实验10 丙烯腈—丙烯酸甲酯—甲基丙烯磺酸钠的无规共聚合

一、实验目的

（1）加深对自由基共聚合原理的理解。

（2）掌握通过自由基溶液共聚合制备丙烯腈三元共聚物的实验技术。

（3）熟悉及聚合转化率的测定方法。

二、实验原理

合成纤维中的主要大品种腈纶，是以丙烯腈（AN）（含量35%～85%）的共聚物纺制的纤维。第二单体通常为带有酯基（—COOR）的乙烯基化合物，第三单体通常为带有在水中可离子化的乙烯基化合物或有较大侧链的乙烯基化合物。为聚合反应产物组分稳定，序列相近，所选共聚单体与丙烯腈的竞聚率应相近。常用第二单体有丙烯酸甲酯（MA）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）、醋酸乙烯酯（VAC）、氯乙烯（VCL）、偏二氯乙烯（VDC）等；第三单体有衣康酸（ITA）、丙烯磺酸钠（AS）、甲基丙烯磺酸钠（MAS）、苯乙烯磺酸钠（SSS）、2-甲基-5-乙烯吡啶（MVP）、乙烯基吡咯烷酮（PVP）、α-甲基苯乙烯（α-MS）等。

本实验是以丙烯腈（M₁）、丙烯酸甲酯（M₂）和甲基丙烯磺酸钠（M₃）为单体，偶氮二异丁腈（AIBM）为引发剂（In），异丙醇（IPA）为链转移剂，51%NaSCN水溶液为溶剂进行溶液聚合，反应式如下：

单体转化率可由下式求得：

式中：M₀为体系中总单体的初始质量百分浓度；M为聚合结束时体系中总单体的残余质量百分浓度。

三、实验材料和仪器

1.主要实验材料

丙烯腈（AN）、丙烯酸甲酯（MA）、异丙醇（IPA）、甲基丙烯磺酸钠（MAS，CP）、偶氮二异丁腈（AIBN，CP）、铁矾指示剂（CP，配成1%的水溶液）、NaSCN水溶液（51%）。

2.主要实验仪器

三口烧瓶、球形冷凝管、温度计、水浴锅、碘量瓶、方玻璃、培养皿、量筒、烧杯、高型称量瓶、扁型称量瓶、尖玻璃棒、搅拌器。

四、实验步骤

1.丙烯腈三元共聚物的制备

（1）将清洁干燥的仪器按图10-1进行安装。

（2）将各种反应物和占计算量2/3的NaSCN溶液加入碘量瓶，盖上瓶塞，轻轻摇动，直至固体物料完全溶解。随后，小心地倒入三口烧瓶中，用剩余的NaSCN溶液洗涤碘量瓶后，也加入三口烧瓶中，并将装置复原。

（3）开启搅拌器并升温聚合。当反应物温度达75℃时，使温度缓慢上升，在78～80℃下反应1h，反应物即成淡黄色的黏稠浆液。

（4）反应结束后，拆去搅拌器和冷凝管，迅速倒出聚合液5～10g于高型称量瓶中，留作测定转化率用。以后将三口烧瓶接通真空泵以脱去残余单体。

图10-1 丙烯腈三元共聚装置示图

1—三口烧瓶 2—冷凝管 3—搅拌器 4—温度计 5—水浴锅

2.聚合转化率的测定

（1）称取聚合液0.8～1g（精确至0.1mg）置于方玻璃的光面上，再盖上一块玻璃，用力压成很薄的一层。然后，将两块玻璃移开并浸在培养皿的蒸馏水中，使其凝固、析出。

（2）用尖玻璃棒将凝固的薄膜谨慎地揭下来（防止薄膜破损），放在100mL烧杯中，用蒸馏水洗涤，直至洗液用铁矾指示剂检验，不显现红色为止。

（3）将洗净的薄膜挤干、拉松后放在扁形称量瓶中，于105℃的烘箱中烘至恒重。

（4）将薄膜称重（精确到0.1mg），求其转化率。同时做一平行试验。

使两次测定的数值之差不大于2s，并取其平均值。

注意事项：丙烯腈剧毒，应该在通风橱内加入。

五、实验结果分析与讨论

（1）按表10-1记录共聚物合成体系中的各种试剂加入量，并写出其作用。

表10-1 实验记录（一）

（2）完成表10-2，并计算转化率。

表10-2 实验记录（二）

（3）写出反应混合液的各物料的配比与计算式。

（4）在反应过程中，对温度的控制有何体会？

（沈新元 武秀阁）