实验12 聚酯的丙烯酸接枝共聚

一、实验目的

（1）加深对接枝共聚原理的理解。

（2）掌握聚酯纤维丙烯酸接枝共聚的实验技术。

二、实验原理

接枝共聚是聚合物化学改性的重要方法之一，广泛地应用于天然高分子和合成高分子的改性方面。本实验就是将亲水性的单体丙烯酸（AA）接枝到疏水性的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）纤维（涤纶）上，以改善涤纶的吸湿性、染色性和抗静电性等。

接枝共聚的关键是在骨架聚合物的大分子链上产生活性中心。只要聚合物链上有了活性中心，单体就可以很快聚合而成为骨架聚合物的支链。对于涤纶的接枝改性，可采用的引发方式主要有光引发、高能辐射引发、等离子体引发和引发剂引发等。其中，引发剂引发使用得最多。接枝单体大多选用亲水性的单体，如丙烯酸、甲基丙烯酸和丙烯酰胺等。

本实验以聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）为骨架聚合物、丙烯酸（AA）为单体、平平加为表面活性剂、过氧化二苯甲酰（BPO）为引发剂，用溶胀活化和接枝共聚分浴的二步法，将丙烯酸接枝到经去离子脱除油剂、间甲酚溶胀活化的PET长丝上。

主要反应式如下：

在该反应体系中，除了未被接枝的PET大分子和接枝共聚物外，还有一部分单体形成了丙烯酸的均聚物可在沸水中溶解去除。接枝率可由下式求得：

式中，W_a为接枝后聚合物的质量（g）；W_b为接枝前聚合物的质量（g）。

三、实验材料和仪器

1.主要实验材料

涤纶长丝[在接枝前用去离子水煮沸2h（约1h换一次水），使其脱除油剂，然后于105℃烘至绝干备用]、丙烯酸（AA，CP，在氮气保护下经减压蒸馏后使用）、过氧化二苯甲酰（BPO，CP）、间甲酚（CP）、平平加、去离子水（电导10^-6S以下）。

2.主要实验仪器

恒温水浴装置、三角烧瓶、碘量瓶、扁型称量瓶、烧杯、量筒、机械搅拌装置。

四、实验步骤

（1）纤维的溶胀预处理：将0.5g精确称量的脱油绝干纤维放入三角烧瓶，加入间甲酚（浴比1：10），轻轻摇动。使纤维全部被浸没后，再轻轻地盖上瓶塞，将其置于85℃的恒温水浴中，溶胀30min，每隔5min左右摇动一次。然后倾出间甲酚并用40℃去离子水彻底清洗，烘干后供接枝共聚用。

（2）接枝聚合反应：将AA、BPO、平平加用去离子水配成为反应液，反应液浓度：平平加1%（质量分数）、BPO0.005mol/L、AA4mol/L。将0.5g经溶胀预处理的纤维和50g反应液一起放入100mL碘量瓶中，摇动，在1.01×10⁵Pa（760mmHg）真空度下处理0.5h，再充氮气1min，轻轻盖上磨口瓶塞，置于85℃的恒温浴中，聚合1h。

（3）均聚物的洗涤：将接枝后的纤维放在烧杯中，用去离子水反复煮沸2～4h，换水10次，直到洗液十分清澈，且纤维不相互黏结为止。在煮洗纤维的过程中，为防止沸水冲出，可加入少许玻璃毛细管或沸石。

（4）将洗去均聚物的接枝纤维挤干后放在扁型称量瓶里，于105℃烘至恒重，求其接枝率。

五、实验结果分析与讨论

（1）将实验所得数据与计算结果填入表12-1。

表12-1 实验记录

（2）在溶胀活化液中，各种试剂的作用是什么？

（3）试比较均相接枝和非均相接枝的特点及应用场合。

（沈新元）