自由基溶液聚合原理及生产工艺
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2.自由基聚合2.1引言连锁聚合根据聚合反应机理分类,聚合反应可以分为逐步聚合连锁聚合反应需要活性中心,单体在活性中心上反应形成大分子。
活性中心可以是自由基,也可以是阴、阳离子。
活性中心的性质与化合物共价键断裂的方式有关。
共价键有两种断裂方式:均裂和异裂均裂:共价键上一对电子分属于两个基团,这种带独电子的基团呈电中性,称作自由基或游离基。
异裂:共价键上一对电子全部归属于某一基团,形成阴离子或负离子,则另一缺电子基团称作阳离子或正离子。
自由基、阴离子、阳离子都有可能成为活性中心,可打开烯类单体或羰基单体中的π键,或使环状单体的σ键断裂开环,使之链引发和链增长,分别成为自由基聚合,阴离子聚合,阳离子聚合,和配位聚合,实际上配位聚合也属于离子聚合的范畴。
Eg: 自由基聚合:2.2连锁聚合的单体单体能否聚合,须从热力学和动力学两方面考虑,热力学上能聚合的单体还要求有适当的引发剂、温度等动力学条件,才能保证一定的聚合速度。
从热力学考虑可以进行连锁聚合的单体有:2.2.1适合连锁聚合的单体大致可以分为三类:1.含有碳碳双键的烯类单体:包括单烯类、共轭二烯类,甚至炔烃。
其中:单烯类:乙烯基单体中的碳碳双键中π键可以均裂也可以异裂,因此可以进行自由基聚合或离子聚合。
具体选择哪种聚合方式,由取代基的性质决定。
共轭二烯类:如苯乙烯,丁二烯,异戊二烯等单体处于共轭体系,在外界的影响下,双键的电子云易流动,诱导极化。
因此单体既可以进行自由基聚合,也可以进行离子聚合。
2.羰基化合物如HCHO,CH3CHO,甚至酮类。
Eg: HCHO 羰基的双键有极性,使氧原子带有部分负电荷,而碳原子则带有部分正电荷。
3.杂环化合物羰基化合物和杂环化合物的极性较强,一般不能自由基聚合,只适合于离子聚合。
因此实际上只有碳碳双键的烯类单体可以进行自由基聚合,但也不是所有的都行,其取代基的性质有很大影响。
2.2.2取代基对于乙烯类单体聚合能力的影响。
实验二溶液聚合——聚丙烯酰胺的制备—、目的1. 学习溶液聚合的原理和特点;2. 掌握聚丙烯酰胺水溶液聚合的制备方法。
二、原理将单体溶解在溶剂中进行聚合的方法称为溶液聚合。
以生成的聚合物能溶于溶剂者叫做均相溶液聚合,不溶并析出者叫异相溶液聚合(亦为沉淀聚合的一种)。
例如,丙烯酰胺的水溶液聚合是均相的,丙烯腈的水溶液聚合是异相的。
在溶液聚合中,由于聚合物是处在良溶剂环境中,聚合物是处于比较伸展状态,包裹程度浅,链段扩散容易,只有在高转化率时,才出现自动加速现象。
若单体粘度不高,则有可能消除自动加速效应,使反应遵循正常的自由基聚合动力学规律。
因而溶液聚合是实验室中研究聚合机理及聚合动力学等常用的方法之一。
溶液聚合的优点是:有溶剂为传热介质,聚合温度容易控制;反应后物料易输送处理,低分子量物质易除去;而在制造涂料、粘合剂及纺丝浆的情况下,聚合后的溶剂不需要除去就能直接使用。
溶液聚合的缺点是由于单体被溶剂稀释,浓度较小,聚合速度慢;溶剂占用反应器容积,生产效率低,增加回收、纯化的工序,使生产成本升高,聚合物平均分子量较低。
与本体聚合相比,溶液聚合体系具有粘度低、混合及传热比较容易,不易产生局部过热,温度容易控制等优点,但由于大多数单体及聚合物不易溶于水,用有机溶剂费用高,回收困难等原因,使得溶液聚合在工业上很少应用,只有在直接使用聚合物的情况,如涂料、胶粘剂、浸渍剂、和合成纤维纺丝液等采用溶液聚合的方法。
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,其优点是:价廉、无毒、产物可直接使用。
聚丙烯酰胺是一种优良的絮凝剂,水溶性好,被广泛应用于污水处理,另外也常用于石油开采、选矿、化学工业及食品工业的添加剂等方面。
三、仪器和试剂四口瓶、球型冷凝管、温度计、搅拌器、恒温水浴、丙烯酰胺、过硫酸铵、甲醇四、实验步骤1. 组装仪器:将四口瓶置于恒温水浴上,并装上温度计、搅拌器和冷凝管。
2. 投料:在四口瓶中加入5 g丙烯酰胺和90 mL蒸馏水,搅拌,升温至30℃使单体溶解后,用移液管加入2.5 mL 1%的(NH4)2S2O8溶液。