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1. 低分子量聚丙烯酸_鈉_的合成及表徵:聚丙烯酸分子量

2007年10月第23卷第5期皖西學院學報

Jour nal ofW est Anhu iUn iversity Oc. t , 2007Vo. l 23 NO . 5

低分子量聚丙烯酸(鈉) 的合成及表徵

楊 梅, 王 廣

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2

(1. 皖西學院化學與生命科學系, 安徽六安237012; 2. 阜陽市第一職業高級中學, 安徽阜陽236006)

摘 要:聚丙烯酸鈉在很多領域的廣泛應用, 我們採用水溶液聚合法中的中和法合成低分子量聚丙烯酸鈉(PAANa ), 用酸鹼滴定的方法測得聚丙烯酸的平均分子量, 並探討了單體濃度、引發劑用量、鏈轉移劑用量以及反應溫度等因素對聚丙烯酸鈉分子量的影響趨勢和程度。從而得出合成低分子量聚丙烯酸鈉的較佳條件。

關鍵詞:中和法; 低子量聚丙烯酸鈉; 引發劑; 鏈轉移劑

中圖分類號:O 655. 22 文獻標識碼:A 文章編號:1009-9735(2007) 05-0078-03

*

聚丙烯酸鈉是特殊類型的表面活性劑的一種,

作為一種精細化工產品, 在近年來得到廣泛的研究。聚丙烯酸鈉在不同的領域有著廣泛的不同的作用, 可作為分散劑、洗滌劑助劑、阻垢劑、增稠劑、絮凝劑、吸附劑、膠粘劑等

[1-2]

酸銨(分析純, 純度 98. 0%, 上海化學試劑公司生

產) 。待過硫酸銨溶解後, 再加入一定濃度的丙烯酸(化學純, 純度 98. 0%, 上海化學試劑公司生產) 溶液和鏈轉移劑異丙醇(分析純, 純度 99. 5%, 蘇州市第二化工研究所生產) 溶液。開動攪拌器, 用水浴加熱使浴溫保持在65-70 。在此溫度下分別由滴液漏斗向三頸瓶中滴加一定量的丙烯酸單體, 在一定時間滴加, 由於聚合的過程是一個放熱的過程, 所以三頸瓶中的溫度有所升高, 反應液逐漸迴流, 讓其在94 繼續迴流一個小時, 反應即可完成。

將已經製得的聚丙烯酸水溶液冷卻到40~50 , 然後加入30%的Na OH 溶液, 調整pH =7-8, 所得中和液用通過減壓蒸餾和蒸發, 可將異丙醇和水的混合物蒸出, 而且異丙醇還可以回收再利用。最後得到的淡黃色粘稠液體即是聚丙烯酸鈉。

聚丙烯酸的分子量的測定是通過酸鹼滴定的方法來獲得的。新製得的聚丙烯酸是不溶解於石油醚的, 將製得的產物轉移到石油醚中, 然後分離, 在溫度為50 的條件的烘箱中乾燥, 最後用0. 20m o l/L的氫氧化鈉的標准溶液進行滴定, 從而根據如下公式:

M =

1/72-1000W

, 且它所起到的作用和它的分子

[3-6]

量的大小有著密切的關系。高分子量聚丙烯酸鈉主要作吸水劑、絮凝劑; 據文獻

6

報道, 中分子量(10

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~10) 的聚丙烯酸鈉主要起增稠劑、保水劑的作用; 低分子量(1000-5000) 聚丙烯酸鈉用途也極為廣泛, 可作為水質穩定劑、陶瓷歲緩磨添加劑劑

[8]

[7]

、顏料分散劑、

鑽井泥漿降失水劑、水泥減水劑、農葯造粒展開

、油井壓裂液。此外, 在金屬材料中用作新型的淬火劑、在橡膠工業中作增稠劑、在氯化銨等無機鹽

中作防結塊劑、乎斗在采礦中作礦物浮選劑, 印刷業、塑料工業、醫學、葯學及金屬離子廢液的金屬回收等方面也有應用。因為低分子量聚丙烯酸鈉具有良好的水溶性和較大的極性, 能夠結合水中的鈣、鎂等多價離子形成可溶的鏈狀陰離子, 因此, 在工業熱交換設備中應用較廣, 採用低分子量的聚丙烯酸鈉作水質穩定劑, 其防垢效果顯著。本文介紹了用中和法以過硫酸銨為引發劑引發丙烯酸單體進行聚合, 加入鏈轉移劑異丙醇控制聚合物的分子量的來合成聚丙烯酸鈉, 並且探討了各種因素對聚丙烯酸鈉分子量大小影響趨勢和程度。1 實驗部分

在裝有攪拌器、迴流冷凝器、滴液漏斗的250mL 三頸燒瓶中加入一定量的去離子水和一定量的過硫*

式中:M 為聚丙烯酸的分子量; V 為滴定終點所

收稿日期:2007-04-28

作者簡介:楊梅(1979-), 女, 安徽六安人, 皖西學院化學與生

命科學系教師, 安徽大學碩士研究生。

消耗的氫氧化鈉標准溶液的毫升數; N 為氫氧化鈉標准溶液的當量濃度; W 為式樣重量(單位:克) 每次滴定都經三至四次取其平均值, 計算得出聚丙烯酸分子量的大小哪基。

合成的聚丙烯酸鈉的分子量要受到很多因素的影響, 如引發劑用量、聚合反應溫度、鏈轉移劑、單體濃度等都會影響聚合物的分子量。下面將給予探討, 從而得出製取低分子量聚丙烯酸鈉的最佳條件。2 結果與討論

