低分子量聚丙烯酸的合成

李英(新疆巴音郭楞职业技术学院 新疆 库尔勒 841000)

一、国内外研究现状

为了保证织造顺利进行和生产高质量纺织品，经纱上浆是必不可少的一道工序，随着纺织品质量不断提高、高速织机使用比例不断扩大，经纱上浆工序突显出其重要性。浆料是浆纱工艺最核心的部分，淀粉、PVA和丙烯酸类浆料被称作是经纱上浆工艺中的三大主浆料。共聚单体一般为丙烯酸、丙烯酞胺、丙烯酸甲脂、丙烯酸盐、醋酸乙烯脂、丙烯晴等。聚丙烯酸类浆料的优点是：亲水性强，对疏水性纤维具有很好的粘附性，容易退浆，不易结皮，再者对环境污染较小。但其致命的弱点是吸湿性强、再粘性大，所以一般只能作辅助浆料使用。聚合物的分子量是影响丙烯酸浆料的流动性和粘度这两项指标的重要因素。为获得浆料的较理想的流动性和粘度，可通过三方面来实现①应用分子量调节剂②控制引发剂用量③调节反应温度，最终达到控制分子量的目的。

在二战后开始大量使用丙烯酸类聚合物，从20世纪40年代开始才开始对应用于纺织工业的丙烯酸共聚物作系统性的研究。国外丙烯酸类浆料的发展经历了三个阶段，刚开始的初级研究阶段产品单一，品质差，随着工艺进一步改进，丙烯酸类浆料研究趋于成熟，性能方面有所提高，最终形成了现在粘度稳定性较好的浆料。与国外研究应用水平相比，国内产品在还存在着很大差距，主要表现在：品种不齐全，吸湿性大，再粘严重，浆液粘度较大，使用时只能作为辅助浆料来使用。

二、发展趋势

丙烯酸类浆料是由含有一个不饱和键的丙烯酸类及衍生物为单体、经过聚合或共聚反应而成的高分子化合物，属于线型的热塑性高分子材料。用于合成浆料的丙烯酸类单体通常有以下几种，如表1-1.

表1-1用于合成浆料的丙烯酸类单体(Me为Na+,K+,NH4+等)

它们在结构上的共同特点是：都具有一个或多个双键。R和R′的种类是影响这类浆料性能的另一个重要因素，主要为：如R为—H则是丙烯酸类浆料;而R为—CH3时，则叫甲基丙烯酸类浆料；若R′是——H则属于酸性浆料；R′是金属离子则属盐类;若通式中的R是烃基(一 CH3、一 C2H5、一 C3H7)，则属于酯类浆料。R与R′的组合不同的(包括位置、数量和配置的比例)都会较明显的影响浆料的最终性能。由于它们是一个放热反应，反应过程中的反应热要及时散发，若粘度过大则热量不易散发，所以反应单体的浓度一般很难做高，通常使用的浆料其含固率为25%左右。开发高含固量或固体的丙烯酸类浆料也是这类浆料的一个研究发展方向。

三、合成原理和方法及实验室制备装置

本实验所合成的聚丙烯酸，是用于制备低分子量的聚丙烯酸浆料。丙烯酸单体化学性质活泼，极易聚合，可以通过本体、溶液、乳液、悬浮等聚合方法得到聚丙烯酸.但一般得到的聚丙烯酸分子量都较大。故本次主要是围绕降低聚丙烯酸的分子量来寻求合成路线。通过查阅有关资料，确定采用水溶液聚合法，因为丙烯酸聚合符合一般的游离基聚合反应规律，在聚合时放热，而水溶液聚合法有平稳散热的优点，容易控制.通过控制引发剂用量和应用调聚剂，来降低其分子量。并确定了过硫酸胺作为引发剂，主要由异丙醇作调聚剂。因为丙烯酸聚合时放出大量热，为了防止反应过于激烈，甚至产生爆聚，所以从较稀的溶液开始反应，然后控制在65-70℃滴加丙烯酸和过硫酸胺水溶液于反应混合物中，逐步聚合，再升至较高温度(82-94℃)使其充分反应完成。

1、合成原理

化学名称为：聚丙烯酸，结构式

2、装置及仪器

仪器：三口烧瓶、温度计、水浴锅、电炉、搅拌棒、烧杯、聚四氟乙烯塞、6511型电动搅拌器（上海标模）

装置如下：

图2-1 合成实验装置图

3、实验步骤

在带有回流冷凝装置的反应容器中，加入异丙醇和去离子水，加热至65-70℃。再加入丙烯酸(工业)单体和用去离子水溶解过的过硫酸铰。用搅拌器充分搅拌，并加热，使反应液温度达到82-94℃、反应2.5小时反应即可完成。(聚丙烯酸分子量在2000左右)。

四、聚丙烯分子量的测定

丙烯酸聚合物的酸性与其对应单体相对要弱，其滴定曲线随着中和程度的增加而上升是比较缓慢的。当聚丙烯酸只溶于水时不容易被精确滴定，如果滴定在0.01--lmol/L中性盐类溶液中进行，滴定终点却是清楚的，结果也是准确的。准确称量聚丙烯酸样品(0.2克左右)放入100毫升烧杯中，加入1mol/L的氯化钠溶液50毫升，用0.2mol/L氢氧化钠标准溶液滴定之，测得其pH值，用消耗的氢氧化钠标准溶液毫升数对pH值作图，找出终点所消耗的碱量。

计算公式(3—1)为：

式 中：M为聚丙烯酸分子量;

V试样滴定所消耗的氢氧化钠标准溶液毫升数;

N为氢氧化钠标准的当量浓度;

W为试样克数;

1/7 2为每1克样品中所含有的羧基当量理论值;

2为聚丙烯酸1个分子链两端各有一个内脂。

合成的聚丙烯酸分子量在1500-4500之间，是低分子量的产品。

五、结论

本实验采用溶液聚合法，并用控制引发剂用量和应用调聚剂，合成低分子量的聚丙烯酸。过硫酸胺作为引发剂，异丙醇等作调聚剂，使丙烯酸单体在水溶液中发生聚合。该法在调聚剂和引发剂的作用下使反应体系中的聚合单体均匀分散，使聚合反应顺利进行，从而开发高含固量、高粘附性能、低粘度和低吸湿再粘性的低分子量的聚丙烯酸浆料，以取代涤棉纱上浆中所用的PVA浆料。

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