實(shí)驗(yàn)3-醋酸乙烯酯的溶液聚合

高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告10高二醋酸乙烯酯的溶液聚合實(shí)驗(yàn)三危平福1014122030丁勝10141220072023/5/8溶液聚合是將單體和引發(fā)劑溶于適當(dāng)?shù)娜軇┲羞M(jìn)行的聚合反響，生成的聚合物能溶于溶劑的叫均相溶液聚合，聚合物不溶于溶劑而析出者，稱異相溶液聚合或沉淀聚合。

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、學(xué)習(xí)水溶液的聚合方法制備醋酸乙烯酯溶液2、了解水溶液聚合機(jī)理及聚合中各個(gè)組分的作用。二、實(shí)驗(yàn)原理：引自Wikipedia“聚醋酸乙烯酯〞詞條【聚醋酸乙烯酯】〔也稱作聚乙酸乙烯酯，簡(jiǎn)稱PVA、PVAc〕是一種有彈性的合成聚合物。聚醋酸乙烯酯是通過醋酸乙烯酯〔VAM〕的聚合而制備的。聚合物的局部或全部水解用于制備聚乙烯醇。聚乙烯醇產(chǎn)品的水解率一般在87%至99%之間。聚醋酸乙烯酯是弗里茨·克拉特1912年在德國發(fā)現(xiàn)的；它是最常用的木材用膠，被稱作白膠水〔白膠漿引自Wikipedia“聚醋酸乙烯酯〞詞條溶液聚合是將單體和引發(fā)劑溶于適當(dāng)?shù)娜軇┲羞M(jìn)行的聚合反響生成的聚合物能溶于溶劑的叫均相溶液聚合聚合物不溶于溶劑而析出者稱異相溶液聚合或沉淀聚合。優(yōu)點(diǎn):一、與本體聚合相比，溶液聚合有溶劑為傳熱介質(zhì)聚合強(qiáng)度容易控制；二、體系中聚合物濃度較低能消除自動(dòng)加速現(xiàn)象聚合物分子量比擬均—；三、不易進(jìn)行鏈自由基向大分子轉(zhuǎn)移而生成支化或交聯(lián)的產(chǎn)物；四、反響后的物料也可直接使用。缺點(diǎn):單體濃度小聚合速率低設(shè)備利用率；低單體濃度低和向溶劑鏈轉(zhuǎn)移結(jié)果致使聚合物分子量不高；聚合物中夾帶微量溶劑溶解回收麻煩而且多為易染、易爆的有毒物。這些缺點(diǎn)使得溶液聚合在工業(yè)上應(yīng)用不如懸浮聚合和乳液聚合多。本實(shí)驗(yàn)以偶氮二異丁腈為引發(fā)劑甲醇為溶劑的醋酸乙烯酯的溶液聚合屬于自由基聚合反響。自由基聚合微觀動(dòng)力學(xué)：鏈引發(fā)速率：R鏈增長(zhǎng)速率：Rp鏈終止速率：R總速率方程說明聚合速率與發(fā)劑濃度的平方根、單體濃度的一次方根成正比。本次實(shí)驗(yàn)中引發(fā)劑用量由0.05g提高到0.2g，溶劑用量由5ml提高到20ml，假設(shè)各反響物混合后體積不變，那么引發(fā)劑濃度由0.05/〔5+20/0.93〕=0.001887g/ml提高到0.2/〔20+20/0.93〕=0.004819g/ml所以[I]提高2.55倍，單體濃度20/25.5=0.7843g/ml降低到20/41.5=0.4819g/ml[M]降低1.63倍，所以總速2.55/1.63=0.97總速率并未提高，反而下降了。也就是說老師的改良方法并沒有起到提高反響三、實(shí)驗(yàn)儀器及藥品：藥品：醋酸乙烯酯、甲醇、偶氮二異丁腈儀器：三口燒瓶、攪拌器、回流冷凝管、鐵架臺(tái)、一次性滴管、一次性杯子、燒杯、溫度計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置圖：Fig1.實(shí)驗(yàn)步驟、現(xiàn)象及分析：實(shí)驗(yàn)步驟現(xiàn)象分析在裝有攪拌器、回流冷凝管和溫度汁的反響瓶中參加醋酸乙烯酯20g(可折算成體積〔約21.5ml〕后用移液管雖取)，再將另一小燒杯重預(yù)先準(zhǔn)備好的偶氮二異丁腈溶液(0.2g溶于20mI甲醇中)倒入反響瓶引發(fā)劑參加甲醇中后，呈乳白色，隨著攪拌的進(jìn)行引發(fā)劑逐漸溶解，參加醋酸乙烯酯后引發(fā)劑全部溶解。