综合化学实验——甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸丁酯的聚合反应反应单体精制——甲基丙烯酸甲酯的精制一．实验目的1．了解甲基丙烯酸甲酯单体的贮存和精制方法；2．掌握甲基丙烯酸甲酯减压蒸馏的方法。

二．实验原理甲基丙烯酸甲酯为无色透明液体，常压下沸点为 100.3℃～100.6℃. 为了防止甲基丙烯酸甲酯在贮存时发生自聚，应加适量的阻聚剂对苯二酚，在聚合前需将其除去。

对苯二酚可与氢氧化钠反应，生成溶于水的对苯二酚钠盐，再通过水洗即可除去大部分的阻聚剂。

水洗后的甲基丙烯酸甲酯还需进一步蒸馏精制。

由于甲基丙烯酸甲酯沸点较高，加之本身活性较大，如果采用常压蒸馏会因强烈加热而发生聚合或其他副反应。

减压蒸馏可以降低化合物的沸点温度。

单体的精制常采用减压蒸馏。

三．主要仪器和试剂实验仪器：实验装置如图 1－1，其中包括 250ml 三口烧瓶一个，毛细管(自制)，球形分馏柱，直形冷凝管，0～250℃温度计两根，250ml 圆底烧瓶两个。

图 1－1 减压蒸馏装置1－蒸馏瓶；2－毛细管；3－刺型分馏柱；4－温度计；5－直形冷凝管；6－分流头；7－前馏分接收瓶；8－接收瓶；9－温度计实验试剂：甲基丙烯酸甲酯，氢氧化钠，无水硫酸钠四．实验步骤1. 在 500ml 分液漏斗中加入 250ml 甲基丙烯酸甲酯单体，用 5 % 氢氧化钠溶液洗涤数次至无色（每次用量 40~50ml），然后用去离子水(蒸馏水)洗至中性，用无水硫酸钠(分子筛/硅胶)干燥一周。

2. 按图 1－1 安装减压蒸馏装置，并与真空体系、高纯氮体系连接。

要求整个体系密闭。

开动真空泵抽真空，并用电加热包烘烤三口烧瓶、分馏柱、冷凝管、接受瓶等玻璃仪器，尽量除去系统中的空气，然后关闭抽真空活塞和压力计、活塞，通入高纯氮至正压。

待冷却后，再抽真空、烘烤、反复三次。

3. 将干燥好的甲基丙烯酸甲酯加入减压蒸馏装置，加热并开始抽真空，控制体系压力为 100mmHg 进行减压蒸馏，收集 46℃的馏分。

由于甲基丙烯酸甲酯沸点与真空度密切相关，所以对体系真空度的控制要仔细，使体系真空度在蒸馏过程中保证稳定，避免因真空度变化而形成暴沸，将杂质夹带进蒸好的甲基丙烯酸甲酯中。

4．为防止爆沸，精制好的单体要在高纯氮的保护下密封后放入冰箱中保存待用。

丙烯酸丁酯的精制(与甲基丙烯酸甲酯精制相同)一．实验目的1. 了解掌握丙烯酸丁酯单体精制的原理和方法。

2. 学习减压蒸馏精制单体的实验操作。

二．实验原理在聚合反应中，特别是实验室研究时，单体的纯度非常重要，有时即使是很少量的杂质也会大大影响聚合反应进程和产物的质量，因此，反应前单体的纯化是十分重要的。

大部分烯类单体如甲基丙烯酸丁酯、苯乙烯等在热和光的作用下容易发生自聚反应，因此在存储和运输过程中需要加入少量的阻聚剂。

阻聚剂可以是酚类、胺类或者硝基化合物等。

阻聚剂具有一定的挥发性，但如果单纯采用蒸馏的方法，很难将它们清除干净，常有少部分阻聚剂随着单体蒸馏混入新蒸的单体中。

通常采用先碱洗或酸洗将阻聚剂去除，然后分离单体相，干燥后再进行单体蒸馏纯化。

丙烯酸丁酯为无色透明液体，常压下沸点为145℃。

为了防止丙烯酸丁酯在贮运时发生自聚，会加入对苯二酚作为阻聚剂。

对苯二酚可以与氢氧化钠反应，生成溶于水的对苯二酚盐，在通过水洗就可以去除。

水洗干燥后的丙烯酸丁酯还要进一步的蒸馏精制，由于丙烯酸丁酯的沸点较高，而且单体活性大，如果采用常压蒸馏会由于温度过高而产生聚合反应，所以需要通过减压蒸馏降低化合物的沸点温度。

