试验九聚乙烯吡咯烷酮的制备分级及绘制分子量分布曲线学时.doc

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试验九聚乙烯吡咯烷酮的制备分级及绘制分子量分布曲线学时

实验 聚乙烯吡咯烷酮的制备、分级及绘制分子量分布曲线 一、实验目的 1.学习自由基溶液聚合反应制备聚合物的原理和方法。 2.学习利用沉淀分级法对聚合物进行分级的原理和方法。 3.学习利用乌氏黏度计测定聚合物分子量的方法。 4.理解并学会绘制聚合物分子量分布曲线。 二、实验原理 聚乙烯吡咯烷酮,简称PVP,是一种十分重要的水溶性高分子聚合物,它不仅具有优异的溶解性、化学稳定性、成膜性、生理惰性黏接能力和保护胶作用,而且还可与许多无机、有机、高分子化合物结合而形成多种具有独特功能的、其他化合物不可比拟的新型精细化学品因此自1938年德国乙炔化学家Reppe发明PVP以来,越来越受到全世界商业界、产业界和科技界的高度重视和青睐,使它不仅在医药、化妆品、食品、酿造、涂料、黏接、印染等行业得到广泛的应用,而且在光固树脂、光导纤维、激光视盘、减阻材料等高科技领域也得到广泛的应用 1.N-乙N-乙NVP)可以在很多溶剂,如异丙醇、甲醇、乙酸乙酯、苯、水等溶剂中聚合。由于水是最便宜和安全的溶剂,因此采用水溶液聚合较多。 Filkentscher首先发展了NVP的水溶液聚合方法。其反应机理 链增长: 链终止: 一般条件下,引发剂用量大于03%时聚合反应可容易地进行。若要制得K值50~100范围内的聚合物,则要进一步降低引发剂的量。但引发剂用量太小时,除非将NVP的纯度提得极为纯净,并在无氧条件下进行,否则聚合反应往往不发生。如采用辐射活化,聚合反应可在较低温度下进行。即使用一般纯化的NVP,不在无氧条件下,制得的聚合物K值也可增大到50~100。例如,30%NVP水溶液加入006%~6%引发剂,将此混合物置于紫外光310~41nm)下照射,就发生聚合,并在几小时内完成。引发剂在6%时聚合物K值为32,而引发剂为006%时,其K值为10。在工业上,为了不致引起部分过热而使聚合物变色,控制聚合热的扩散是极为重要的。 2.聚合物分子量的多分散性及分子量分布曲线 一般合成高分子化合物是由组成相同(结构单元相同),而分子大小不等、结构不同的同系聚合物组成的混合物,被称为高分子化合物的多分散性。由单一分子量的聚合物组成的叫做单分散聚合物(Monodisperse)。同系聚合物因为性质接近而不能分离成单一分子量的聚合物,所以高分子化合物一般是多分散的。 图2 分子量分布曲线 (1:硝化纤维素,平均聚合度800;2:聚苯乙烯,平均聚合度800) γ-丁内酯。 酯类:乳酸乙酯。 酮类:甲基环己酮、环己酮(热)。 含氯烃类:二氯甲烷、氯仿、1,2一二氯乙烷。 内酰胺类:2-吡咯烷酮、N-甲基吡咯烷酮、N一乙烯基吡咯烷酮。 胺类:丁胺、环己胺、苯胺、乙二胺、吡啶、吗啉、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、氨乙基乙醇胺、2一羟乙基吗啉、2一氨基一2一甲基丙醇。 硝基烃类:硝基甲烷、硝基乙烷。 在室温下溶解PVP不超过1%的有机溶剂有: 烃类:苯、甲苯、二甲苯、石油醚、四氢萘、戊烷、己烷、庚烷*、戊烷、干洗溶剂油*、煤油*、溶剂油、矿物油、环己烷、甲基环己烷、松节油。 醚类:二氧六环、二乙醚、二甲醚、乙基乙烯基醚、异丁基乙烯基醚、四氢呋喃。 含氯类:四氯化碳、氯苯。 酮类:丙酮、2一丁酮、环己酮。 酯类:醋酸乙酯、醋酸异丁酯。 *:当以25%丁醇作为助溶剂,PVP溶解度可超过5%。 从上述PVP的溶解性能可知,一般它溶于有较强极性的溶剂,而不溶于较弱极性的溶剂。PVP/丙酮/水三相系统的三相图如图9-2所示。从相图可知,由于丙酮对PVP几乎不溶,所以当在PVP的水溶液中加入大量的丙酮,则部分PVP会随丙酮沉淀,形成两相。三相共溶点的位置随着K值的减小而趋向丙酮比例增大的方向。也就是说,对于某一分子量分布的PVP聚合物而言,当向其水溶液加入丙酮时,首先沉淀进入丙酮相的是分子量较大的部分。因此可采用分级沉淀的方法分离不同分子量的PVP。 图9-2 PVP/丙酮/水三相系统的不相容性(25 ) 图9-3 乌氏黏度计 (1.主管;2.宽管;3.侧管;4.弯管.A.测定球;B.储器; c.缓冲球;D.悬挂 水平储器;E.毛细管;m1,m2环形测定线.) 乙.0 g(0.1082 mol)NVP 溶于12 mL 二次水,加入单体质量1% 的KPS,75 ℃ 的恒温水浴中,磁力搅拌0.5 h 后停止搅拌,继续75 ℃ 反应1.5 h。反应产物用20 mL二次水溶解,然后边搅拌边将聚合物的二次水溶液滴加到大量丙酮(约500 mL)中,聚合物在丙酮中沉淀析出。将沉淀再次在二次水中溶解丙酮中沉淀,反复纯化3次,室温下真空干燥至恒重得PVP 样品(期间待PVP样品半干时须用剪刀将其剪碎,以便于干燥及溶解)。收集丙酮、水混合溶液。 2. PVP沉淀分级 取上述PVP样品,准确称量(记为m

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