偶氮二異丁腈白色柱狀結(jié)晶或白色粉末狀結(jié)晶，不溶于水，溶于甲醇。參加甲醇中，在攪拌的作用下逐漸溶解。升溫，翻開攪拌器，控制轉(zhuǎn)速在300-400R/min控制反響瓶?jī)?nèi)溫度61—63℃，注意觀察體系內(nèi)粘度的變化溫度升高，冷凝管中產(chǎn)生回流液，溫度到達(dá)穩(wěn)定值后回流量也趨于穩(wěn)定。隨著攪拌的不斷進(jìn)行，反響液的粘度逐漸變大，在此過程中不斷有氣泡產(chǎn)生。甲醇沸點(diǎn)64.7°C，醋酸乙烯酯沸點(diǎn)72.7°C，開始是的回流液主要為甲醇，回流穩(wěn)定后，回流液的主要成分為甲醇和醋酸乙烯酯的二元共沸物；反響中產(chǎn)生的氣泡是由于AIBN分解產(chǎn)生N2的緣故；體系粘度增大是由于反響過程中聚合物不斷的生成以及聚合物的分子量逐漸增大共同作用的結(jié)果。3h后,停止反響，將瓶?jī)?nèi)的物料倒入外表皿中，放入50℃真空烘箱中枯燥．得無色透明樹脂，稱重。反響結(jié)束得到粘度較大的乳白色膠狀物體系粘度增大到一定程度是，取一干凈燒杯參加蒸餾水，用膠頭滴管吸取少量反響液滴入水中，假設(shè)出現(xiàn)乳白色沉淀，即說明反響可停止。實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論Fig2.1、產(chǎn)物狀態(tài)：烘干溶劑后得到淡黃色半透明柔軟彈性體3.73g，產(chǎn)物無氣泡2、產(chǎn)率計(jì)算：〔3.73/20〕*100%=18.65%3、產(chǎn)物分析：=1\*GB3①本次實(shí)驗(yàn)產(chǎn)率只有18.65%，產(chǎn)率較低，得到產(chǎn)物明顯偏軟，說明分子量較低，原因在于：實(shí)驗(yàn)開始安裝實(shí)驗(yàn)儀器時(shí)，攪拌槳沒有充分洗凈，攪拌槳上殘留較多雜質(zhì)，這些雜質(zhì)作為阻聚劑進(jìn)入反響體系，延長(zhǎng)聚合反響的誘導(dǎo)期，導(dǎo)致聚合反響時(shí)間過長(zhǎng)，聚合物分子量較低；=2\*GB3②與其他組相比本組實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物，透明度較高，原因在于本組產(chǎn)物中幾乎不存在氣泡，聚合物透光性能好，不含氣泡的原因在于反響器攪拌速度適當(dāng)，引發(fā)劑分解產(chǎn)生的氮?dú)饧磿r(shí)排除體系，同時(shí)沒有因攪拌速度過快重新帶入空氣到體系中來；體系溫度控制較為適宜。=3\*GB3③產(chǎn)物呈現(xiàn)淡黃色，可能是體系中進(jìn)入少量有色雜質(zhì)，或者反響溫度過高導(dǎo)致產(chǎn)品變色。思考題影響溶液聚合的因素有哪些？答：影響溶液聚合的因素包括溶劑、溫度、單體濃度、引發(fā)劑濃度以及雜質(zhì)等；溶劑：溶劑的選用對(duì)溶液聚合有較大的影響：選用良溶劑，為均相聚合，假設(shè)濃度不高可不出現(xiàn)凝膠效應(yīng)。選用沉淀劑時(shí)，那么成為沉淀聚合，凝膠效應(yīng)顯著。不良溶劑的影響介于兩者之間。但是溶劑并非絕對(duì)的惰性，對(duì)引發(fā)劑有誘導(dǎo)分解的作用，鏈自由基對(duì)溶劑有鏈轉(zhuǎn)移反響。溫度：溫度升高，反響速率加大，但聚合物分子量分布變寬，平均分子量下降。引發(fā)劑濃度和單體濃度對(duì)溶液聚合的影響：可由自由基聚合反響總速率方程Rp雜質(zhì)：雜質(zhì)進(jìn)入反響體系將作為阻聚劑參與聚合反響，增加誘導(dǎo)期時(shí)間，導(dǎo)致最終反響時(shí)間加長(zhǎng)，使分子量降低，影響分子量分布降低。不同類型冷凝管有什么不同的作用？答:冷凝管分空氣、直形、球形、蛇形、蛇形回流、直形回流等多種式樣，除空氣冷凝管外，其余都是由外套水套管和內(nèi)芯管以及進(jìn)出水的小嘴管等局部焊接成一個(gè)整體。(1)空氣冷凝管：。它適用于蒸餾物質(zhì)沸點(diǎn)在

