聚丙烯酸鈉的合成研究

2004年12月廣西師范學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)Dec.2004第21卷第4期Journal of Guang Teachers Education University( Natural Science Edition)Vol 21 No 4文章編號:1002-8743(2004)4-0004-03聚丙烯酸鈉的合成研究許東穎,胡愛(ài)珍,陳甲華,廖正福(廣西師范學(xué)院化學(xué)系,廣西南寧530001)摘要:以水為溶劑,過(guò)硫酸銨-亞硫酸鈉(APS-SHS)為引發(fā)體系合成了系列聚丙烯酸鈉( PAANa),探討了聚丙烯酸鈉分子量的影響因素結果表明:通過(guò)控制單體濃度反應溫度、反應時(shí)間等因素,可以得到相對低分子量的聚丙烯酸鈉關(guān)鍵詞:聚丙烯酸鈉;合成;分子量中圖分類(lèi)號:063文獻標識碼:A聚丙烯酸鈉( PAANa)是一種新型功能高分子材料,是近年來(lái)國內外開(kāi)發(fā)的丙烯酸類(lèi)精細化工重要產(chǎn)品之一,其應用領(lǐng)域覆蓋日用化學(xué)工業(yè)農業(yè)、石油工業(yè)、工業(yè)循環(huán)水系統、礦業(yè)、涂料、造紙、紡織、建筑和醫藥衛生等行業(yè)低分子量 PAANa作為造紙工業(yè)的有機分散劑,能提高顏料的細度、增強分散體系的穩定性還能提高涂布紙的柔軟性強度、表面光澤、白度保水性等,且具有可溶于水、不易水解、不易燃、無(wú)毒、無(wú)腐蝕性特點(diǎn)近年來(lái)國內學(xué)者已發(fā)表了不少有關(guān)低分子量聚丙烯酸鈉合成的文章4,但大多是在比較高的溫度下進(jìn)行合成并且要蒸餾回收大量鏈轉移劑操作費時(shí)能耗大本文研究溶液法合成聚丙烯酸鈉,旨在為制備低分子量聚丙烯酸鈉提供參考方法和依據1實(shí)驗部分1.1合成方法在三口燒瓶中加入定量的蒸餾水,開(kāi)動(dòng)攪拌,于一定溫度下,滴加適量的丙烯酸及引發(fā)劑水溶液保溫反應至一定時(shí)間,用一定濃度的氫氧化鈉水溶液中和至中性,停止反應,產(chǎn)物為淺黃色透明粘稠液1.2分子量的測定按參考文獻[5]進(jìn)行聚丙烯酸鈉分子量的測定計算公式如下式中[n]為特性粘數,[m]為比濃粘度,n為相對粘度,C為溶液濃度gmL,M為聚丙烯酸鈉的分子量,對于本試驗所采用的溫度-溶劑體系,K,a分別為0.176mL/g、0.62結果與討論2.1引發(fā)劑種類(lèi)的選擇在丙烯酸鈉的聚合過(guò)程中添加異丙醇、十二烷基硫醇等鏈轉移劑,可使生成的聚合物分子量降低但反應溫度較高,且要蒸餾回收鏈轉移劑本文在溫度較低的反應條件下,考察了常見(jiàn)幾種不同引發(fā)劑對聚丙烯酸鈉分子量的影響,實(shí)驗結果見(jiàn)表1中國煤化工CNMHG收稿日期:2004-09作者簡(jiǎn)介:許東穎(1972-),女,海南省人,講師,主要從事分離工程及相關(guān)學(xué)科的研究和教學(xué)工作第4期許東穎,胡愛(ài)珍陳甲華,等:聚丙烯酸鈉的合成研究表1引發(fā)劑對聚丙烯酸鈉分子量的影響引發(fā)劑添加量w%分子量備注過(guò)硫酸鉀0.01淺黃色粘稠液亞硫酸鈉-過(guò)硫酸銨0.03-0.0011614淺黃色粘稠液過(guò)氧化氫一硫酸亞鐵3~0.11342棕黃色粘稠液注反應條件:反應溫度為70℃丙烯酸單體濃度為30%,反應時(shí)間3h實(shí)驗結果表明,以過(guò)硫酸銨-亞硫酸鈉作為引發(fā)體系效果最佳,所得聚丙烯酸鈉分子量較低以過(guò)氧化氫-硫酸亞鐵作引發(fā)劑,反應體系變棕黃色;以過(guò)硫酸鉀作為引發(fā)劑,得到聚丙烯酸鈉的分子量較大故選擇過(guò)硫酸銨-亞硫酸鈉作為合成聚丙烯酸鈉的引發(fā)劑2.2亞硫酸鈉濃度的影響將不同濃度的亞硫酸鈉溶液滴加到質(zhì)量濃度為30%的丙烯酸溶液中(NH4)2S2O2濃度為01%),于70℃下反應時(shí)間3h.實(shí)驗結果表明,隨著(zhù)亞硫酸鈉濃度的增加,聚丙烯酸鈉分子量增大.