低分子量聚丙烯酸钠的研制

山 东 轻 工 业 学 院 学 报

JOURNALOFSHANDONGINSTITUTEOFLIGHTINDUSTRYVol.13No.1Mar.1999

低分子量聚丙烯酸钠的研制

刘 伟 于耀芹 李 鹏 刘丹凤(山东轻工业学院化学工程系 济南 250100)

摘要

以丙烯酸为原料合成了低分子量聚丙烯酸钠,探讨了链转移剂用量、引发剂用量、加料方式等因

素对聚丙烯酸钠分子量的影响。

关键词

聚丙烯酸钠,分散剂,分子量

TQ20313

中图法分类号

聚丙烯酸钠(PAANa)用途广泛112,但它的用途与其分子量大小有很大关系122,其中分子

量在500~5000的低分子量PAANa主要起分散剂作用132,特别是分子量在2000~3000的PAANa,在造纸工业能降低高浓涂料的粘度,使之具有良好的流变性,也用于抄造工艺,使浆流均匀,成纸均匀度好142。因此应用于造纸工业能提高颜料的细度和分散体系的稳定性,能提高纸张的柔软性、强度、光泽、白度和保水性等,是造纸工业很有发展前途的一种分散剂,可单独或与磷酸盐复配使用,对高岭土、碳酸钙、硫酸钡及其混合体系均有良好的分散作用。

1 实验部分

111 仪器与药品

仪器:四口烧瓶;滴液漏斗;烘箱;乌氏粘度计(016~018mm);恒温水浴;酸度计

药品:丙烯酸(CP);过硫酸钾(AR);氢氧化钠(CP);链转移剂(CP);去离子水112 实验原理

本实验采用溶液聚合方式,以去离子水为溶剂,在一定温度下由引发剂引发而发生聚合反应,然后进行中和,即得所需产品。

反应式:

nCH2

CHCOOH

引发剂

aCH2

CHeCOOH

NaOH

aCH2

CHeCOONa

113 实验方法

在装有搅拌器、回流冷凝管、温度计、滴液漏斗的250ml四口烧瓶内,加入一定量的去离子水和链转移剂,在不断搅拌下加热至一定温度,开始滴加丙烯酸单体和引发剂水溶液,并在2~3h内将丙烯酸和引发剂水溶液滴加完毕。之后保温反应一定时间。反就完毕,改成蒸馏装置,加热蒸出链转移剂以回收利用。当反应物冷却至40~50e时,逐渐滴加30%的氢氧化钠溶液中和至pH=7~8,得到淡黄色透明粘稠的PAANa溶液。

收稿日期:1998-06-15

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114 分析测试

山 东 轻 工 业 学 院 学 报 第13卷

11411 分子量测试

用端基法先测定聚丙烯酸的分子量,然后再换算成聚丙烯酸钠的分子量。具体方法为:在聚合反应结束而未进行中和前取样,称取012g(精确到010001g)样品,放入100ml三角瓶内,加入50ml1N的NaCl溶液,用012N的NaOH标准溶液滴定,边滴定测定其pH值,用消耗的NaOH标准溶液毫升数对pH值作图,曲线的拐点即为滴定的终点,找出终点所消耗的碱量,接下式计算聚丙烯酸的分子量:

2 M=

1V#N-72W@1000

式中:M为聚丙烯酸的分子量;

V为滴定终点消耗的NaOH标准溶液体积(ml);N为NaOH标准溶液的当量浓度;W为试样克数;

2为聚丙烯酸1个分子链的两端各有一个内酯;1为1g样品中所含有的羧基克当量的理论值。72

11412 固含量测试

称取一定量产品,置于120e烘箱内,待称量恒重后,记录其重量,并按下式计算固含量:

加热后重

固含量=@100%

取样重

152

2 结果与讨论

影响聚合物分子量的因素很多,温度、时间、单体浓度是影响分子量的重要因素,这些影响因素已由另文讨论。本实验主要讨论链转移剂、引发剂、加料方式等因素对PAANa分子量的影响。