三．主要仪器和试剂←减压蒸馏装置1－蒸馏瓶；2－毛细管；3－球形分馏柱；4－温度计；5－直形冷凝管；6－分流头；7－前馏分接收瓶；8－接收瓶；9－温度计实验仪器：500ml 分液漏斗1个，500ml试剂瓶2个，500ml 烧杯2个，500ml三口瓶1个，毛细管1根，球形分馏柱1根，0 ~100℃温度计2支，接受瓶（50ml和500ml各一），恒温水浴一套，真空系统一套，玻璃棒。

实验试剂：丙烯酸丁酯，氢氧化钠，无水硫酸钠，去离子水。

四．实验步骤（1）实验准备:①配置5%NaOH溶液：在500ml烧杯中加入10.5g氢氧化钠，并加入200ml去离子水，用玻璃棒搅拌溶液，并冷却时室温备用；②丙烯酸丁酯的碱洗和干燥：在500ml分液漏斗中加入250ml丙烯酸丁酯单体，用预先配好的5%氢氧化钠溶液洗涤3-4次至无色（每次用量约40-50ml）。

然后用去离子水（蒸馏水）洗至中性，放入试剂瓶中加入硫酸钠适量（分子筛/硅胶），干燥3天以上；（2）图1-2所示安装蒸馏装置，并与真空体系、高纯氮体系连接。

（3）将干燥好的丙烯酸丁酯单体过滤去除干燥剂后加入三口烧瓶中，加热开始抽真空，控制体系的压力为30mmHg，收集64℃的馏分。

由于单体的沸点于真空度密切相关，所以真空度的控制要仔细，使体系在真空度在整流过程中保证稳定。

馏分流出速度控制在1-2滴／秒为宜。

（4）精制好的丙烯酸丁酯单体密封后放入冰箱保存待用。

②甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸丁酯的聚合实验方案——乳液聚合1.主要试剂和仪器试剂：甲基丙烯酸甲酯丙烯酸丁酯十二烷基硫酸钠，水，过硫酸钠、亚硫酸钠（引发剂，需要查资料：总量与两者比例）仪器：烧杯电子天平电子分析天平玻棒恒温磁力搅拌器冷凝管恒温水浴滴液漏斗四颈瓶水银温度计2:实验步骤1）制备1.乳化剂十二烷基硫酸钠，加入溶剂水80g，混合均匀，投入到250ml、配有冷凝管的三颈瓶中，2.准确称取50g丙烯酸丁酯，加入引发剂过硫酸钠0.2g，亚硫酸钠，开启冷却水，采用水浴恒温。

开动搅拌，将10g甲基丙烯酸甲酯慢慢滴到溶液中，（丙烯酸丁酯与甲基丙烯酸甲酯开始直接混合）待反应完全，升温至80度，保温1小时（时间要长一些）。

（丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯，做几组不同比例含量的实验）2）制模（载玻片上成膜）取两块幻灯片洗净，烘干，幻灯片外板垫上适当厚度的垫片，并在四周预留一条进口，膜厚2~3mm,尺寸15x20cm。

3）成型自然冷却，除去牛皮纸，小心拿开幻灯片可得有机膜。

③甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸丁酯的聚合物的表征一、聚合物的转化率【实验聚合过程中定时测，单体滴加完毕后，30min测一次】聚合反应结束后，经除杂后，称取实验产物记录聚合物的质量为W，并记录反映前经精致的各单体的质量和W1+W2，则转化率=W/(W1+W2)*100%【初始（理论）的固含量：单体/（单体+水）反应过程中的固含量：单体/（单体+水）反应过程中的转化率：反应过程中的固含量/理论的固含量】二、聚合物膜的红外测试1、实验原理分子的振动能量比转动能量大，当发生振动能级跃迁时，不可避免地伴随有转动能级的跃迁，所以无法测量纯粹的振动光谱，而只能得到分子的振动-转动光谱，这种光谱称为红外吸收光谱。

红外吸收光谱也是一种分子吸收光谱。

当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收了某些频率的辐射，并由其振动或转动运动引起偶极矩的净变化，产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁,使相应于这些吸收区域的透射光强度减弱。

