低分子量聚丙烯酸的合成

李英(新疆巴音郭楞職業(yè)技術(shù)學(xué)院 新疆 庫(kù)爾勒 841000)

一、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

為了保證織造順利進(jìn)行和生產(chǎn)高質(zhì)量紡織品，經(jīng)紗上漿是必不可少的一道工序，隨著紡織品質(zhì)量不斷提高、高速織機(jī)使用比例不斷擴(kuò)大，經(jīng)紗上漿工序突顯出其重要性。漿料是漿紗工藝最核心的部分，淀粉、PVA和丙烯酸類漿料被稱作是經(jīng)紗上漿工藝中的三大主漿料。共聚單體一般為丙烯酸、丙烯酞胺、丙烯酸甲脂、丙烯酸鹽、醋酸乙烯脂、丙烯晴等。聚丙烯酸類漿料的優(yōu)點(diǎn)是：親水性強(qiáng)，對(duì)疏水性纖維具有很好的粘附性，容易退漿，不易結(jié)皮，再者對(duì)環(huán)境污染較小。但其致命的弱點(diǎn)是吸濕性強(qiáng)、再粘性大，所以一般只能作輔助漿料使用。聚合物的分子量是影響丙烯酸漿料的流動(dòng)性和粘度這兩項(xiàng)指標(biāo)的重要因素。為獲得漿料的較理想的流動(dòng)性和粘度，可通過(guò)三方面來(lái)實(shí)現(xiàn)①應(yīng)用分子量調(diào)節(jié)劑②控制引發(fā)劑用量③調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度，最終達(dá)到控制分子量的目的。

在二戰(zhàn)后開(kāi)始大量使用丙烯酸類聚合物，從20世紀(jì)40年代開(kāi)始才開(kāi)始對(duì)應(yīng)用于紡織工業(yè)的丙烯酸共聚物作系統(tǒng)性的研究。國(guó)外丙烯酸類漿料的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段，剛開(kāi)始的初級(jí)研究階段產(chǎn)品單一，品質(zhì)差，隨著工藝進(jìn)一步改進(jìn)，丙烯酸類漿料研究趨于成熟，性能方面有所提高，最終形成了現(xiàn)在粘度穩(wěn)定性較好的漿料。與國(guó)外研究應(yīng)用水平相比，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品在還存在著很大差距，主要表現(xiàn)在：品種不齊全，吸濕性大，再粘嚴(yán)重，漿液粘度較大，使用時(shí)只能作為輔助漿料來(lái)使用。

二、發(fā)展趨勢(shì)

丙烯酸類漿料是由含有一個(gè)不飽和鍵的丙烯酸類及衍生物為單體、經(jīng)過(guò)聚合或共聚反應(yīng)而成的高分子化合物，屬于線型的熱塑性高分子材料。用于合成漿料的丙烯酸類單體通常有以下幾種，如表1-1.

表1-1用于合成漿料的丙烯酸類單體(Me為Na+,K+,NH4+等)

它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上的共同特點(diǎn)是：都具有一個(gè)或多個(gè)雙鍵。R和R′的種類是影響這類漿料性能的另一個(gè)重要因素，主要為：如R為—H則是丙烯酸類漿料;而R為—CH3時(shí)，則叫甲基丙烯酸類漿料；若R′是——H則屬于酸性漿料；R′是金屬離子則屬鹽類;若通式中的R是烴基(一 CH3、一 C2H5、一 C3H7)，則屬于酯類漿料。R與R′的組合不同的(包括位置、數(shù)量和配置的比例)都會(huì)較明顯的影響漿料的最終性能。由于它們是一個(gè)放熱反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中的反應(yīng)熱要及時(shí)散發(fā)，若粘度過(guò)大則熱量不易散發(fā)，所以反應(yīng)單體的濃度一般很難做高，通常使用的漿料其含固率為25%左右。開(kāi)發(fā)高含固量或固體的丙烯酸類漿料也是這類漿料的一個(gè)研究發(fā)展方向。

