实验3_醋酸乙烯酯的溶液聚合

1、高分子化学实验报告 10高二醋酸乙烯酯的溶液聚合实验三危平福 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：1、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： 引自Wikipedia“聚醋酸乙烯酯”词条【聚醋酸乙烯酯】（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

2、制备聚乙烯醇。聚乙烯醇产品的水解率一般在87%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

3、速率低设备利用率；二、 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；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。自由基聚合微观动力学：链引发速率：Ri=2fkdI链增长速率：Rp =kpMM· Rp=kpfkdktI12M链终止速率：Rt=2ktM·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5ml提高到20ml，假设各反应物混

4、合后体积不变，则引发剂浓度由0.05/（5+20/0.93）=0.001887g/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/ml M降低1.63倍，所以总速2.55/1.63=0.97 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 1.四、 实验步骤、现象及分析： 实验

5、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21.5ml）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20mI 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。偶氮二异丁腈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6163，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

6、逐渐变大，在此过程中不断有气泡产生。甲醇沸点64.7°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AIBN分解产生N2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50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Fi

7、g 2.1、产物状态：烘干溶剂后得到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

8、；体系温度控制较为合适。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Rp=k

9、pfkdktI12M看出，聚合速率和单体浓度成正比，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 140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

10、有一较粗的外套管(水冷管)，在外套管的两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140以下物质的蒸馏、分馏操作，主要用于倾斜式蒸馏装置。 (3)球形冷凝管：它是Allihn氏设计，是用球泡状管作内芯管，与直形管相比，球泡状的内芯管的冷却面积大，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。由于它的内芯管为球泡状，容易在球部积留蒸馏液，故不适宜做倾斜式蒸馏装置，多用于垂直蒸馏装置，适用于回流蒸馏操作。(4)蛇形冷凝管：它是Grahan

11、氏设计，它的内芯管为螺旋形，增加了玻璃管的长度，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。 (5)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。  图片引自Wikipedia“冷凝管”词条3、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，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（polyvinyl 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38。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