北京普天同创生物科技有限公司
1.实验目的
1)了解高分子化学反应的基本原理及特点。
2)通过乙酸乙烯酯的溶液聚合,了解溶液聚合的原理及过程。
3)了解聚乙酸乙烯醇醇解反应的原理、特点及影响醇解反应的因素。
2,实验原理
(1)通过乙酸乙烯酯的溶液聚合制备聚乙酸乙烯酯
与本体聚合相比,溶液聚合有散热与搅拌容易的优点。在某些场合,溶液聚合生成的高分子溶液还可以不经分离直接投入使用。
在溶液聚合中,溶剂对聚合的各方面都有不同程度的影响。溶剂可以影响引发剂的分解速率,也可能降低引发效率;在某些情况下溶剂的存在可能促进单体的自由基聚合过程,而在另外一些情况下则会使聚合进行缓慢;溶剂还可能影响聚合过程的分子构型,提高或者降低聚合物的立构规整度。但是在自由基聚合中,溶剂最突出的影响还是对于产物的分子量。高分子链自由基向溶剂分子的链转移可在不同程度上使产物的分子量降低。本实验是以乙醇为溶剂的乙酸乙烯酯的溶液聚合。
(2)通过聚乙酸乙烯酯醇解制备聚乙烯醇
由于“乙烯醇”易异构化为乙醛,不能通过单体“乙烯醇”的聚合来制备聚乙烯醇(PVA),而只能通过聚乙酸乙烯酯(PVAc)的醇解或水解反应来制备。醇解法制成的PVA纯度较高,主产物的性能较好,因此工业上通常采用醇解法。
聚乙酸乙烯酯的醇解可以在酸性或碱性条件下进行。酸性条件下的醇解反应由于痕量酸很难从PVA中除去,而残留的酸会加速PVA的脱水作用,使产物变黄或不溶于水,因此目前多采用碱性醇解法制备PVA。碱性条件下的醇解反应又有湿法和干法之分,为了尽量避免副反应,但又不使反应速度过慢,本实验中不是采用严格的干法,只是将物料中的含水量控制在5%以下。
聚乙酸乙烯酯的醇解反应机理类似于低分子的醇一酯交换反应。本实验采用乙醇(EtOH)为醇解剂,氢氧化钠为催化剂,醇解条件较工业上的温和,产物中有副产物乙酸钠存在。
湿法醇解中,碱是以氢氧化钠水溶液的形式加入的,水含量较高。该法的特点是醇解反应速度快,设备生产能力大,但副反应较多,碱催化剂耗量也较多,醇解残液的回收比较复杂。
干法醇解中,碱是以氢氧化钠醇溶液的形式加入的,反应体系中水含量较低。该法的最大特点是副反应少,醇解残液的回收比较简单,但反应速率较慢,物料在醇解剂中的停留时间较长。
3.仪器和药品
(1)仪器
磨口三口烧瓶(250m1);球形冷凝管;抽滤瓶;布氏漏斗;滤纸;大表面皿;量筒(100m1两个);恒温水浴锅;电动机械搅拌器;电热鼓风干燥箱;医用真空泵;带刻度的移液管(5m1)。
(2)药品
乙酸乙烯酯;偶氮二异丁腈(AIBN);乙醇,分析纯;氢氧化钠,分析纯。
4.实验步骤
(1)乙酸乙烯酯的溶液聚合
1)在已称重的250m1三口烧瓶中,分别加入50m1新鲜蒸馏的乙酸乙烯酯、20m1乙醇和0.1gAIBN,装上搅拌器和回流冷凝管,搅拌溶解。
2)将上述装置移至恒温水浴中加热搅拌,温度控制在64℃左右。
3)反应过程中注意观察,当体系很黏稠,聚合物粘在搅拌轴上时停止加热,加入40ml乙醇,再搅拌使黏稠物稀释,约反应3h后冷却,结束反应。
4)将反应后的聚合物溶液连同三口烧瓶一起称重,然后将大部分聚合物溶液倒入回收瓶中,三口烧瓶中仅留下约15g溶液(需准确称重)。
(2)聚乙烯醇的制备
1)在步骤(1)中4)后已称过重(装有聚合物溶液)的三口烧瓶中加入85m1乙醇,再装上搅拌器,放入32℃的恒温水浴锅中搅拌均匀。
2)在搅拌下缓慢滴入5%的NaOH乙醇溶液(约2滴/秒)3m1,在1-1.5h后出现相变。
3)强烈搅拌后,继续缓慢滴入5%的NaOH乙醇溶液(约2滴/秒)lml,继续反应1h后结束反应。
4)将三口烧瓶中的物质抽滤,用15m1乙醇洗涤3次,再将得到的固体放入已称重的表面皿中,在电热鼓风干燥箱中于100℃烘干1h,称重。
5.数据处理及结果分析
(1)实验数据记录
三口烧瓶质量m1(g):————。
步骤(1)中4)反应后三口烧瓶和聚合物溶液的总质量m2(g):————。
步骤(2)中1)醇解前三口烧瓶和聚合物溶液的总质量m3(g):————。
表面皿质量m4(g):————。
表面皿和聚乙烯醇的总质量m5(g):————。
(2)计算该实验聚乙烯醇的产率(%)
产率=[(m5一m4)×(m2-m1)/(m3-m1)]/理论产量×100%
7.注意事项
1)在醇解过程中为避免出现冻胶,NaOH的乙醇溶液要滴加缓慢,且分两次加入。
2)醇解过程中如出现冻胶,应加快搅拌速度,并适当补加乙醇。
3)干燥前应将表面皿上的聚乙烯醇捣碎,尽量散开,以加快烘干速度。
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