聚醋酸乙烯酯(PVAc)的合成與分析

1、聚醋酸乙烯酯(PVAc)的合成與分析一、實驗?zāi)康模?.學(xué)習(xí)乳化聚合方法合成聚合體2.學(xué)習(xí)使用pH計3.學(xué)習(xí)使用萬能拉力試驗機(jī)4.學(xué)習(xí)分析紅外線光譜圖二、實驗原理乳化聚合第一次被使用是在第二次世界大戰(zhàn)時，製造1,3-Butadiene 及Styrene 之合成橡膠時的方法。其較Bulk Polymerization ，熱傳及黏的問題能獲得好的改善。經(jīng)乳化聚合所得的產(chǎn)物，稱之為乳液(Latex)，有時產(chǎn)物需再進(jìn)一步處就可直接拿使用。以水為分散媒(續(xù)相)，加入乳化劑(Emulsifier or Surfactant)及水溶性起始劑，在攪拌下進(jìn)聚合反應(yīng)。而一般典型之乳化聚合的進(jìn)如下：1.單體相：單體(

2、油溶性，溶於水)鏈轉(zhuǎn)移劑(油溶性，溶於水，用於控制分子大小)2.水溶液相：水(分散媒或續(xù)相)起始劑(水溶性)乳化劑(具親水、親油端)市售的萬能膠水合成膠劑，即為乳化聚合的聚醋酸乙烯酯黏合劑，將醋酸乙烯酯單體分散於水中，利用過硫酸鉀為起始劑，加熱聚合生成高分子聚合物。圖1 聚醋酸乙烯酯反應(yīng)結(jié)構(gòu)圖乳化聚合方法通常裝設(shè)簡單攪拌反應(yīng)器，在加入乳化劑、起始劑的水溶液和單體後，一邊攪拌一邊加熱即可製備出乳液，一般聚合溫度控制在7090之間。因醋酸乙烯酯聚合熱較大，反應(yīng)溫度上昇顯著，要想獲得高濃度之安定乳液較困難，因此一般採分批加入法。乳化聚合法的優(yōu)點(diǎn)為：1.容控制：反應(yīng)混合物的黏遠(yuǎn)小於相同濃的真溶液，大量

3、的水可增加其熱容，且反應(yīng)混合物可迴。2.可同時獲得高聚合速和高平均鏈長(使用高乳化劑濃和低起始劑濃)。3.乳液成品可直接用。4.乳液子小，有助於低程殘單體成品之獲得。其缺點(diǎn)為：1.獲得純聚合體(乳化劑不易移除)。2.欲收取固態(tài)聚合體需相當(dāng)?shù)募夹g(shù)。3.水的加入低每單位反應(yīng)器體積的聚合體產(chǎn)。三、儀器及藥品1.儀器項目項目名稱數(shù)量項目名稱數(shù)量(1) 直流電動馬達(dá)附攪拌棒1(2) 加熱包(D：15cm)1(3) 四口圓底燒瓶(分離式)(1000ml，磨砂口：29/42)2(4) 球形冷凝管(29/42，30cm)2(5) 分液漏斗(29/42，250ml)2(6) 小漏斗(D：75mm)2(7) 溫度

4、計(100)2(8) 氮?dú)怃撈?(9) 量筒(100ml) 2(10) 滴管 (玻璃，146mm)2(11) 稱量瓶(100ml)4(12) 藥匙 (不銹鋼)2(13) 玻璃棒(L：15cm，D：0.5cm)5(14) 洗瓶 (500ml)2(15) 燒杯 (250ml) 2(16) 血清塞 (29/42)2(17) pH計1(18) 木片 (10cm x 2cm)10(19) 橡膠帽12.藥品清單中文名稱每次實驗所需量分子式藥廠醋酸乙烯酯(Vinyl Acetate)100gCH3CO2CH=CH2Aldrich羧甲基纖維素(Carboxymethyl cellulose)1.5gC6H7O

5、2(OH)2OCH2COONaAldrich十二烷基硫酸鈉(Sodium dodecyl sulfate)5gCH3(CH2)11OSO3NaAldrich過硫酸鉀(Potassium persulfate)1gK2S2O8Aldrich磷酸三鈉(Trisodium Phosphate)0.5gNa3PO4Aldrich蒸餾水150gH2O3.儀器裝置圖圖2 儀器裝置圖四、實驗步驟(1)乳液聚合1.架設(shè)實驗裝置如圖2所示，並準(zhǔn)備藥品。2.於四口圓底燒瓶內(nèi)加入蒸餾水150ml，再加入1.5g羧甲基纖維 素，啟動攪拌馬達(dá)，轉(zhuǎn)速設(shè)定250rpm。3.啟動加熱包電源開關(guān)，溫度設(shè)定在70，慢慢加熱。4.