亞硫酸鈉濃度為0.7%時(shí),其分子量最低表2亞硫酸鈉用量對聚丙烯酸鈉分子量的影響亞硫酸鈉(%)分子量1782624312.3過(guò)硫酸銨濃度的影響在亞硫酸鈉濃度為07%的反應體系中,改變過(guò)硫酸銨的濃度,結果表明,隨著(zhù)過(guò)硫酸銨濃度的增加,所得聚丙烯酸的分子量增大但過(guò)硫酸銨的濃度為0.02%時(shí),聚丙烯酸的分子量比較高在本實(shí)驗條件中,過(guò)硫酸銨的濃度控制在01%左右,可合成較低分子量聚丙烯酸表3過(guò)硫酸的濃度對聚丙烯酸鈉分子量的影響過(guò)硫酸銨(%)0.020.1分子量1513195529802.4丙烯酸濃度的影響以不同丙烯酸的濃度進(jìn)行了實(shí)驗對比,結果發(fā)現隨著(zhù)單體丙烯酸濃度的減少聚丙烯酸分子量明顯減小,丙烯酸濃度低于25%時(shí),聚合速度慢,反應不完全,殘留丙烯酸溶液較多,難以除掉,因此,將丙烯酸濃度控制在25%~30%之間比較合適表4丙烯酸濃度對聚丙烯酸鈉分子量的影響丙烯酸(%)分子量288119552.5反應溫度的影響分別在80℃、75℃、70℃和65℃下進(jìn)行丙烯酸聚合反應,實(shí)驗發(fā)現隨著(zhù)反應溫度的升高,所得聚丙烯酸分子量降低當反應溫度大于75℃時(shí),由于丙烯酸在反應過(guò)程中回流過(guò)快,致使其損耗較多,故反應溫度控制在70~75℃左右較為適宜2.6反應時(shí)間的影響M凵中國煤化工反應時(shí)間對聚丙烯酸分子量的影響見(jiàn)圖1實(shí)驗結果表明CNMHG間增加而增大在反應初期丙烯酸濃度高反應速度快聚丙烯酸分子量增天的趨勢較大反應時(shí)間增至2-25h時(shí),聚丙烯酸分子量變化不大再繼續增加反應時(shí)間,聚丙烯酸分子量迅速增加,故反應時(shí)間應控制在2-25h廣西師范學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)第21卷3結論采用溶液聚合法制備了低分子量聚丙烯酸鈉以過(guò)硫酸銨-亞硫酸鈉為引發(fā)劑,丙烯酸濃度為30%,在70℃回流2h比較理想所得聚丙烯酸分子量為1076低分子量聚丙烯酸鈉水溶性好,無(wú)毒、無(wú)腐蝕,其實(shí)驗操作簡(jiǎn)單,合成過(guò)程無(wú)污染,在造紙及涂料工業(yè)方面作為分散劑,具有良好的分散效果,是一種具有廣闊發(fā)展前景的產(chǎn)品圖1反應時(shí)間對聚丙烯酸鈉分子量的影響參考文獻:[1]周斌低分子質(zhì)量聚丙烯酸鈉合成新工藝[造紙化學(xué)品,200、(1):19-21[2]許觀(guān)潘低分子質(zhì)量聚丙烯酸及其鈉鹽的合成[J].應用化學(xué),199,(5):77-79[3]劉偉低分子質(zhì)量聚丙烯酸鈉的合成研究[門(mén)]精細石油化工,199,(5):43-44[4]路建美,朱秀林低分子質(zhì)量聚丙烯酸鈉的研制及應用[J化學(xué)世界,194,(9):471-474[5]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北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報,2002,24(5-6):216-Study on Preparation of Polyacrylic Acid SodiumXU Dong-ying, HU Ai-zhen CheN Jjia-hua LIAO Zheng-fuChemistry Department, Guangdi Teachers Education University, Nanning 530001, China)Abstract: Polyacrylic acid sodium(PAANa)was prepared by using ammonium persulfate-sodium sulfite(APSSHS)as redox initiator in water. The results shows that the molecular weight of polyacrylic acid sodium is affectedseriously by the monomer concentration, reaction temperature, and reaction time, and polyacrylic acid sodium withrelative low molecular weight can be gained by controlling these reaction conditionsKey words: polyacrylic acid sodium; preparation; molecular weight[責任編輯:黃天放中國煤化工CNMHG