2. 1 鏈轉移劑濃度的影響

改變鏈轉移劑異丙醇的加入量, 通過滴定的方法測出在不同濃度的鏈轉移劑下製取的聚丙烯酸到達滴定終點時所消耗的氫氧化鈉標准溶液的量, 從而計算出聚丙烯酸的分子量。分別測得在不同濃度鏈轉移劑下製取的聚丙烯酸的分子量。結果表示在圖1中。根據圖1可看出鏈轉移能力與鏈轉移劑的鍵能強弱有關, 鍵能強, 鏈轉移能力弱。在聚合反應中, 起到控制分子量大小和使分子量分布變窄的作用, 使聚合物性能穩定。根據圖1所示我們可以得出, 當異丙醇濃度增大, 聚合物的分子量先上升後下降, 當要製取低分子量的聚丙烯酸鈉時需根據情況選擇適當的鏈轉移劑濃度。合成分子量(2000-3000) 聚丙烯酸鈉適當的鏈轉移劑濃度為130%-225%

。

體濃度逐漸增大但還不到90%時, 分子量是逐漸增大; 不過當單體濃度大於90%時分子量又開始有降低的趨勢。所以在合成低分子量聚丙烯酸鈉時可以根據上述分析選擇適當的單體濃度。合成分子量(2000-3000) 聚丙烯酸鈉適當的單體濃度應小於100%。

2. 3 溫度對分子量的影響

將在不同溫度下製取的聚合物用標准濃度的氫氧化鈉溶液進行滴定, 將p H 對所消耗的氫氧化鈉作圖, 然後再分別作圖讀出滴定終點時消耗的標准濃度氫氧化鈉溶液的體積, 運用和以上相同的方法分別進行計算得出聚合物的分子量, 再將得出的分子量對溫度作圖如圖3。

聚合溫度是影響聚丙烯酸鈉分子量的重要因素。聚合溫度對單體、引發劑、鏈轉移劑都有影響。聚合溫度的高低直接影響到引發劑活化分子的含量, 聚合溫度高, 向單體、溶劑鏈轉移常數增大, 鏈終止反應速度加快。通過觀察圖3可以看出:隨溫度升高, 分子量降低。從而也可以得出聚丙烯酸鈉的分子量隨溫度變化的規律。但是當溫度很高時, 反應速度加快, 反應不容易控制。所以在製取低分子量聚丙烯酸鈉時, 我們可以根據上圖所示選擇適當的溫度范圍。合成分子量(2000-3000) 聚丙烯酸鈉適當的溫度為低於57

。

圖1 鏈轉移劑濃度對聚

合物分子量的影響

圖3

溫度對聚合物分子量的影響

圖2 單體濃度對聚合物分子量的影響

圖4 引發劑濃度對聚合物分子量的影響

2. 2 單體濃度的影響

改變加入丙烯酸單體的質量, 單體濃度以丙烯酸質量占水重計算。為防止暴聚, 在實驗時, 單體是從分

液漏斗中逐滴加入到三頸燒瓶中的。用相同的方法進行計算, 結果表示在圖2中。根據圖2可以看出, 當單

2. 4 引發劑濃度對分子量的影響

將在不同的引發劑濃度下製得的聚合物用標准濃度的氫氧化鈉溶液進行滴定, 也用上述同樣的方法進行操作和計算, 可以得出聚合物的分子量, 然後將聚合物的分子量對引發劑濃度進行作圖如圖4所示。

本聚合反應採用引發劑引發下的自由基聚合反應, 遵循典型的連鎖反應機理。過硫酸銨熱分解生成自由基, 自由基引發單體進行聚合。引發劑的引發效率和引發劑的熱分解速率對聚合物的分子量有影響。通過對圖4的分析可以看出當引發劑濃度增大時, 聚合物的分子量會先降低後來又有一點升高, 這也和理論上的聚合反應的速率與引發劑濃度的平方根成反比; 而聚合物的分子量與引發劑濃度的平方根成反比一致。所以我們在合成分子量(2000-3000) 聚丙烯酸鈉時可以根據上述圖4分析選擇2%左右的引發劑濃度。

3 結論

我們運用水溶液法中的中和法製取了低分子量聚丙烯酸鈉, 並通過酸鹼滴定的方法測出了聚合物的分子量, 而且通過對各種影響因素進行了分析和討論, 從而得出製取低分子量聚丙烯酸鈉的各種適當的條件。通過實驗探討可以知道, 合成分子量(2000-3000) 聚丙烯酸鈉最佳聚合條件即鏈轉移劑濃度為130%-225%; 單體濃度應小於100%; 溫度為低於57 ; 選擇2%左右的引發劑濃度。

[9]

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The synthesis and characterizati on of Low M olecul ar

W eight Polyacrylate Sodium

YANG M ei , WANG Guang

1

2

(1. D epart m ent o f Che m istr y and L ife Science , W estAnhu i University, Lu an 237012, China;

2. The F irstP ro fession SeniorH igh S chool of Fuyang, Fuyang 236006, China )

Abstrac t :T his a rtic l e summ arizes t he po l yacry l a te sod i u m has w i de l y applica ti ons inm any fie l ds . and uses the w atery so luti on t o gather t he leg iti m a te center neutrodyne syste m to synthesi ze the l ow m o l ecular we i ght polyacrylate sod i u m (PAAN a) w hich can be obta i ned t he po l yacrylic acid . W ith t he ac i d and alka li titrate me t hod , we got the m ean m o l ecular w e i ght and discussed t he m onom er density , t he i nitia tor a m ount used , chai n transfer ag ent fac t o r as we ll as reacti on te m perature t o mo lecu l a r we i ght i nfl uence tendency and degree . F ina lly , w e obta i n be tter cond i tion o f synthesizi ng it .

K ey word s :neutrodyne syste m; the low m o l ecular po l yacry l a te sodi um ; the i n itiator ; cha i n transfer agent