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聚丙烯酰胺的合成与水解

发布时间 2020-10-12 00:56

  聚丙烯酰胺的合成与水解_工学_高等教育_教育专区。化学原理2 实验报告 适用于石油大学 石油工程学院

  大学 化学原理 实验报告 实验日期: 班级: 同组者: 学号: 姓名: 成绩: 教师: 一. 实验目的 1.熟悉由丙烯酰胺合成聚丙烯酰胺的加聚反应。 2.熟悉聚丙烯酰胺在碱溶液中的水解反应。 二. 实验原理 聚丙烯酰胺可在过硫酸铵的引发下由丙烯酰胺合成: 由于反应过程中无新的低分子物质产生, 所以高分子的化学组成与起始单体 相同,因此这一合成反应属于加聚反应。 随着加聚反应的进行,分链增长。当分子量增长到一定程度时,即可通过分 子间的相互纠缠形成网络结构,使溶液的粘度明显增加。 聚丙烯酰胺可以在碱溶液中水解,生成部分水解聚丙烯酰胺: 随着水解反应的进行, 有氨放出并产生带负电的链节。由于带负电的链节相 互排斥,使部分水解聚丙烯酰胺有较伸直的构象,因而对水的稠化能力增加。 聚丙烯酰胺在钻井和采油中有许多用途。 三. 仪器与药品 1.仪器 恒温水浴,沸水浴,烧杯,量筒,搅拌棒,台秤。 2.药品 丙烯酰胺(化学纯)过硫酸铵(分析纯),氢氧化钠(分析纯)。 四. 实验步骤 1.丙烯酰胺的加聚反应 (1)用台秤称取烧杯和搅拌棒的质量(后面计算用到这一质量)。然后在 烧杯中加 入 2g 丙烯酰胺和 18mL 水,配成 10%的丙烯酰胺溶液。 (2)在恒温水浴中,将 10%丙烯酰胺加热到 60℃,然后加入 15 滴 10% 过硫酸铵溶 液,引发丙烯酰胺加聚。 (3)在加聚过程中,慢慢搅拌,注意观察溶液粘度的变化。 (4)半小时后,停止加热,产物为聚丙烯酰胺。 2. 聚丙烯酰胺的的水解 (1)称量制得的聚丙烯酰胺,计算要补充加多少水,可配成 5%聚丙烯酰 胺的溶液。 (2)在聚丙烯酰胺中加入所需补加的水,用搅拌棒搅拌,观察高分子的溶 解情况。 (3)称取 20g 5%聚丙烯酰胺溶液(剩下的留作比较用)加入 2mL 10%氢 氧化钠, 放入沸水浴中,升温至 90℃以上进行水解。 (4)在水解过程中,慢慢搅拌,观擦粘度变化,并检查氨气的放出(用湿 的广泛 pH 试纸)。 (5)半小时后,将烧杯从沸水浴中取出,产物为部分水解聚丙烯酰胺。 (6)称取产物质量,补加蒸发损失的水量,制得 5%的部分水解聚丙烯酰 胺。比较 水解前后 5%溶液的粘度。 (7)将制得的聚丙烯酰胺倒入回收瓶中。 五. 数据处理 解释实验中观察到的各种现象。 表 1 原始数据记录表 烧杯+棒重(g) 药物重(g) 合成加水 50.65 54.23 2.00 m 聚丙烯酰胺=75.92-50.65=25.27g m/(m+m 水)=5%, m 水=38g m 加水=38-(25.27-2)=15.73g m 部分水解聚丙烯酰胺=61.09-54.23=6.86g m 水=20.04-6.86=13.18g (1)丙烯酰胺的加聚反应 搅拌过程中,液体不断变粘,最后变成胶状液体。 (2)聚丙烯酰胺溶解,粘度变小,但仍为胶状液体。 (3)水解 水解过程中,放出的气体使湿润的 pH 试纸变蓝, pH=9;溶液变粘。 结果:5%部分水解聚丙烯酰胺的粘度大于 5%聚丙烯酰胺的粘度。 水解后加水 实验现象 现象解释:加热时,小分子的丙烯酰胺逐渐聚合成高分子聚丙烯酰胺,因此 溶液就由低分子溶液变成高分子溶液,随着聚合物分子链的增长,高分子在溶液 中相互纠缠,因此粘度增加;而加热水解时,产生的部分水解聚丙烯酰胺可以解 离出带负电的链节,由于链节间的静电斥力,它们相互排斥,使部分水解聚丙烯 酰胺有伸直的构象, 可使蜷曲的的高分子变得松散起来,因此部分水解聚丙烯酰 胺比聚丙烯酰胺更易溶解并对水的稠化能力增强。 六. 思考题 1.过硫酸铵用量对合成聚丙烯酰胺的分子量有何影响? 答:过硫酸铵用量越大,生成的聚丙烯酰胺分子量越大。 2.为什么聚丙烯酰胺合成时,要将温度升到 60℃? 答:如果水温低于六十摄氏度,即使生成聚丙烯酰胺,也不会溶解。把水温 升到六十摄氏度,可使生成的聚丙烯酰胺溶解,同时可以加快反应速率。 3.试分析影响部分聚丙烯酰胺分子量的因素有哪些? 答:即影响聚丙烯酰胺的水解量因素:NaOH 溶液的体积、反应时的温度、 反应进行的时间等等。

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