140℃以上的高沸物質(zhì)蒸餾用，或有些不能與水接觸的物質(zhì)蒸餾冷卻用。

(2)直形冷凝管：它是Liebig氏設(shè)計(jì)，是將一根空氣冷凝管作為內(nèi)芯，在其外面焊有一較粗的外套管(水冷管)，在外套管的兩端各焊接一個(gè)小嘴是用以連接冷凝水的進(jìn)出口(下嘴用以連接冷卻水源，上嘴用以作冷卻水的出口)。它是用水進(jìn)行冷卻，可加速冷卻的時(shí)間或縮短冷凝管的長(zhǎng)度。適用于沸點(diǎn)為140℃以下物質(zhì)的蒸餾、分餾操作，主要用于傾斜式蒸餾裝置。

(3)球形冷凝管：它是Allihn氏設(shè)計(jì)，是用球泡狀管作內(nèi)芯管，與直形管相比，球泡狀的內(nèi)芯管的冷卻面積大，效果好，其它局部與直形冷凝管相同。同樣的冷卻面積，可縮短冷凝管的長(zhǎng)度，提高蒸餾效果。由于它的內(nèi)芯管為球泡狀，容易在球部積留蒸餾液，故不適宜做傾斜式蒸餾裝置，多用于垂直蒸餾裝置，適用于回流蒸餾操作。(4)蛇形冷凝管：它是Grahan氏設(shè)計(jì)，它的內(nèi)芯管為螺旋形，增加了玻璃管的長(zhǎng)度，冷卻面較球泡形更大。其它局部與球形相同。同樣由于內(nèi)芯管為蛇形，蒸餾時(shí)積留的蒸餾液更多，故適用于做垂直式的連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間的蒸餾或回流裝置。

(5)蛇形回流冷凝管：它是Dimroth氏設(shè)計(jì)，它的內(nèi)芯管為二根玻璃管緊密盤旋交織成螺旋狀的水冷管，更增加了內(nèi)芯管的長(zhǎng)度，擴(kuò)大冷卻面積，蒸氣是由內(nèi)芯管的外面通過，不僅受水的冷卻，而且還可受自然空氣的冷卻，冷卻的效果更好，適用于回流裝置。

圖片引自圖片引自Wikipedia“冷凝管〞詞條3、本實(shí)驗(yàn)?zāi)芊襁x用高效的引發(fā)劑，為什么？答：本次試驗(yàn)中，醋酸乙烯酯作為反響單體的同時(shí)也充當(dāng)反響的溶劑，假設(shè)參加高效的引發(fā)劑醋酸乙烯酯消耗的很快，相對(duì)的來說反響體系中的溶劑量就減少了，導(dǎo)致反響體系粘度增大，易發(fā)生凝膠效應(yīng)，反響類型趨于本體聚合。導(dǎo)致產(chǎn)品中產(chǎn)生氣泡、變色，嚴(yán)重是甚至發(fā)生爆聚。因此本實(shí)驗(yàn)中應(yīng)選用低效率的引發(fā)劑。4、聚醋酸乙烯酯的根本特性及應(yīng)用？答：又名聚乙酸乙烯酯〔polyvinylacetate〕，英文縮寫為PVAC。為無色黏稠液或淡黃色透明玻璃狀顆粒，無臭，無味，有韌性和塑性。軟化點(diǎn)約為38℃。經(jīng)常作用于：1、作膠姆糖基料，中國規(guī)定可用于乳化香精和膠姆糖，最大使用量為60g/kg；2、用于制造玩具絨及無紡布；3、用作聚乙烯醇、醋酸乙烯-氯乙烯共聚物、