低分子量聚丙烯酸钠的合成及应用

低分子量聚丙烯酸钠的合成及应用

聚丙烯钠（pana）是一种新型的高电池材料，具有很高的用途，并且随其剂量的不同而有所不同。根据文献的报道，低剂量（约500.5000）的pana主要用于分散剂，中剂量（约104.106）的pana主要用于增稠剂和保水剂，高剂量（约106.107）的pana主要用于凝胶剂。作为分散剂的pana广泛应用于造纸、涂料、涂料、陶瓷、纺织等行业，以及橡胶、塑料、皮革、石油、化工和工业循环水处理。因此，低量多颗粒pana的研究和开发具有深远意义。低分子量PAANa的合成方法文献有所报道,主要有聚合法、中和法和皂化法,且一般都是在比较高的温度下进行,尤其是在反应结束后要蒸馏回收大量的链转移剂(如异丙醇、巯基乙醇等),操作周期长、耗能较高、设备利用率低、生产成本高.用NaHSO3作链转移剂的也已见报道,但从文献的内容看,其主要研究NaHSO3的加入量对丙烯酸-马来酸酐共聚物分子量的影响,而对低分子量PAANa及其共聚物的合成优化条件报道很少.本实验采用水溶液聚合法,以K2S2O8-NaHSO3氧化还原体系为引发剂、NaHSO3为链转移剂直接合成了低分子量的PAANa,着重对实验合成条件进行了优化探索,该工艺操作简单、耗能较小、生产成本低.1实验部分1.1亚硫酸氢钠nahso3试剂:丙烯酸(AA);过硫酸钾(K2S2O8);亚硫酸氢钠(NaHSO3);氢氧化钠均为化学纯.仪器:电动搅拌机;NDJ-7旋转式粘度计;四口烧瓶;回流冷凝管;滴液漏斗;温度计.1.2单体酸及引发剂pa形聚合反应paam的合成在装有搅拌器、回流冷凝器、滴液漏斗和温度计的250mL四口烧瓶中,加入一定量的去离子水和链转移剂NaHSO3,搅拌溶解,然后在不断搅拌下加热升温至某一要求温度时,开始分别滴加单体丙烯酸和引发剂过硫酸钾水溶液,并在1～2h内滴加完毕.之后保温反应一定时间.反应完毕,将反应物冷却至40～50℃时,缓慢加入30%的氢氧化钠水溶液中和至pH=7～9,得浅黄色透明PAANa溶液.1.3相对分子量的测定用端基法测定聚丙烯酸的相对分子质量,进而可求出相应聚丙烯酸钠的相对分子质量.2结果与讨论2.1nahso3与ks2o8之比值对pa国内相对分子质量的影响为合成低分子量PAANa,据文献介绍,在聚合过程中一般要加入异丙醇、巯基乙醇等链转移剂,并随着链转移剂用量的增大,生成的聚合物相对分子质量降低,但添加这些链转移剂,在聚合反应结束时要采用蒸馏回收链转移剂,故耗能费时.NaHSO3在反应体系中,既是还原剂又是链转移剂,且价廉易得、不用回收、操作简单.本实验考察了NaHSO3与K2S2O8之比值变化对PAANa相对分子质量的影响,结果见表1.由表1知,随着NaHSO3与K2S2O8之比值的增大,PAANa相对分子质量明显减小.这是因为NaHSO3加入量少时,开始它只起到还原剂的作用,可以与K2S2O8反应产生少量的自由基并引发聚合反应,但随着NaHSO3加入量的增大,产生自由基数目增多,反应活性中心增多,聚合反应速度加快,PAANa相对分子质量下降.当NaHSO3加入量继续增大时,NaHSO3不仅起还原剂作用,还起链转移剂作用,所以PAANa相对分子质量急剧下降.要获得相对分子质量为2000～4000的PAANa,NaHSO3与K2S2O8质量之比宜控制在10∶1～14∶1之间.2.2酸用量对paad相对分子质量的影响按1.2所述实验方法,控制NaHSO3与K2S2O8质量之比为10∶1,反应温度70℃,反应时间5h,考察单体丙烯酸质量分数变化对PAANa相对分子质量的影响,结果见表2.由表2看出,随体系中单体丙烯酸用量的减少,PAANa相对分子质量明显减小,但当丙烯酸用量过低时,聚合反应速度慢,反应不完全;当丙烯酸用量过大时,由于反应太剧烈,反应热不能及时排除,聚合反应难控制,PAANa相对分子质量变大.要控制PAANa相对分子质量为2000～4000,丙烯酸质量分数以20%～30%为宜.2.3反应温度对pa国内相对分子质量的影响按1.2所述实验方法,控制NaHSO3与K2S2O8质量之比为10∶1,单体丙烯酸质量分数为25%,反应时间5h,考察反应温度变化对PAANa相对分子质量的影响,结果见表3.由表3可知,随反应温度升高,PAANa相对分子质量在下降.这是因为当引发剂用量一定时,反应温度升高,引发剂受热分解速度加快,活性自由基的生成速度随之加快,聚合速度加快,高分子链段的增长受到抑制,引起PAANa相对分子质量下降.要控制PAANa相对分子质量为2000～4000,反应温度以70℃为宜.2.4反应时间对paad相对分子质量的影响按1.2所述实验方法,控制NaHSO3与K2S2O8质量之比为10∶1,反应温度70℃,单体丙烯酸质量分数为25%,考察反应时间变化对PAANa相对分子质量的影响,结果见表4.表4结果表明,反应时间在5h以前,PAANa相对分子质量变化较快;5h以后,PAANa相对分子质量基本不变,并趋于平稳.这是因为在反应初期,单体浓度、引发剂浓度较高,反应速度大,单体转化率上升较快,PAANa相对分子质量变化显著;反应后期,单体浓度低,反应速度很小,转化率基本不变,反应趋于完全,因此PAANa相对分子质量变化不大.故适宜反应时间为5h.3低分子量聚丙烯酸钠的合成(1)采用水溶液聚合法,以K2S2O8-NaHSO3氧化还原体系为引发剂、NaHSO3为链转移剂,合成了低分子量聚丙烯酸