记录红外光的百分透射比与波数或波长关系曲线，就得到红外光谱。

紫外、可见吸收光谱常用于研究不饱和有机物，特别是具有共轭体系的有机化合物，而红外光谱法主要研究在振动中伴随有偶极矩变化的化合物（没有偶极矩变化的振动在拉曼光谱中出现）。

因此，除了单原子和同核分子如Ne、He、O2、H2等之外，几乎所有的有机化合物在红外光谱区均有吸收。

除光学异构体，某些高分子量的高聚物以及在分子量上只有微小差异的化合物外，凡是具有结构不同的两个化合物，一定不会有相同的红外光谱。

通常红外吸收带的波长位置与吸收谱带的强度，反映了分子结构上的特点，可以用来鉴定未知物的结构组成或确定其化学基团；而吸收谱带的吸收强度与分子组成或化学基团的含量有关，可用以进行定量分析和纯度鉴定。

由于红外光谱分析特征性强，气体、液体、固体样品都可测定，并具有用量少，分析速度快，不破坏样品的特点。

因此，红外光谱法不仅与其它许多分析方法一样，能进行定性和定量分析，而且该法是鉴定化合物和测定分子结构的最有用方法之一。

物质的红外光谱是其分子结构的反映，谱图中的吸收峰与分子中各基团的振动形式相对应。

多原子分子的红外光谱与其结构的关系，一般是通过实验手段得到。

这就是通过比较大量已知化合物的红外光谱，从中总结出各种基团的吸收规律。

实验表明，组成分子的各种基团，如O-H、N-H、C-H、C=C、C=OH和C C等，都有自己的特定的红外吸收区域，分子的其它部分对其吸收位置影响较小。

通常把这种能代表及存在、并有较高强度的吸收谱带称为基团频率，其所在的位置一般又称为特征吸收峰。

要获得一张高质量红外光谱图，除了仪器本身的因素外，还必须有合适的样品制备方法。

（1）红外光谱法对试样的要求红外光谱的试样可以是液体、固体或气体，一般应要求：试样应该是单一组份的纯物质，纯度应>98%或符合商业规格才便于与纯物质的标准光谱进行对照。

多组份试样应在测定前尽量预先用分馏、萃取、重结晶或色谱法进行分离提纯，否则各组份光谱相互重叠，难于判断。

试样中不应含有游离水。

水本身有红外吸收，会严重干扰样品谱，而且会侵蚀吸收池的盐窗。

试样的浓度和测试厚度应选择适当，以使光谱图中的大多数吸收峰的透射比处于10%~80%范围内。

（2）制样的方法1 .气体样品气态样品可在玻璃气槽内进行测定，它的两端粘有红外透光的NaCl或KBr窗片。

先将气槽抽真空，再将试样注入。

2 . 液体和溶液试样①液体池法沸点较低，挥发性较大的试样，可注入封闭液体池中，液层厚度一般为0.01~1mm。

②液膜法沸点较高的试样，直接直接滴在两片盐片之间，形成液膜。

对于一些吸收很强的液体，当用调整厚度的方法仍然得不到满意的谱图时，可用适当的溶剂配成稀溶液进行测定。

一些固体也可以溶液的形式进行测定。

常用的红外光谱溶剂应在所测光谱区内本身没有强烈的吸收，不侵蚀盐窗，对试样没有强烈的溶剂化效应等。

3 . 固体试样①压片法将1~2mg试样与200mg纯KBr研细均匀，置于模具中，用（5~10） 107Pa压力在油压机上压成透明薄片，即可用语测定。

试样和KBr都应经干燥处理，研磨到粒度小于2微米，以免散射光影响。

②石蜡糊法将干燥处理后的试样研细，与液体石蜡或全氟代烃混合，调成糊状，夹在盐片中测定。

③薄膜法主要用于高分子化合物的测定。

可将它们直接加热熔融制或压制成膜。

也可将试样溶解在低沸点的易挥发溶剂中，涂在盐片上，待溶剂挥发后成膜测定（本实验采用此方法）。

下图为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯共聚物的红外光谱图。

我们可以从图中看出，在1400cm-1——1600cm-1区域，共聚物呈现出三条吸收带。

1430cm-1是甲基的弱线，其中一条强谱带在1486cm-1处，它是由于主链甲基（-C-CH3）的弯曲振动引起的。