高
分
子
化
学
实
验
报
告
实验四丙烯酰胺水溶液聚合
丙烯酰胺水溶液聚合
一、实验目的
1、掌握溶液聚合的方法及原理。

2、学习如何正确的选择溶剂。

3、掌握丙烯酰胺溶液聚合的方法。

二、实验原理
与本体聚合相比，溶液聚合体系具有粘度低、搅拌和传热比较容易、不易产生局部过热、聚合反应容易控制等优点。

但由于溶剂的引入，溶剂的回收和提纯使聚合过程复杂化。

只有在直接使用聚合物溶液的场合，如涂料、胶粘剂、浸渍剂、合成纤维纺丝液等，使用溶液聚合才最为有利。

进行溶液聚合时，由于溶剂并非完全是惰性的，对反应要产生各种影响，选择溶剂时要注意其对引发剂分解的影响、链转移作用、对聚合物的溶解性能的影响。

丙烯酰胺为水溶性单体，其聚合物也溶于水，本实验采用水为溶剂进行溶液聚合。

与以有机物作溶剂的溶液聚合相比，具有价廉、无毒、链转移常数小、对单体和聚合物的溶解性能好的优点。

聚丙烯酰胺是一种优良的絮凝剂，水溶性好，广泛应用于石油开采、选矿、化学工业及污水处理等方面。

合成聚丙烯酰胺的化学反应简式如下：
链引发：
引发剂活性集团的形成：K2S2O82KSO4
带电引发离子与丙烯酰胺作用生成活性中心：
KSO
4
+H
2
C CH C
O
NH
2
O
3
SO C
CH
2
C
O NH2
H
链增长：
链终止：
三、实验药品及仪器
药品：丙烯酰胺、甲醇、过硫酸钾(或过硫酸铵)
仪器：三口瓶、球形冷凝管、温度计、搅拌器、烧杯、一次性杯子、玻璃棒 实验装置如下图：
+H 2C CH C O
NH 2
HO C
CH 2C O NH 2H
OH
+H 2C CH C O
NH 2
O 3SO C CH 2C O NH 2
H
n O 3SO C
CH 2C O NH 2H
C
CH 2C O NH 2H n
O 3SO C CH 2
C O
NH 2
H C CH 2
C
O
NH 2
H n 2O 3SO C CH 2
C
O
NH 2
H C CH 2
C O
H n
NH 2
C C O H NH 2
C O NH 2
H n
CH 2C OSO 3
四、实验步骤及现象
步骤现象分析在250mL 的三口瓶中，中
间口安装搅拌器，分别装上
一个温度计和一个冷凝管。

将10 g(0.14 mol)丙烯酰胺和80 mL 蒸馏水加入反应瓶中，开动搅拌器，用水浴加热至30℃，使单体溶解。

然后把溶解在10 mL 蒸馏水中的0.05 g 过硫酸钾从冷凝管上端加入反应瓶中，并用10 mL 蒸馏水冲洗冷凝管。

逐步升温到90℃（反应瓶里温度70-80℃），这时聚合物便逐渐形成，在90℃下反应2.5h。

单体为白色絮状
的物质，加入反
应容器之后逐渐
溶解，随着反应
的进行液体的黏
度逐渐变大。

出
现爬坡现象。

单体能溶解于水
中，随着反应的
进行单体逐渐聚
合成聚合物，分
子为长链，体系
粘度变大，故出
现爬坡现象。

反应完毕，将所得到的产物倒入盛有150 mL 甲醇的500 mL 烧杯中，边倒边搅拌，聚丙烯酰胺便沉淀下来。

向烧杯中加入少量的甲醇，观察是否仍有沉淀生成，如果有沉淀生成，则可再加入少量甲醇（5mL-15mL），使聚合物沉淀完全。

然后用布氏漏斗抽滤，用少量的甲醇(10mL)洗涤三次，将聚合物转移到一次性杯中，在30℃真空烘箱中干燥至恒重，称重、计算产率。

倒入到甲醇中，
溶液变白色，出
现白色丝状的沉
淀。

缠绕在玻璃
棒上时像棉絮一
样。

再加入少量
的甲醇不生成沉
淀。

抽滤后得白
色蜂窝胶棉状沉
淀，烘干后得
15.27g含气泡的
里面为乳白色外
围被透明且有点
粘的胶状物包
裹。

聚丙烯酰胺不溶
于甲醇，甲醇溶
于水，使聚合物
从水溶液中沉淀
出来。

烘干后产
物中间有白色是
因为聚合物在烘
箱中聚合物交缠
在一起，随着水
分蒸先是表面的
析出，从而将里
面的聚合物溶液
包裹，里面的还
有水分，故内部
有白色。

%7.152%
100*1027.15%100*w%===g
g
反应物质量产物质量
五、实验结果及分析 实验结果：
烘干前：得白色蜂窝胶棉状沉淀
烘干后:得15.27g 含气泡的里面为乳白色外围被透明且有点
粘的胶状物包裹
产率计算：
实验产率过高的原因：
由于聚合物在烘箱中聚合物交缠在一起，随着水分蒸先
是表面的析出，从而将里面的聚合物溶液包裹，里面的还有很多溶液，故内部有白色且产率偏高很多。

七、思考题
1、进行溶液聚合时，选择溶剂应注意哪些问题?
答：①溶液对聚合活性的影响。

初看起来，溶剂并不参加反应。

但溶剂往往并非绝对惰性，对引发剂有诱导作用，链自由基对溶剂有连转移反应。

这两个方面的作用都可能影响聚合速率和分子量。

②溶剂对聚合物的溶解性能和凝胶效应的影响。

学用良溶剂时，为均相聚合，如果单体的浓度不高，可能不出现凝胶效应，遵循正常的自由基聚合动力学规律。

学用沉淀聚合，凝胶效应显著。

不良溶剂的影响则介于两者之间，影响深度则视溶剂优劣程度和浓度而定。

2、工业上在什么情况下采用溶液聚合?
答：由于溶剂分离回收费用高，除尽聚合物中残留溶剂困难。

因此工业上溶液聚合多用于聚合物直接使用的场合，如涂料、胶粘剂、合成纤维纺丝液、继续进行化学反应等。

3、引发剂是否升温地越快越好？
答：不是。

温度太高引发剂分解的太快，引发速度快，但周围的单体还来不及被引发，聚合物的聚合度降低。

所以，引发剂有最适温度。

4、为什么先加单体，再加引发剂，且要将引发剂溶于水中再加入？
答：这样做是为了将引发剂分散，防止引发剂在一起发生笼蔽效应，降低引发剂的引发效率。

5、如何选择引发剂，选择引发剂需考虑哪些因素？
答：用作引发剂需具备以下条件：①在聚合温度范围内有适当的分解速度常数；②所产生的自由基具有适当的稳定性。

根据一发即的溶剂性能，可分为油溶性和水溶性，水溶性引发剂用于乳液聚合和水溶液聚合，油溶性引发剂则用于本体、悬浮与有机溶剂中的溶液聚合。

选择引发剂时应考虑的因素有：聚合操作方式、反应温度及在该温度下引发剂的分解速度、引发剂的分解活化能、引发剂的半衰期。