211 链转移剂对聚合物分子量的影响

链转移剂也叫分子量调节剂,在自由基聚合反应中加入少量容易发生链转移的低分子物(如硫醇),就能方便有效地控制聚合物的分子量。在溶液聚合中,溶剂往往又是链转移剂,溶剂的链转移常数Cs为1左右的链转移剂用于

162

调节聚合物分子量较为合适。本实验我们选用某链转移剂,考察其用量对分子量的影响,实验结果如附图所示。

由附图可看出:链转移剂用量越大,聚合物分子量越低,因此可用链转移剂来有效控制PAANa的分子量。若要控制PAANa的分子量在2000~3000之间,链转移剂用量应控制在200%以内。附图 链转移剂用量对PAANa分子量的影响

第1期刘 伟等: 低分子量聚丙烯酸钠的研制

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212 引发剂对分子量的影响

该聚合反应属于在引发剂引发下的自由基

聚合反应,引发剂种类和用量对聚合物分子量也有较大影响。一般来说,引发剂用量越多,反应速度越快,聚合物分子量越低。随着温度的升高,引发剂分解会加快,引发效率提高,聚合总速率增加,分子量同样趋于降低。本实验的聚合反应属水溶液聚合,聚合温度在30~100e之间,根据引发剂选择原则162,我们选用过硫酸钾作为引发剂。实验结果表明,过硫酸钾用量在410%~616%(占单体量)时,制得的PAANa分子量在500~5000之间。213 加料方式对聚合物分子量的影响

21311 原料滴加速度和方式与分子量分布

丙烯酸单体滴加过快,易引起聚合物分子量偏大;滴加过慢,则聚合物特性粘度偏低,分子量偏小;滴加速度不均匀,则分子量分布不规则,产品质量不稳定。单体和引发剂可预先混合后再滴加,也可分别滴加,不论以何种方式滴加,滴加时间一般控制在2h左右,且二者滴加完的时间差以不超过15min为宜。

21312 氢氧化钠滴加速度对产品质量的影响

在中和阶段,氢氧化钠溶液加入速度不宜过快,否则引起体系急剧升温,导致分子量分布范围变宽,分布不均匀。

3 结论

低分子量PAANa是造纸及涂料工业具有良好分散性能的有机分散剂,PAANa本身无毒,无腐蚀,水溶性好,且其生产简便易行,生产过程无三废。若控制链转移剂用量在200%以内,引发剂过硫酸钾用量在410%~616%,并适当控制加料方式,便能合成出可用作造纸及涂料工业分散剂的低分子量PSSNa。

参 考 文 献

1 万福忠等1常温合成高分子量聚丙烯酸钠及其分子量的测定,湖北化工,1994,(3):28~30

2 戚银城,刘宝龙.高分子量聚丙烯酸钠的合成及应用研究.北京化工学院学报(自然科学版),1990,17(1):19~243 路建美,朱秀林1低分子量聚丙烯酸钠的研制及应用1化学世界,1994,(9):471~474

4 中国大百科全书出版社编辑部编1中国大百料全书(轻工)1北京:中国大百科全书出版社,19915 复旦大学化学系高分子教研组编1高分子实验技术1上海:复旦大学出版社,19846 王善琦1高分子化学原理1北京:北京航空航天大学出版社,1993

PreparationofLowMolecularWeightPolyacryicAcidSodium

LiuWei YuYaoqin LiPeng LiuDanfeng

(Dept.ofChemicalEngineering,ShandongInstituteofLightIndustry,Jinan,250100)Abstract Inthispaper,thesynthesisoflowmolecularweightpolyacrylicacidsodium(PAANa)isreportedwithacrylicacidasrawmaterials.Theinfluencesoftheamountofchaintransferagent,theamountofinitiatorandthewayoffeedingetc.onthemolecularweightofPAANaarestudied.

KeyWords polyacrylicacidsodium,dispersingagent,molecularweight