孫海玲

(隴東學院化學化工學院，甘肅 慶陽 745000)

低分子量聚丙烯酸鈉的合成與分析

孫海玲

(隴東學院化學化工學院，甘肅 慶陽 745000)

低分子量的聚丙烯酸鈉具有良好的分散性能，本文以丙烯酸為單體，過硫酸銨為引發(fā)劑，異丙醇為鏈轉(zhuǎn)移劑，通過中和法合成了低分子量的聚丙烯酸鈉，用端基法測得其數(shù)均分子量。通過改變單體濃度、引發(fā)劑用量、鏈轉(zhuǎn)移劑用量和反應溫度等反應條件，得出了各合成因素對聚丙烯酸鈉分子量影響的趨勢。

聚丙烯酸鈉；分子量；影響

聚丙烯酸鈉是一類特殊的高分子表面活性劑，根據(jù)分子量的不同，性質(zhì)和用途也不相同，通常低分子量(500-5000)的聚丙烯酸鈉可用作分散劑，中分子量(104～106)的聚丙烯酸鈉可用作增稠劑，高分子量(106及以上)的聚丙烯酸鈉可用作絮凝劑。分散劑能使固體顆粒均勻地分散于液體介質(zhì)中，形成穩(wěn)定的固液分散體系，在造紙、涂料、陶瓷、紡織、醫(yī)藥、石油化工、水處理等多個工業(yè)領域都有應用[1-4]。

目前常用的聚丙烯酸鈉的合成方法有聚合法、中和法、皂化法等。本文通過中和法合成了低分子量的聚丙烯酸鈉，并討論了各合成因素與聚丙烯酸鈉分子量之間的關系。

1 實驗部分

1.1 實驗原理

中和法合成聚丙烯酸鈉的反應機理為：在引發(fā)劑和鏈轉(zhuǎn)移劑的作用下，丙烯酸單體在水溶液中發(fā)生聚合反應生成聚丙烯酸，用氫氧化鈉水溶液進行中和反應，生成聚丙烯酸鈉水溶液。

1.2 實驗藥品及儀器

藥品：丙烯酸，CP；異丙醇，CP；過硫酸銨，AR；氫氧化鈉，AR。

儀器：恒溫水浴槽、攪拌器、pH計，滴液漏斗，250mL四口燒瓶，冷凝管。

1.3 實驗步驟

在裝有攪拌器、回流冷凝管、溫度計、恒壓滴液漏斗的250mL四口燒瓶內(nèi)，加入蒸餾水、鏈轉(zhuǎn)移劑異丙醇和單體丙烯酸，邊攪拌邊加熱，達到一定溫度后，開始滴加引發(fā)劑過硫酸銨水溶液，并在2h內(nèi)將引發(fā)劑水溶液滴加完畢，保溫反應2h。然后改為蒸餾裝置，加熱蒸出異丙醇和水的混合物，并回收循環(huán)利用。當溫度降至50℃時，逐滴滴加濃度為10%的NaOH至pH值為7～8。

1.4 分子量的測定方法

用端基法測定聚丙烯酸鈉的分子量[5]，具體步驟如下：在中和反應前，稱取0.2g(準確至0.0001g)樣品放入100mL燒杯中，加入1mol/L的氯化鈉溶液50mL，用0.2mol/L的氫氧化鈉標準溶液滴定, 測定其pH值，用消耗的氫氧化鈉標準溶液的毫升數(shù)對pH值作圖,曲線的拐點就是滴定的終點。

聚丙烯酸鈉分子量的求算公式為：

式中：M——聚丙烯酸鈉分子量；

V——試樣滴定所消耗的NaOH標準溶液毫升數(shù)；

C——NaOH標準溶液的摩爾濃度；

1/72——每一克樣品中含有的羧基的理論值；

2——聚丙烯酸1個分子鏈兩端各有一個內(nèi)酯；

W——試樣克數(shù)。

2 實驗結(jié)果及分析

2.1 單體用量對分子量的影響

反應加入10mL蒸餾水，40mL異丙醇，1g過硫酸銨，過硫酸銨溶解后再使用，反應溫度為82℃，通過改變單體用量，研究單體用量對聚丙烯酸鈉分子量的影響。

圖1 單體用量對分子量的影響

由圖1可以看出，隨著單體用量的增大,聚丙烯酸鈉的分子量也在增大。當單體濃度較低時，符合分子量與單體濃度的關系聚合反應動力學方程[2]：

其中：v——動力學鏈長；kp——鏈增長反應速率常數(shù)；[M]——單體濃度；f——引發(fā)劑的引發(fā)速率；kd——引發(fā)劑分解反應速率常數(shù)；kt：鏈終止反應速率常數(shù)；[I]：引發(fā)劑濃度。

動力學鏈長與單體濃度的一次方成正比，隨著單體濃度的增加，動力學鏈長增加，分子量增大。但隨著單體濃度的繼續(xù)增大，分子量增大的速度加快，原因可能是部分高分子發(fā)生了交聯(lián)。

