反相悬浮聚合210892567.doc

福州大学至诚学院化学工程系本科实验报告课 程 名 称：综合型化学实验实验项目名称：高吸水性树脂的制备实验室名称：高分子化工研究所学生姓名：袁礼波 学号：210892567年级、专业：08级 应用化学实验指导教师：英晓光2011年 11 月 28 日一、实验目的：1、掌握运用高分子聚合原理合成有机高分子聚合物的研究方法。2、进一步熟练有机化学实验的基本操作。3、了解高吸水性树脂的基本功能及其用途。4、了解合成聚合物类高吸水性树脂的制备方法。5、了解反响悬浮聚合制备亲水性聚合物的方法。二、实验原理：该实验已丙烯酸为聚合单体，N,N-二甲基双丙烯酰胺为交联剂、过硫酸铵为引发剂、司班60为分散剂，在有机溶剂环己烷中进行逆向悬浮聚合。高吸水树脂的吸水原理：高吸水树脂一般为含有亲水基团和交联结构的高分子电解质。吸水前，高分子链相互靠拢缠在一起，彼此交联成网状结构，从而达到整体上的紧固。与水接触时，因为吸水树脂上含有多个亲水基团，故首先进行水润湿，然后水分子通过毛细作用及扩散作用渗透到树脂中，链上的电离基团在水中电离。由于链上同离子之间的静电斥力而使高分子链伸展溶胀。由于电中性要求，反离子不能迁移到树脂外部，树脂内外部溶液间的离子浓度差形成反渗透压。水在反渗透压的作用下进一步进入树脂中，形成水凝胶。同时，树脂本身的交联网状结构及氢键作用，又限制了凝胶的无限膨胀。 高吸水树脂的吸水性受多种因素制约，归纳起来主要有结构因素、形态因素和外界因素三个方面。结构因素包括亲水基的性质、数量、交联剂种类和交联密度，树脂分子主链的性质等，树脂的结构与生产原料、制备方法有关。交联剂的影响：交联剂用量越大，树脂交联密度越大，树脂不能充分地吸水膨胀；交联剂用量太低时，树脂交联不完全，部分树脂溶解于水中而使吸水率下降。吸水量与水解度的关系：当水解度在6085%时，吸收量较大； 水解度大于时，吸收量下降，其原因是随着水解度的增加，尽管亲水的羧酸基团增多， 但交联剂也发生了部分水解，使交联网络被破坏。形态因素主要指高吸水性树脂的产品形态。增大树脂产品的表面，有利于在较短时间内吸收较多的水，达到较高吸水率，因而将树脂制成多孔状或鳞片可保证其吸水性。外界因素主要指吸收时间和吸收液的性质。随着吸收时间的延长，水分由表面向树脂产品内部扩散，直至达到饱和。高吸水树脂多为高分子电解质。其吸水性受吸收液性质，特别是离子种类和浓度的制约。在纯水中吸收能力最高；盐类物质的存在，会产生同离子效应，从而显著影响树脂的吸收能力；遇到酸性或碱性物质，吸水能力也会降低。电解质浓度增大，树脂的吸收能力下降。对于二价金属离子形成的盐如，除盐效应外，还可能在树脂的大分子之间羧基上产生交联，阻碍树脂凝胶的溶胀作用，从而影响吸水能力，因而二价金属离子对树脂吸水性的降低将更为显著。三、实验试剂和仪器：试剂 规格 厂家丙烯酸 分析纯 天津市大茂化学试剂厂氢氧化钠 分析纯 天津市大茂化学试剂厂过硫酸铵N,N二甲基双丙烯酰胺司班60环己烷 分析纯 天津市大茂化学试剂厂工业酒精 去离子水 自制仪器：DKB501A型超级恒温水槽（上海精宏实验设备有限公司）、SXJQ1型数显电动搅拌器（郑州长城科工贸有限公司）、SHZD（）型循环水式真空泵（巩义市予华仪器有限责任公司）、ZD267型永磁直流电动机（北京京伟欣业电器有限公司）、FA2004型电子天平（上海天平仪器厂）、抽滤瓶、四口圆底烧瓶、冷凝管、搅拌桨、烧杯、分液漏斗、培养皿。四、实验装置图五、实验内容：1、搭搅拌装置按实验装置图从下到上的顺序将水浴装置、三口烧瓶、搅拌桨、温度计、冷凝管、电动搅拌器依次装好，应确保从正面和侧面看都呈一条直线。