而包裹聚合溶液，使之呈白色烂胶状。

问题与讨论
1.进行溶液聚合时，选择溶剂应注意哪些问题?
答：自由基溶液聚合选择溶剂时，必须注意下列两方面的问题：A、溶液对聚合活性的影响。初看起来，溶剂并不参加反应。但溶剂往往并非绝对惰性，对引发剂有诱导作用，链自由基对溶剂有连转移反应。这两个方面的作用都可能影响聚合速率和分子量。B、溶剂对聚合物的溶解性能和凝胶效应的影响。学用良溶剂时，为均相聚合，如果单体的浓度不高，可能不出现凝胶效应，遵循正常的自由基聚合动力学规律。学用沉淀聚合，凝胶效应显著。不良溶剂的影响则介于两者之间，影响深度则视溶剂优劣程度和浓度而定。
2.工业上在什么情况下采用溶液聚合?
答：由于溶剂分离回收费用高，除尽聚合物中残留溶剂困难。因此工业上溶液聚合多用于聚合物直接使用的场合，如涂料、胶粘剂、合成纤维纺丝液、继续进行化学反应等。
3.溶液聚合制备丙烯酰胺的关键步骤有哪些？
答：1.温度控制，2.引发剂过硫酸铵加的量