3. 實(shí)驗(yàn)三 醋酸乙烯酯的溶液聚合.doc

高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)三 醋酸乙烯酯的溶液聚合醋酸乙烯酯的溶液聚合一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)聚醋酸乙烯酯的制備，掌握溶液聚合的一般方法和基本實(shí)驗(yàn)技巧。二、實(shí)驗(yàn)原理溶液聚合是將單體和引發(fā)劑溶于適當(dāng)?shù)娜軇┲羞M(jìn)行的聚合反應(yīng)，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。與本體聚合相比，溶液聚合的優(yōu)點(diǎn)是：有溶劑為傳熱介質(zhì)，聚合強(qiáng)度容易控制；體系中聚合物濃度較低，能消除自動(dòng)加速現(xiàn)象；聚合物分子量比較均；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，反應(yīng)后的物料也可直接使用。但溶液聚合也有缺點(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。自從1955 年配位聚合問(wèn)世以來(lái)，溶液聚合獲得了廣泛的應(yīng)用。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，屬于自由基聚合反應(yīng)。三、實(shí)驗(yàn)儀器與藥品實(shí)驗(yàn)儀器：100mL三角瓶、量移液管、洗耳球、回流冷凝管實(shí)驗(yàn)藥品：醋酸乙烯酯(重蒸)、甲醇、偶氮二異丁腈四、實(shí)驗(yàn)裝置圖五、實(shí)驗(yàn)步驟及現(xiàn)象記錄實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象現(xiàn)象分析1、量取21.5ml的醋酸乙烯酯溶液，倒入干燥的三口燒瓶中，按裝置圖安裝好儀器，并在水浴鍋中加適量的水，水浴溫度調(diào)至70度左右；2、稱取0.05g偶氮二異丁腈，倒入小燒杯中；另量取5ml甲醇于小燒杯中，攪拌，使偶氮二異丁腈盡量溶解溶解，然后倒入三口燒瓶中；偶氮二異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，所以在燒杯中只有少量溶解，而在加入到三口瓶中后很快溶解；同時(shí)，由于三口燒瓶中的溫度較高利于溶解；3、冷凝回流，調(diào)整攪拌器的轉(zhuǎn)速在260到280之間，在反應(yīng)過(guò)程中要注意控制反應(yīng)溫度在6163，并注意觀察反應(yīng)體系粘度的變化，隨著反應(yīng)的進(jìn)行和溫度的升高，出現(xiàn)的回流量逐漸增多，反應(yīng)物中出現(xiàn)一些氣泡，且反應(yīng)越久氣泡量越多，反應(yīng)物料的粘度也隨反應(yīng)進(jìn)行而增加；反應(yīng)開始后溫度高甲醇?xì)饣牧吭龆?，所以回流的甲醇也增多；反?yīng)過(guò)程中偶氮二異丁腈會(huì)分解出氮?dú)?，所以?huì)出現(xiàn)氣泡；當(dāng)產(chǎn)物越來(lái)越多后，體系的粘度就會(huì)增加；4、當(dāng)反應(yīng)一定程度后用玻璃棒從燒瓶中沾取少量物料加入水中，如出現(xiàn)白色沉淀，即反應(yīng)完成；用玻璃棒從燒瓶中沾取少量物料加入水中，出現(xiàn)白色沉淀；因產(chǎn)物不溶于水，所以在水中會(huì)形成沉淀析出；5、將蒸餾水倒入三口瓶中，攪拌，得到白色產(chǎn)物，取出后置于一次性杯子中再放于烘箱內(nèi)烘干。蒸餾水倒入三口瓶時(shí)即有白色固體生成，在攪拌器攪拌下聚成團(tuán)；取出產(chǎn)物時(shí)，有大量的產(chǎn)物黏在三口燒瓶?jī)?nèi)壁。因?yàn)榉磻?yīng)后無(wú)聊粘度比較大，若將物料倒入蒸餾水中，則會(huì)有較多的物料黏在瓶口和瓶壁，不易清理從而影響產(chǎn)率，所以選擇將蒸餾水倒入三口瓶中，保證產(chǎn)率。六、注意事項(xiàng)1、安裝裝置時(shí)，注意調(diào)整好攪拌器和瓶口要在一條豎直線上；2、攪拌器的旋葉要浸沒在反應(yīng)液中，但是在旋轉(zhuǎn)時(shí)不能碰到瓶壁，溫度計(jì)也不能和攪拌器碰觸；3、攪拌過(guò)程中，聚合物粘度會(huì)增大，適當(dāng)調(diào)整轉(zhuǎn)速，且醋酸乙烯酯對(duì)身體有害，要注意通風(fēng)。4、反應(yīng)后期，聚合物很粘稠，攪拌阻力較大，可以加入少量甲醇。5、醋酸乙烯酯有麻醉性和刺激作用，高濃度蒸氣可引起鼻腔發(fā)炎，因此在實(shí)驗(yàn)時(shí)保持通風(fēng)。