（注：应保证搅拌棒底部与三口烧瓶底部接触和搅拌翅子打开；应保证搅拌棒与瓶口密封，防止溶剂挥发）2、氢氧化钠溶液的配制用电子天平称取9.55g氢氧化钠（分析纯），放入烧杯中，用去离子水30mL溶解，摇匀，即可得到氢氧化钠溶液。3、待聚合液的调制在250mL烧杯中加入单体丙烯酸20g，在冰水冷却下，滴加氢氧化钠溶液，得到部分中和的丙烯酸钠水溶液，冷却至常温；用电子天平称量，先后加入引发剂过硫酸铵溶液、交联剂溶液，搅拌、溶解，调节成一定浓度的待聚合液。4、聚合反应A）往装有搅拌机、温度计、回流冷凝管的四口圆底烧瓶中加入环己烷100mL、表面活性剂司班0.500g，400转/分下充分搅拌、溶解分散，加热至60；B）控制在30min 以内用滴液漏斗滴加完待聚合液（浅灰白色）；升温至反应温度75，视情况补加悬浮介质环己烷，维持悬浮液面液位稳定；C)反应1.5小时后，得到较浓的聚合物浆液（亮灰白色）。D)维持搅拌和冷凝、停止水浴加热，冷却至常温后取下四口烧瓶，快速倒出固液混合物并沉降。5、洗涤、干燥、粉碎(1)洗涤 倒出聚合物浆料，先以剩余环己烷反复冲出剩余树脂颗粒，再用洗涤液工业酒精浸泡聚合物，以除去残存的引发剂、分散介质、表面活性剂等。(2)干燥、粉碎 聚合物洗净后，撕碎成0.5厘米见方的碎块，在4050下干燥5小时；用粉碎机粉碎得粉末产品。六、注意事项：1、逆向悬浮聚合的分散稳定性往往不够好，因此，聚合过程中，搅拌要平稳，千万不要中途停下。2、高吸水性树脂送入烘箱烘干前应尽可能抽干，否则，乙醇含量太高，在烘箱中烘烤易发生危险。3、高吸水性树脂制备过程中避免与水接触。七、实验数据记录名称用量用途简介丙烯酸（acrylic acid, AA）20.2266g（溶于8ml水）单体氢氧化钠（Sodium Hydrate）9.5243g（溶于30g去离子水）中和试剂过硫酸铵（ammonium persulfate）0.0190g（溶于5g去离子水）引发剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺（N,N-Methylenebisacrylamide）0.0209g（溶于5g去离子水）交联剂环己烷（Cyclohexane）100ml分散介质司班60：span-60,（山梨糖醇酐单硬脂酸酯）0.500g分散剂工业酒精若干沉淀剂去离子水共约50g溶剂八、实验结果与讨论：1、 吸水率测试称取0.5564g干燥的树脂放入烧杯中，加入200 mL蒸馏水，在室温下静置吸水，达饱和后用真空泵抽滤滤除多余的蒸馏水，并称其质量，按下式计算吸水率：吸水率Q(g/g)=(吸水后树脂的质量-干树脂的质量)/干树脂的质量实验测得吸水后的树脂的质量为91.5899g吸水率Q(g/g)=91.5899/0.5564=164.6从实验结果可以看出吸水树脂的吸水率是很大的，有更加显著的吸水效果。但不能无限吸水主要是因为高吸水树脂的吸水性受多种因素制约，归纳起来主要有结构因素、形态因素和外界因素三个方面。结构因素包括亲水基的性质、数量、交联剂种类和交联密度，树脂分子主链的性质等，树脂的结构与生产原料、制备方法有关。吸水能力特强，保水能力特高，通过丙烯酸聚合得到的高分子量聚合物高保水量，高负荷下吸收量的平衡，所吸水分不能被简单的物理方法挤出，并且可反复释水、吸水。应用于农林业方面，可在植物根部形成“微型水库”。高吸水性树脂除了吸水，还能吸收肥料、农药，并缓慢的释放出来以增加肥效和药效。高吸水性树脂以其优越的性能，广泛用于农林业生产、城市园林绿化、抗旱保水、防沙治沙，并发挥巨大的作用。此外，