三、合成原理和方法及實(shí)驗(yàn)室制備裝置

本實(shí)驗(yàn)所合成的聚丙烯酸，是用于制備低分子量的聚丙烯酸漿料。丙烯酸單體化學(xué)性質(zhì)活潑，極易聚合，可以通過(guò)本體、溶液、乳液、懸浮等聚合方法得到聚丙烯酸.但一般得到的聚丙烯酸分子量都較大。故本次主要是圍繞降低聚丙烯酸的分子量來(lái)尋求合成路線。通過(guò)查閱有關(guān)資料，確定采用水溶液聚合法，因?yàn)楸┧峋酆戏弦话愕挠坞x基聚合反應(yīng)規(guī)律，在聚合時(shí)放熱，而水溶液聚合法有平穩(wěn)散熱的優(yōu)點(diǎn)，容易控制.通過(guò)控制引發(fā)劑用量和應(yīng)用調(diào)聚劑，來(lái)降低其分子量。并確定了過(guò)硫酸胺作為引發(fā)劑，主要由異丙醇作調(diào)聚劑。因?yàn)楸┧峋酆蠒r(shí)放出大量熱，為了防止反應(yīng)過(guò)于激烈，甚至產(chǎn)生爆聚，所以從較稀的溶液開(kāi)始反應(yīng)，然后控制在65-70℃滴加丙烯酸和過(guò)硫酸胺水溶液于反應(yīng)混合物中，逐步聚合，再升至較高溫度(82-94℃)使其充分反應(yīng)完成。

1、合成原理

化學(xué)名稱為：聚丙烯酸，結(jié)構(gòu)式

2、裝置及儀器

儀器：三口燒瓶、溫度計(jì)、水浴鍋、電爐、攪拌棒、燒杯、聚四氟乙烯塞、6511型電動(dòng)攪拌器（上海標(biāo)模）

裝置如下：

圖2-1 合成實(shí)驗(yàn)裝置圖

3、實(shí)驗(yàn)步驟

在帶有回流冷凝裝置的反應(yīng)容器中，加入異丙醇和去離子水，加熱至65-70℃。再加入丙烯酸(工業(yè))單體和用去離子水溶解過(guò)的過(guò)硫酸鉸。用攪拌器充分?jǐn)嚢瑁⒓訜?，使反?yīng)液溫度達(dá)到82-94℃、反應(yīng)2.5小時(shí)反應(yīng)即可完成。(聚丙烯酸分子量在2000左右)。

四、聚丙烯分子量的測(cè)定

丙烯酸聚合物的酸性與其對(duì)應(yīng)單體相對(duì)要弱，其滴定曲線隨著中和程度的增加而上升是比較緩慢的。當(dāng)聚丙烯酸只溶于水時(shí)不容易被精確滴定，如果滴定在0.01--lmol/L中性鹽類溶液中進(jìn)行，滴定終點(diǎn)卻是清楚的，結(jié)果也是準(zhǔn)確的。準(zhǔn)確稱量聚丙烯酸樣品(0.2克左右)放入100毫升燒杯中，加入1mol/L的氯化鈉溶液50毫升，用0.2mol/L氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定之，測(cè)得其pH值，用消耗的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液毫升數(shù)對(duì)pH值作圖，找出終點(diǎn)所消耗的堿量。

計(jì)算公式(3—1)為：

式 中：M為聚丙烯酸分子量;

V試樣滴定所消耗的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液毫升數(shù);

N為氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)的當(dāng)量濃度;

W為試樣克數(shù);

1/7 2為每1克樣品中所含有的羧基當(dāng)量理論值;

2為聚丙烯酸1個(gè)分子鏈兩端各有一個(gè)內(nèi)脂。

合成的聚丙烯酸分子量在1500-4500之間，是低分子量的產(chǎn)品。

五、結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)采用溶液聚合法，并用控制引發(fā)劑用量和應(yīng)用調(diào)聚劑，合成低分子量的聚丙烯酸。過(guò)硫酸胺作為引發(fā)劑，異丙醇等作調(diào)聚劑，使丙烯酸單體在水溶液中發(fā)生聚合。該法在調(diào)聚劑和引發(fā)劑的作用下使反應(yīng)體系中的聚合單體均勻分散，使聚合反應(yīng)順利進(jìn)行，從而開(kāi)發(fā)高含固量、高粘附性能、低粘度和低吸濕再粘性的低分子量的聚丙烯酸漿料，以取代滌棉紗上漿中所用的PVA漿料。

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