低分子量聚丙烯酸钠的合成与分析

孙海玲

(陇东学院化学化工学院，甘肃 庆阳 745000)

低分子量聚丙烯酸钠的合成与分析

孙海玲

(陇东学院化学化工学院，甘肃 庆阳 745000)

低分子量的聚丙烯酸钠具有良好的分散性能，本文以丙烯酸为单体，过硫酸铵为引发剂，异丙醇为链转移剂，通过中和法合成了低分子量的聚丙烯酸钠，用端基法测得其数均分子量。通过改变单体浓度、引发剂用量、链转移剂用量和反应温度等反应条件，得出了各合成因素对聚丙烯酸钠分子量影响的趋势。

聚丙烯酸钠；分子量；影响

聚丙烯酸钠是一类特殊的高分子表面活性剂，根据分子量的不同，性质和用途也不相同，通常低分子量(500-5000)的聚丙烯酸钠可用作分散剂，中分子量(104～106)的聚丙烯酸钠可用作增稠剂，高分子量(106及以上)的聚丙烯酸钠可用作絮凝剂。分散剂能使固体颗粒均匀地分散于液体介质中，形成稳定的固液分散体系，在造纸、涂料、陶瓷、纺织、医药、石油化工、水处理等多个工业领域都有应用[1-4]。

目前常用的聚丙烯酸钠的合成方法有聚合法、中和法、皂化法等。本文通过中和法合成了低分子量的聚丙烯酸钠，并讨论了各合成因素与聚丙烯酸钠分子量之间的关系。

1 实验部分

1.1 实验原理

中和法合成聚丙烯酸钠的反应机理为：在引发剂和链转移剂的作用下，丙烯酸单体在水溶液中发生聚合反应生成聚丙烯酸，用氢氧化钠水溶液进行中和反应，生成聚丙烯酸钠水溶液。

1.2 实验药品及仪器

药品：丙烯酸，CP；异丙醇，CP；过硫酸铵，AR；氢氧化钠，AR。

仪器：恒温水浴槽、搅拌器、pH计，滴液漏斗，250mL四口烧瓶，冷凝管。

1.3 实验步骤

在装有搅拌器、回流冷凝管、温度计、恒压滴液漏斗的250mL四口烧瓶内，加入蒸馏水、链转移剂异丙醇和单体丙烯酸，边搅拌边加热，达到一定温度后，开始滴加引发剂过硫酸铵水溶液，并在2h内将引发剂水溶液滴加完毕，保温反应2h。然后改为蒸馏装置，加热蒸出异丙醇和水的混合物，并回收循环利用。当温度降至50℃时，逐滴滴加浓度为10%的NaOH至pH值为7～8。

1.4 分子量的测定方法

用端基法测定聚丙烯酸钠的分子量[5]，具体步骤如下：在中和反应前，称取0.2g(准确至0.0001g)样品放入100mL烧杯中，加入1mol/L的氯化钠溶液50mL，用0.2mol/L的氢氧化钠标准溶液滴定, 测定其pH值，用消耗的氢氧化钠标准溶液的毫升数对pH值作图,曲线的拐点就是滴定的终点。

聚丙烯酸钠分子量的求算公式为：

式中：M——聚丙烯酸钠分子量；

V——试样滴定所消耗的NaOH标准溶液毫升数；

C——NaOH标准溶液的摩尔浓度；

1/72——每一克样品中含有的羧基的理论值；

2——聚丙烯酸1个分子链两端各有一个内酯；

W——试样克数。

2 实验结果及分析

2.1 单体用量对分子量的影响

反应加入10mL蒸馏水，40mL异丙醇，1g过硫酸铵，过硫酸铵溶解后再使用，反应温度为82℃，通过改变单体用量，研究单体用量对聚丙烯酸钠分子量的影响。

图1 单体用量对分子量的影响

由图1可以看出，随着单体用量的增大,聚丙烯酸钠的分子量也在增大。当单体浓度较低时，符合分子量与单体浓度的关系聚合反应动力学方程[2]：

其中：v——动力学链长；kp——链增长反应速率常数；[M]——单体浓度；f——引发剂的引发速率；kd——引发剂分解反应速率常数；kt：链终止反应速率常数；[I]：引发剂浓度。

