3. 实验三 醋酸乙烯酯的溶液聚合.doc

高分子化学实验报告实验三 醋酸乙烯酯的溶液聚合醋酸乙烯酯的溶液聚合一、实验目的通过聚醋酸乙烯酯的制备，掌握溶液聚合的一般方法和基本实验技巧。二、实验原理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。与本体聚合相比，溶液聚合的优点是：有溶剂为传热介质，聚合强度容易控制；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；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，反应后的物料也可直接使用。但溶液聚合也有缺点； 单体浓度小，聚合速率低，设备利用率低；单体浓度低和向溶剂链转移结果，致使聚合物分子量不高，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。自从1955 年配位聚合问世以来，溶液聚合获得了广泛的应用。本实验以偶氮二异丁腈为引发剂，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。三、实验仪器与药品实验仪器：100mL三角瓶、量移液管、洗耳球、回流冷凝管实验药品：醋酸乙烯酯(重蒸)、甲醇、偶氮二异丁腈四、实验装置图五、实验步骤及现象记录实验步骤实验现象现象分析1、量取21.5ml的醋酸乙烯酯溶液，倒入干燥的三口烧瓶中，按装置图安装好仪器，并在水浴锅中加适量的水，水浴温度调至70度左右；2、称取0.05g偶氮二异丁腈，倒入小烧杯中；另量取5ml甲醇于小烧杯中，搅拌，使偶氮二异丁腈尽量溶解溶解，然后倒入三口烧瓶中；偶氮二异丁腈在甲醇中只有少量溶解，倒入三口瓶后完全溶解；AIBN微溶于甲醇，易溶于醋酸乙烯酯中，所以在烧杯中只有少量溶解，而在加入到三口瓶中后很快溶解；同时，由于三口烧瓶中的温度较高利于溶解；3、冷凝回流，调整搅拌器的转速在260到280之间，在反应过程中要注意控制反应温度在6163，并注意观察反应体系粘度的变化，随着反应的进行和温度的升高，出现的回流量逐渐增多，反应物中出现一些气泡，且反应越久气泡量越多，反应物料的粘度也随反应进行而增加；反应开始后温度高甲醇气化的量增多，所以回流的甲醇也增多；反应过程中偶氮二异丁腈会分解出氮气，所以会出现气泡；当产物越来越多后，体系的粘度就会增加；4、当反应一定程度后用玻璃棒从烧瓶中沾取少量物料加入水中，如出现白色沉淀，即反应完成；用玻璃棒从烧瓶中沾取少量物料加入水中，出现白色沉淀；因产物不溶于水，所以在水中会形成沉淀析出；5、将蒸馏水倒入三口瓶中，搅拌，得到白色产物，取出后置于一次性杯子中再放于烘箱内烘干。蒸馏水倒入三口瓶时即有白色固体生成，在搅拌器搅拌下聚成团；取出产物时，有大量的产物黏在三口烧瓶内壁。因为反应后无聊粘度比较大，若将物料倒入蒸馏水中，则会有较多的物料黏在瓶口和瓶壁，不易清理从而影响产率，所以选择将蒸馏水倒入三口瓶中，保证产率。六、注意事项1、安装装置时，注意调整好搅拌器和瓶口要在一条竖直线上；2、搅拌器的旋叶要浸没在反应液中，但是在旋转时不能碰到瓶壁，温度计也不能和搅拌器碰触；3、搅拌过程中，聚合物粘度会增大，适当调整转速，且醋酸乙烯酯对身体有害，要注意通风。4、反应后期，聚合物很粘稠，搅拌阻力较大，可以加入少量甲醇。5、醋酸乙烯酯有麻醉性和刺激作用，高浓度蒸气可引起鼻腔发炎，因此在实验时保持通风。6、在实验时应先加引发剂，等到引发剂溶解后，再升温。七、产品图片展示 八、产率计算产量：10.00g反应物质量：20g产率 = 产量/反应物质量=（10.00/20）*100%=50%九、问题讨论与分析1、溶液聚合的定义及优缺点？答：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，生成的聚合物能济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。溶液聚合的优点是：有溶剂为传热介质，聚合强度容易控制；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；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，反应后的物料也可直接使用。但溶液聚合也有缺点； 单体浓度小，聚合速率低，设备利用率低；单体浓度低和向溶剂链转移结果，致使聚合物分子量不高，聚合物中夹带微量溶剂；溶解回收麻烦而且多为易燃、易爆的有毒物。2、反应过程中有气泡产生的原因？答:（1）因为反应用的引发剂是偶氮二异丁腈，在反应过程中AIBN会出现分解的情况，从而有氮气排出，所以就有气泡生成；（2）在搅拌作用下易在搅拌区形成低压区，因此在压力差作用下，外界气体通过冷凝管进入到反应液中，所以有气泡出现。3、溶液聚合反应的溶剂应如何选择？本实验采用甲醇作溶剂是基于何种考虑？ 答：溶剂的选择： 对引发剂的分解速度，引发速率的影响； 对反应速率的影响：促进或减慢； 对分子构型的影响：提高或降低聚合物的立体规整性； 对聚合物产物的分子量的影响。选用甲醇做溶剂是因为甲醇链转移常数小，能得到较高相对分子质量的聚合物。4、本实验能否选用高效引发剂，为什么？答：在本次实验中，醋酸乙烯酯单体与引发剂混合反应，在实验中，醋酸乙烯酯就是反应单体，也可以作为溶剂溶解产生的聚合物，因此若加入的引发剂为高效引发剂，这该实验变为单体聚合实验，因在单体聚合中高效引发剂作用下，整个体系反应速率很快，单体的量在很短时间里便会消耗很大，而体系粘度增加更快，剩余少量单体既要反应也要作为溶剂来流动，因单体的量降低较多，体系中溶液流动性降低，降低链转移速率而影响反应的整体速率，散热性能降低而使实验中热量集中扩散不出，产生自动加速效应。单体聚合中热效应相对较大，自动加速效应造成产品有气泡，变色，严重时则温度失控，引起爆聚，使产品达标难度加大由于体系粘度随聚合不断增加，混合和传热困难；在自由基聚合情况下，有时还会出现聚合速率自动加速现象，如果控制不当，将引起爆聚。导致实验失败。因此在本实验中，选用低效引发剂。5、实验中醋酸乙烯酯即为单体也为溶剂，这样聚合的好处？答：本次实验的目的就是为了有效的提高聚合物的分子量，在实验时醋酸乙烯酯即为单体也为溶剂时，单体的浓度很高，实验开始阶段可以认为为本体聚合，因而单体在聚合时，反应速率快，得到的聚合物分子量大，而在实验时，又加入少量甲醇，聚合反应到后期时，单体的消耗量极大，且有大分子聚合物产生，使反应体系的粘度很大，而单体在本次试验中也充当溶剂，从而单体在聚合物中的流动性降低