实验一聚丙烯酰胺的制备
一、实验目的
1. 了解自由基聚合的基本原理；
2. 掌握丙烯酰胺水溶液聚合的原理和方法；
二、实验原理
溶液聚合是将单体和引发剂溶于适当的溶剂中，在溶液状态下进行的聚合反应。与本体聚合相比，溶液聚合体系粘度小，传质和传热容易，聚合反应温度容易控制，不易发生自动加速现象。而且由于高分子浓度低，不易发生向高分子的链转移反应，因而支化产物少，产物分子量分布较窄；缺点是单体被稀释，聚合反应速率慢，产物分子量较低，而且如果产物不能直接以溶液形式应用，还需增加溶剂分离与回收后处理工序，加之溶液聚合的设备庞大，利用率低，成本较高。
溶液聚合在工业上常用于合成可直接以溶液形式应用的聚合物产品，如胶粘剂、涂料、油墨等，而较少用于合成颗粒状或粉状产物。
聚丙烯酰胺(PAM)外观是白色固体，易吸附水分和保留水分，可以任意比例溶于水，不溶于甲醇、乙醇、丙酮、乙醚、脂肪烃和芳香烃。聚丙烯酰胺水溶液粘度随浓度的增加而急剧上升，浓度超过10%时就形成凝胶体。聚丙烯酰胺是一种水溶性高分子材料，目前广泛应用于造纸、选矿、油田开发、污水处理等。本实验是采用丙烯酰胺在过硫酸铵的引发下合成聚丙烯酰胺，反应方程如下：
CH2=CH
CONH2[CH2CH
CONH2
]
(NH4)2S2O8
n
n
随着反应的进行，分子链增长，当分子链增长到一定程度，即可通过分子间的相互交替形成网络结构，使溶液的粘度明显增加。
三、仪器与试剂
1. 仪器
恒温水浴1套
电动搅拌器1套
量筒（10mL）1个
分析天平1台
烧杯（50mL、100mL）各1个
2. 试剂
丙烯酰胺10.0 g
过硫酸铵0.050g
四、实验步骤
1. 在250mL 烧杯中加入10g 丙烯酰胺和80mL 蒸馏水，搅拌溶解。
2. 再把烧杯置于恒温水浴中，慢慢搅拌升温至60℃，准确称取0.050 ± 0.001g 过硫酸铵，用10mL 蒸馏水溶解，然后倒入100mL 烧杯中，反应0.5～1h ，冷却，出料，观察所得产品的外观。产品留待实验四使用。
五、思考题
1. 溶液聚合反应的溶剂应如何选择？
2. 在反应过程中，溶液的粘度是否会发生变化？为什么？
实验二 粘度法测定聚丙烯酰胺分子量
一、实验目的
1. 熟悉乌氏粘度计的使用方法；
2. 掌握粘度法测定高分子溶液相对分子量的基本原理；
3. 掌握用Mark-Houwink 公式计算聚合物的粘均分子量。
二、基本原理
粘度法是测定聚合物分子量的相对方法，此法设备简单，操作方便，且具有较好的精确度，因而在聚合物的生产和研究中得到十分广泛的应用。粘度法测定聚合物分子量的依据是特性粘度[η]与分子量的关系。与低分子不同，聚合物溶液，甚至在极稀的情况下，仍具有较大的粘度。粘度是分子运动时内摩擦力的量度，因而溶液浓度增加，分子间相互作用力增加，运动时阻力就增大。高分子溶液的粘度大小与聚合物分子的大小、形状、溶液浓度、溶剂性质、体系温度等因素有关，测定聚合物溶液的粘均分子量的计算依据是Mark —Houwink 方程：
αη
ηM K ∙=][ （1）
式中：M η——聚合物的粘均分子量； [η]——特性粘度，反映了高分子与溶剂分子之间的内摩檫；
K ，α——与聚合物、溶剂及溶液温度等有关的常数，它们可以从手册中查到。
这是一个经验方程，只有在相同溶剂，相同温度，相同分子形状的情况下才可以用来比较聚合物分子量的大小。对于大多数聚合物来说，α值一般在0.5～1.0 之间，在良溶剂中α值较大，接近0.8。溶剂能力减弱时，α值降低。
若特性粘度[η]，常数K 及α值已知，便可利用上式求出聚合物的粘均分子量M η 。根据kramer 公式：
2ln [][]r C C
ηηβη=- （2） 或Huggins 公式：2[][]SP
K C C ηηη=- （3）
式中：ηSP 、ηr ——分别叫做增比粘度和相对粘度；
C ——聚合物溶液浓度；g/100mL 或g/mL ；
K 、β——常数。
由Huggins 公式或kramer 公式可知：00ln []lim lim r SP c c C C
ηηη→→==== （4） （2）式中ηr 称为相对粘度，即为在同温度下溶液的绝对粘度η与溶剂的绝对粘度η0之比：
ηr = η/η0 （5）
（3）式中ηsp 称为增比粘度，它定义为加入高聚物溶质后引起溶剂粘度增加的百分数，即：
ηsp =（η-η0）/η0 =ηr - 1 （6）
根据经验，如果纯溶剂在毛细管中流出时间＞100s ，当在同温度下某稀溶液和纯溶剂分别流经同一毛细管的同一高度时，若所需时间分别为t 和t 0，则 ηr = t/t 0 （7）
这样，只需测定不同浓度的溶液流经同一毛细管的同一高度时所需的时间t 及纯
溶剂的流经时间t 0，便可求得各浓度所对应的ηr 值，进而求得各ηsp 、SP C
η及ln r C η值，以SP C
η对C 或以ln r C η对C 作图并将其直线外推至C=0处，其截距均为[η]，所以[η]被定义为溶液浓度趋近于零时的比浓粘度或比浓对数粘度，这种方法称 为外推法。
[η
ηsp
C
C (g/100mL)
图1 特性粘度[η]的求法 下表为聚丙烯酰胺的K 、α值。
表1聚丙烯酰胺的K、α值
三、仪器与试剂
1. 仪器
恒温水浴1套
电动搅拌器1套
温度计（0～100℃）1支
乌式粘度计1支
秒表1个
吸耳球1个
玻璃砂芯漏斗1个
容量瓶（100 mL）2个
移液管（10 mL）1支
烧杯（100 mL）2个
分析天平1台
乳胶管
2. 试剂
聚丙烯酰胺胶体溶液(10% ) 10.0g
硝酸钠(固体) 8.50g
硝酸钠（溶液）1mol/L
四、实验步骤
1. 温度的调节
仪器安装并检查无误后，接通电源，加热水浴，使其温度控制在30±0.05℃。
2. 1mol/L硝酸钠溶液的配制
称取8.50±0.01g的硝酸钠，置于100mL烧杯中，加入少量的蒸馏水并轻微加热，使之完全溶解后倒入100mL容量瓶中，用少量蒸馏水洗涤烧杯2～3次，洗液全部倒入容量瓶中，然后用蒸馏水定容至100mL。
3. 1%的聚丙烯酰胺1mol/L硝酸钠溶液的配制
称取浓度为10%聚丙烯酰胺溶液10.0±0.01g和8.50±0.01g的硝酸钠，置于100mL烧杯中，加入少量的蒸馏水并轻微加热，使之完全溶解后倒入100mL容