6、在實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先加引發(fā)劑，等到引發(fā)劑溶解后，再升溫。七、產(chǎn)品圖片展示 八、產(chǎn)率計(jì)算產(chǎn)量：10.00g反應(yīng)物質(zhì)量：20g產(chǎn)率 = 產(chǎn)量/反應(yīng)物質(zhì)量=（10.00/20）*100%=50%九、問(wèn)題討論與分析1、溶液聚合的定義及優(yōu)缺點(diǎn)？答：溶液聚合是將單體和引發(fā)劑溶于適當(dāng)?shù)娜軇┲羞M(jìn)行的聚合反應(yīng)，生成的聚合物能濟(jì)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。溶液聚合的優(yōu)點(diǎn)是：有溶劑為傳熱介質(zhì)，聚合強(qiáng)度容易控制；體系中聚合物濃度較低，能消除自動(dòng)加速現(xiàn)象；聚合物分子量比較均；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，反應(yīng)后的物料也可直接使用。但溶液聚合也有缺點(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燃、易爆的有毒物。2、反應(yīng)過(guò)程中有氣泡產(chǎn)生的原因？答:（1）因?yàn)榉磻?yīng)用的引發(fā)劑是偶氮二異丁腈，在反應(yīng)過(guò)程中AIBN會(huì)出現(xiàn)分解的情況，從而有氮?dú)馀懦?，所以就有氣泡生成；?）在攪拌作用下易在攪拌區(qū)形成低壓區(qū)，因此在壓力差作用下，外界氣體通過(guò)冷凝管進(jìn)入到反應(yīng)液中，所以有氣泡出現(xiàn)。3、溶液聚合反應(yīng)的溶劑應(yīng)如何選擇？本實(shí)驗(yàn)采用甲醇作溶劑是基于何種考慮？ 答：溶劑的選擇： 對(duì)引發(fā)劑的分解速度，引發(fā)速率的影響； 對(duì)反應(yīng)速率的影響：促進(jìn)或減慢； 對(duì)分子構(gòu)型的影響：提高或降低聚合物的立體規(guī)整性； 對(duì)聚合物產(chǎn)物的分子量的影響。選用甲醇做溶劑是因?yàn)榧状兼溵D(zhuǎn)移常數(shù)小，能得到較高相對(duì)分子質(zhì)量的聚合物。4、本實(shí)驗(yàn)?zāi)芊襁x用高效引發(fā)劑，為什么？答：在本次實(shí)驗(yàn)中，醋酸乙烯酯單體與引發(fā)劑混合反應(yīng)，在實(shí)驗(yàn)中，醋酸乙烯酯就是反應(yīng)單體，也可以作為溶劑溶解產(chǎn)生的聚合物，因此若加入的引發(fā)劑為高效引發(fā)劑，這該實(shí)驗(yàn)變?yōu)閱误w聚合實(shí)驗(yàn)，因在單體聚合中高效引發(fā)劑作用下，整個(gè)體系反應(yīng)速率很快，單體的量在很短時(shí)間里便會(huì)消耗很大，而體系粘度增加更快，剩余少量單體既要反應(yīng)也要作為溶劑來(lái)流動(dòng)，因單體的量降低較多，體系中溶液流動(dòng)性降低，降低鏈轉(zhuǎn)移速率而影響反應(yīng)的整體速率，散熱性能降低而使實(shí)驗(yàn)中熱量集中擴(kuò)散不出，產(chǎn)生自動(dòng)加速效應(yīng)。單體聚合中熱效應(yīng)相對(duì)較大，自動(dòng)加速效應(yīng)造成產(chǎn)品有氣泡，變色，嚴(yán)重時(shí)則溫度失控，引起爆聚，使產(chǎn)品達(dá)標(biāo)難度加大由于體系粘度隨聚合不斷增加，混合和傳熱困難；在自由基聚合情況下，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)聚合速率自動(dòng)加速現(xiàn)象，如果控制不當(dāng)，將引起爆聚。導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。因此在本實(shí)驗(yàn)中，選用低效引發(fā)劑。5、實(shí)驗(yàn)中醋酸乙烯酯即為單體也為溶劑，這樣聚合的好處？答：本次實(shí)驗(yàn)的目的就是為了有效的提高聚合物的分子量，在實(shí)驗(yàn)時(shí)醋酸乙烯酯即為單體也為溶劑時(shí)，單體的濃度很高，實(shí)驗(yàn)開始階段可以認(rèn)為為本體聚合，因而單體在聚合時(shí)，反應(yīng)速率快，得到的聚合物分子量大，而在實(shí)驗(yàn)時(shí)，又加入少量甲醇，聚合反應(yīng)到后期時(shí)，單體的消耗量極大，且有大分子聚合物產(chǎn)生，使反應(yīng)體系的粘度很大，而單體在本次試驗(yàn)中也充當(dāng)溶劑，從而單體在聚合物中的流動(dòng)性降低