冷冻聚合和丙烯酸酰胺单体的纯化

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1、冷冻聚合和丙烯酰胺单体的纯化黄鹏PB10206252中国科学技术大学高分子科学与工程系230026【摘要】用冷冻聚合的方法合成了聚丙烯酰胺。先用过滤及重结晶纯化了用作冷冻聚合的单体丙烯酰胺，然后使用过硫酸铵为引发剂，用水作为反应介质，N2为反应气氛，并加入四甲基乙二胺作为中和由过硫酸铵生成的硫酸氢铵等酸性物质。通过两组加入不同引发剂量的实验组得到引发剂浓度对丙烯酰胺冷冻聚合的影响，从而得到关于冷冻聚合的进一步认识。【关键词】冷冻聚合丙烯酰胺单体纯化【前言】冷冻聚合（cryopolymerization）是在聚合体

2、系冰点以下温度进行的聚合反应。冷冻聚合制备出的具有大孔隙的材料在蛋白质的纯化、生物反应器、组织工程、酶的固定和水的纯化等方面的用途日益重要。通过冷冻聚合，单体在低温凝固的溶剂作为致孔剂的情况下形成具有多孔性的高分子结构。当含有单体、水和引发剂的混合物在低温下凝固后，溶质分子（引发剂和单体）从结冰的水中排出，在冰之间没有结冰的一些小区域富集。聚合在冰之间的一些没有结冰的区域进行，因此，当冰融化之后就可以得到具有大孔隙的材料。在略低于聚合体系冰点温度进行的轻度冷冻聚合，以水作为反应介质，为自由基参与的聚合反应，如水溶

3、性的烯类单体的自由基聚合和苯胺的氧化偶联聚合。综合分析现有的轻度冷冻聚合的结果，它的优越性在于低的聚合温度。首先，聚合物的分子量一般随聚合温度的降低而升高，因此冷冻聚合可以获得高分子量的聚合物，例如采用冷冻聚合可以获得分子量高达13MDa的聚丙烯酰胺，而采用反相微乳液聚合得到的聚丙烯酰胺的分子量小于10MDa。而且反相微乳液聚合对物料的纯度要求极高，后处理繁琐。其次，低温使聚合体系宏观上为固体，即使微观局部的液体也具有相当高的粘度，高分子链的链段运动被冻结，使得高分子链难以发生双分子终止，增长链自由基的寿命可以大

4、大延长，由此为制备特殊构造的聚合物材料提供了可能。例如，采用界面引发微乳液聚合和冷冻聚合相结合的方法，通过一步聚合制备出温敏性双亲性嵌段共聚物。冷冻聚合体系简单，仅由单体、水和引发剂构成，产物无需经特殊的后处理工序，对环境无污染。特别适合用于合成水溶性或亲水性等水性高分子材料。将反应原料经冷冻后置于低温环境即可进行聚合，聚合热量容易散去，聚合过程易于操作。在水性高分子材料合成方面，冷冻聚合除了可用于合成高分子量的聚丙烯酰胺和聚丙烯酸等水溶性高分子以外，还可以用来合成强吸水性树脂等接枝共聚物和水凝胶等交联聚合物。可

5、以想象，由于冷冻聚合低温反应的特点，可以避免高温导致的各种副反应的发生，提高产品的稳定性。研究冷冻聚合的过程中，研究人员已得出一些冷冻聚合基本规律。对温度对聚丙烯酰胺冷冻聚合的研究发现，在-12.5摄氏度聚合，得到的产品分子量最高；进一步降低温度反而导致分子量和收率下降；而单体浓度对丙烯酰胺的影响与常规的自由基聚合相同；引发剂浓度对冷冻聚合的影响基本遵循自由基聚合规律，但是很低引发剂浓度下，会形成不溶性冻胶；混合和冷冻过程对冷冻聚合影响大而复杂。何卫东.《高分子化学实验》.中国科学技术大学.合肥.【实验原理】同实

6、验使用的单体是丙烯酰胺，丙烯酰胺是一种水溶性单体，所以自由基聚合需要使用水溶性的引发剂，其聚合反应的反应方程式为：-15℃使用的引发剂是过硫酸铵，在水溶性溶液中产生自由基引发丙烯酰胺的自由基聚合。【实验】实验部分化学试剂：丙烯酰胺、过硫酸铵、四甲基乙二胺、蒸馏水、氯仿。仪器：5mL聚合管，烧杯，滴管，锥形瓶，氮气钢瓶，滤纸，电吹风，短颈漏斗，100mL容量瓶，玻璃棒，洗瓶，分析天平，三通，水浴加热装置等。仪器的洗涤和干燥：重结晶丙烯酰胺所需要的短颈漏斗和锥形瓶需要先用自来和去污粉冲刷干净，再用蒸馏水洗几遍，然后用

7、丙酮润洗之后，放入烘箱烘干。容量瓶和玻璃棒需要用蒸馏水冲洗干净。配制2.3mg/mL的过硫酸铵溶液：用分析天平称量约0.23g过硫酸铵，在50mL烧杯中用约20mL水溶解，转入100mL容量瓶中。即有三种选择：配方1、3，配方2、4，配方3、5。用以研究引发剂的量对聚合反应的影响。其中配方1,2,3,4,5的具体情况如下：丙烯酰胺（g）蒸馏水（mL）过硫酸铵（mg）四甲基乙二胺（mg）配方10.5351.151.15配方20.5351.551.55配方30.5352.302.30配方40.5353.453.45配

8、方50.5354.604.60按照所选的两种配方加料。加料时，依据所选配方的过硫酸铵和四甲基乙二胺的质量以及所配溶液的浓度计算需要加入两种溶液的量（注意这里只计算不加料）。然后用5mL减去已经随着过硫酸铵和四甲基乙二胺加入体系的水的量得到还需要加入的水的量。用这个计算得到的水量在冰浴下溶解，再用约20mL蒸馏水洗涤烧杯3次，洗涤得到的液体也转入100mL容量瓶中，定容。配