6、加熱一段時間後，當(dāng)溫度達(dá)到約5060時，依次加入5g十二烷基硫酸鈉、0.5g磷酸三鈉、1g過硫酸鉀，最後滴入10g的醋酸乙烯酯。5.當(dāng)溫度達(dá)到70後，開始將剩餘的90g醋酸乙烯酯單體，於1 小時內(nèi)滴入，滴完後繼續(xù)攪拌。從滴入單體開始，每隔5分鐘， 記錄反應(yīng)溫度。6.當(dāng)溶液溫度上升到最高點(diǎn)後(約80)，溫度開始緩緩下降，關(guān)閉加熱包電源，停止加熱，繼續(xù)攪拌，直到冷卻至室溫為止。7.將反應(yīng)後的乳液倒出，測量固成份含量、pH值及黏著強(qiáng)度，並利用紅外線光譜測定結(jié)構(gòu)。(2)乳液的性質(zhì)測試1.固成份測定：秤取5g的乳液，於105下烘乾2小時，取出後，冷卻至室溫加以秤重，測量重量比值。 2.pH值測定：利用p

7、H計，經(jīng)校正後測定乳液pH值。 3.黏著強(qiáng)度測試：利用乳液將兩片木片黏合，固定接著面積，加壓乾燥後，利用萬能拉力試驗機(jī)，測量抗張強(qiáng)度(測量5次試片，取平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差)。五、實驗記錄及數(shù)據(jù)1.添加物使用量添加物重量（g）2.乳化聚合時溫度記錄（每五分鐘記錄一次）時間（min）溫度（oC）時間（min）溫度（oC）3.聚合過程中乳液觀察(1)顏色變化(2)黏度變化(3)乳液有無微粒形成，是否有聚集現(xiàn)象(4)溫度最高溫為何4.乳液物性測試測試方法請參考實驗步驟(2)乳液的性質(zhì)測試，將所測試結(jié)果記錄下來。六、問題與討論1.乳化聚合機(jī)構(gòu)為何(可分為三個階段)？2.請說明自由基聚合與逐步聚合反應(yīng)的差異性

8、？並舉例說明。3.聚醋酸乙烯酯的乳液應(yīng)用在哪些方面？國內(nèi)有哪些製造廠商？4.乳化聚合中所使用的界面活性劑的用途為何？有哪幾種分類？ 有何區(qū)別？5.何謂臨界微胞濃度(critical micelle concentration)？6.請說明起始劑、增稠劑、溫度及攪拌速度對乳化聚合的影響？7.請說明如何將聚醋酸乙烯酯進(jìn)一步鹼化成聚乙烯醇？ 七、附錄萬能拉力機(jī)的操作與測試：1. 氣壓機(jī)插電，將氣壓機(jī)紅色按鈕拉起2. 將筆電裝上，接上拉力機(jī)連接線(接在電腦後方右邊)開機(jī)3. 開啟拉力機(jī)左後方黑色電源4. 電腦開機(jī)後，選第一項(Man-Yi)5. 點(diǎn)選桌面：大學(xué)部拉力試驗 Vac聚合反應(yīng)6. 點(diǎn)選桌面：TRAPEZIUM2 輸入帳號及密碼：user7. 將NEW選單拉下，選TEST，NEXT，TEST1，NEXT Batch size(Sample種類1)、 SubBatch size (每種類測試次數(shù) 5)，輸入完畢右邊點(diǎn)空白處即 會出現(xiàn)相關(guān)條件8. 輸入sample厚度、寬度、長度，再按兩次NEXT，F(xiàn)inish，進(jìn)入操作頁面9. 拉力機(jī)部份先試夾夾具大約高度後，再將下極限固定以防夾具碰撞，將拉力機(jī)後面延伸計向後轉(zhuǎn)10.力量歸零(按ZERO鍵)。右手邊氣閥控制上夾具，先夾住試片上 端，試片位置需置中且正11.夾住後，力量數(shù)值會變動，按面板上、下