动力学链长与单体浓度的一次方成正比，随着单体浓度的增加，动力学链长增加，分子量增大。但随着单体浓度的继续增大，分子量增大的速度加快，原因可能是部分高分子发生了交联。

2.2 引发剂用量对分子量的影响

反应加入10mL蒸馏水，8mL丙烯酸单体，40mL异丙醇，反应温度为82℃，通过改变引发剂过硫酸铵的用量，研究引发剂用量对聚丙烯酸钠分子量的影响。

图2 引发剂用量对分子量的影响

由图2可以看出,随着引发剂用量的增多，聚合物的分子量降低。符合动力学链长与引发剂浓度的平方根成反比的规律。引发剂浓度增大，分解得到的自由基的浓度增大，可形成更多的聚合活性中心，形成的聚合分子链增多，每条分子链的链长缩短，导致聚合物的分子量降低。

2.3 链转移剂用量对分子量的影响

反应加入10mL蒸馏水，8mL丙烯酸单体，1g过硫酸铵，过硫酸铵溶解后再使用，反应温度为82℃，通过改变链转移剂异丙醇的用量，考察链转移剂用量对聚丙烯酸钠分子量的影响。

图3 链转移剂对分子量的影响

由图3可以看出,随着链转移剂用量的增多，聚合物的分子量逐渐降低。链转移剂常用作调节和控制聚合物分子量的大小，在聚合反应中，异丙醇会向聚合物转移，使聚合物的分子量和聚合度下降，但是链转移后反应体系中自由基的总量不变，自由基又会引发单体聚合，形成新的增长链，使得聚合物的数量增多。

2.4 反应温度对分子量的影响

反应加入10mL蒸馏水，8mL丙烯酸单体，40mL异丙醇，1g过硫酸铵，过硫酸铵溶解后再使用，通过改变反应温度，研究温度对聚丙烯酸钠分子量的影响。

图4 反应温度对分子量的影响

根据图4可以看出，随着反应温度升高，分子量逐渐增大。原因是当反应温度升高时，链增长反应速率常数增大，但引发剂引发速率常数、引发剂分解反应速率常数和链终止速率常数也随之增大，当引发剂浓度不高时，链增长反应速率常数的增大占主导地位，所以随温度的升高分子量会增大。

3 结论

以丙烯酸为单体，过硫酸铵为引发剂，异丙醇为链转移剂，通过中和法合成了分子量低于5000的聚丙烯酸钠，并得到各合成因素与低分子量聚丙烯酸钠之间的关系：

(1)随着单体用量的增大,聚丙烯酸钠的分子量逐渐增大；

(2)随着引发剂用量的增多，聚丙烯酸钠的分子量逐渐降低；

(3)随着链转移剂用量的增多，聚丙烯酸钠的分子量逐渐降低；

(4)随着反应温度升高，分子量逐渐增大。

[1] 王 保，周小凡，刘建华,等.分散剂聚丙烯酸钠在纸张涂料中的应用[J].造纸化学品，2006(1):29-31.

[2] 何 静，吴玉英，刘六军,等.低分子量聚丙烯酸钠的合成及分散性能研究[J]. 北京:北京林业大学学报，2002,24(5/6):216-219.

[3] 苏建明，吴莱萍，靳丽君,等.高岭土打浆用分散剂的研制[J].齐鲁石油化工，2000,28(3):165-168.

[4] 杨建红，何肖群，王欢,等.低分子量聚丙烯酸钠的合成及其在陶瓷中的应用[J].佛山陶瓷，2005(4):4-7.

[5] 李淑琴.低分子量的聚丙烯酸钠的合成与研究[J].广州化工，2007，35(5):36-38.

(本文文献格式：孙海玲.低分子量聚丙烯酸钠的合成与分析[J].山东化工，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

孙海玲(1983—),女，山东昌邑人，讲师，主要从事油田化学研究。

TQ317

A

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