2.2 引發(fā)劑用量對分子量的影響

反應加入10mL蒸餾水，8mL丙烯酸單體，40mL異丙醇，反應溫度為82℃，通過改變引發(fā)劑過硫酸銨的用量，研究引發(fā)劑用量對聚丙烯酸鈉分子量的影響。

圖2 引發(fā)劑用量對分子量的影響

由圖2可以看出,隨著引發(fā)劑用量的增多，聚合物的分子量降低。符合動力學鏈長與引發(fā)劑濃度的平方根成反比的規(guī)律。引發(fā)劑濃度增大，分解得到的自由基的濃度增大，可形成更多的聚合活性中心，形成的聚合分子鏈增多，每條分子鏈的鏈長縮短，導致聚合物的分子量降低。

2.3 鏈轉(zhuǎn)移劑用量對分子量的影響

反應加入10mL蒸餾水，8mL丙烯酸單體，1g過硫酸銨，過硫酸銨溶解后再使用，反應溫度為82℃，通過改變鏈轉(zhuǎn)移劑異丙醇的用量，考察鏈轉(zhuǎn)移劑用量對聚丙烯酸鈉分子量的影響。

圖3 鏈轉(zhuǎn)移劑對分子量的影響

由圖3可以看出,隨著鏈轉(zhuǎn)移劑用量的增多，聚合物的分子量逐漸降低。鏈轉(zhuǎn)移劑常用作調(diào)節(jié)和控制聚合物分子量的大小，在聚合反應中，異丙醇會向聚合物轉(zhuǎn)移，使聚合物的分子量和聚合度下降，但是鏈轉(zhuǎn)移后反應體系中自由基的總量不變，自由基又會引發(fā)單體聚合，形成新的增長鏈，使得聚合物的數(shù)量增多。

2.4 反應溫度對分子量的影響

反應加入10mL蒸餾水，8mL丙烯酸單體，40mL異丙醇，1g過硫酸銨，過硫酸銨溶解后再使用，通過改變反應溫度，研究溫度對聚丙烯酸鈉分子量的影響。

圖4 反應溫度對分子量的影響

根據(jù)圖4可以看出，隨著反應溫度升高，分子量逐漸增大。原因是當反應溫度升高時，鏈增長反應速率常數(shù)增大，但引發(fā)劑引發(fā)速率常數(shù)、引發(fā)劑分解反應速率常數(shù)和鏈終止速率常數(shù)也隨之增大，當引發(fā)劑濃度不高時，鏈增長反應速率常數(shù)的增大占主導地位，所以隨溫度的升高分子量會增大。

3 結(jié)論

以丙烯酸為單體，過硫酸銨為引發(fā)劑，異丙醇為鏈轉(zhuǎn)移劑，通過中和法合成了分子量低于5000的聚丙烯酸鈉，并得到各合成因素與低分子量聚丙烯酸鈉之間的關系：

(1)隨著單體用量的增大,聚丙烯酸鈉的分子量逐漸增大；

(2)隨著引發(fā)劑用量的增多，聚丙烯酸鈉的分子量逐漸降低；

(3)隨著鏈轉(zhuǎn)移劑用量的增多，聚丙烯酸鈉的分子量逐漸降低；

(4)隨著反應溫度升高，分子量逐漸增大。

[1] 王 保，周小凡，劉建華,等.分散劑聚丙烯酸鈉在紙張涂料中的應用[J].造紙化學品，2006(1):29-31.

[2] 何 靜，吳玉英，劉六軍,等.低分子量聚丙烯酸鈉的合成及分散性能研究[J]. 北京:北京林業(yè)大學學報，2002,24(5/6):216-219.

[3] 蘇建明，吳萊萍，靳麗君,等.高嶺土打漿用分散劑的研制[J].齊魯石油化工，2000,28(3):165-168.

[4] 楊建紅，何肖群，王歡,等.低分子量聚丙烯酸鈉的合成及其在陶瓷中的應用[J].佛山陶瓷，2005(4):4-7.

[5] 李淑琴.低分子量的聚丙烯酸鈉的合成與研究[J].廣州化工，2007，35(5):36-38.

(本文文獻格式：孫海玲.低分子量聚丙烯酸鈉的合成與分析[J].山東化工，2017，46(10)：57-58，66.)

Synthesis and Analysis of Low-molecular Weights Sodium Polyacrylate

SunHailing

(College of Chemistry & Chemical Engineering, Long Dong University,Qingyang 745000,China)

Low-molecular weights sodium polyacrylate was a kind of good dispersant. In this paper, low molecular weight sodium polyacrylate was synthesized by neutralization method using acrylic acid as monomer, ammonium persulfate as initiator and isopropanol as chain transfer agent. The number average molecular weight was measured by terminal method. The effects of various factors on the molecular weight of sodium polyacrylate were obtained by changing the reaction conditions such as monomer concentration, amount of initiator, amount of chain transfer agent and reaction temperature.

sodium polyacrylate；molecular weight；effects

2017-04-04

孫海玲(1983—),女，山東昌邑人，講師，主要從事油田化學研究。

TQ317

A

1008-021X(2017)10-0057-02