聚N乙烯基己内酰胺合成工艺研究资料
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
A1
B
C
0.875
0.879
0.877
0.896
0.873
0.873
0.004
0.047
A>C>D>B
B2
C2
A1B2C2D2
D 0.869 0.891 0.865 0.026
D2
适宜的合成工艺条件为：单体1.5g时，在68℃的温度下， 溶剂用量7ml，反应时间3h，引发剂用量0.010g。
产品试图
果
1
1
1
1
1
0.8931
2
1
2
2
2
0.9343
3
1
3
3
3
0.8578
4
2
1
2
3
0.9056
5
2
2
3
1
0.8651
6
2
3
1
2
0.9121
7
3
1
3
2
0.8252
8
3
2
1
3
0.8307
9
3
3
2
1
0.8493
K1 K2 K3 极差 主次顺序 优水平 优组合
实验正交结果表
A 0.895 0.894 0.835 0.060
2.溶剂选用正己烷时，反应温度在68℃左右，反应
时间为3h左右，可直接得到白色固体，产率非常高。
正己烷的优势：反应温度低、时间短、 可直接得到产品、产率高。
探索改变不同反应因素对产率的影响
产率/% 产率/%
94
92
90
88
86
84
82
80
78 0.006
0.008
0.010
0.012
引发剂用量/g
透光率/%
100
80
60
40
B
20
B 0.008g C 0.01g D 0.012g C
D
0
28
30
32
34
36
38
T/℃
图2 引发剂的用量对透光率的影响
当改变引发剂用量时，其 每组的低临界溶解温度均 在31℃左右，说明引发剂 的量的改变对温敏性结果 影响不大。
透光率/%
B浓度2mol/L
C浓度1mol/L
透光率/%
温敏性测试
100
80
60
40
20
T=66℃
T=68℃
T=66℃ T=68℃ T=70℃
T=70℃
0
26
28
30
32
34
36
38
T/℃
图1 不同反应温度下透光率的变化
从图中可以看出，反应温度从 66℃-70℃升高时，生成的均聚物 的最低临界溶解温度LCST依次升 高，且均在29℃-32℃之间。
聚N-乙烯基己内酰胺 合成工艺研究
目录
1 研究背景 2 实验部分 3 实验结果与讨论 4 实验结论
1.研究背景
温
特性
敏
性
聚
合
物
LCST
应用
医学 生物学
日用化学品
具有低临界溶解温度[ LCST]的温度敏感性高聚物的研究成了热点。 其 中研究较多也最具代表性的是聚异丙基丙烯酰胺，当环境温度低于LCST 时，其在溶液中的溶解性会随温度升高缓慢降低，但一旦温度升高到LCST 附近很小的范围内，其溶解性会突然降低，出现热沉降，且这种变化是可 逆的。
产品
溶剂 磁子
温敏性的测定
将产品放入加有蒸馏水的试管中，待产品溶解后放入 温水中，观察溶液的变化。
常温
加热后
聚N-乙烯基己内酰胺的红外光谱图
在PNVCL的红外谱图中，—C═C—在 1626.17cm- 1处由于伸缩振动跃迁产生的谱带消 失，但仍保留—C═O 的吸收峰，这一谱带会因其聚合度大小、分子内阻等因素略有偏移；在 1481.9 cm- 1处是—C—N—键伸缩振动吸收峰;而在3 000~ 3500 cm- 1之间产生的宽峰一般 为聚合物中—N—H。通过与VCL 以及PNVCL 的标准红外谱图对比，确定合成了目的产物 PNVCL。
0.014
图1 引发剂用量的影响
95
90
85
80
75
70
2
3
4
5
6
时间/h
图2 反应时间的影响
图1 随着引发剂用量的增大，产品的产率增加，当引发剂用量超过 0.010g时，产率会降低。 图2 可知反应时间对产率的影响不大，当反应时间超过3h后产率增 加幅度不大。
产率/% 产率/%
95
90
85
80
75
70
4
5
6
7
8
9
溶剂/ml
图3溶剂用量的影响
100
90
80
70
60
50
40
60
62
64
66
68
70
72
温度/℃
图4反应温度的影响
图3 随着溶剂量增大，产率升高。由于溶剂量较少时，单体与引 发剂不能均匀溶解分散在溶剂中，导致产率较低。 图4 反应温度低时反应速度慢需要长时间反应,当温度超过68℃ 时,产率反而下降。
本实验采用化学方法。
2、实验
药品：N-乙烯基己内酰胺 、偶氮二 异丁腈 、正己烷、异丙醇 、 甲苯。
仪器：集热式磁力加热搅拌器
实验操作流程图：
溶剂 单体 引发剂
聚合
单体回收 分离 溶剂回收
固体聚合物
聚合反应的方程式为：
偶氮二异丁腈
n NO
H H2 CC
n O
N来自百度文库
自由基聚合机理
NR
NR
链引发
R+
加热
HC
CH2
O
N
2R +
N2
HC
CH2R
O
N
链增长
H2C CH2R
N
O
+n
HC CH2
N
O
HC
CH2
N
O
CH
CH2
R
n
N
O
链终止
2
HC CH2
N
O
R
CH
CH2 n R
CH
N
O
N
CH2
CH
CH2 2n H2C CH2R
O
N
ON
O
溶剂：异丙醇
正己烷
1.溶剂选用异丙醇时，反应温度在80℃左右，反应
时间在4-6h，所得溶液需用乙醚萃取，且产率低。
100
D浓度0.5mol/L
80
C
60
B
D
40
20
0
22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42
T/℃
图3 溶液浓度对透光率的影响
浓度从大到小，曲线右移，也 就是，在一定的浓度范围内，浓度 越小，其LCST值越大。浓度为 2mol/L时，其LCST为30℃，浓度为 1mol/L和0.5mol/L时，LCST分别为 33℃和34℃。分析原因是，产物浓 度越大，加热越浑浊，透光率越小， 即同样的温度下，浓度越大，透光 率越小。
PNVCL的合成方法主要有化学法和辐射法两种方法。
辐射法用容量瓶配制一定比例的NVCL水溶液，充分振荡溶解， 定容。用移液管移取10 ml至20 ml的具塞试管中，置于钴源 下辐照。反应后产物在45 ℃~50 ℃的烘箱中放置7h左右，待 充分沉淀后，撇去上层清液，用少量乙醚洗涤沉淀2-3次。沉 淀置于真空烘箱中40 ℃下干燥至恒重，得到固体产物。
实验的相关报道 ：
文献一:张强、殷德宏等用VCL:AIBN:H2O=1:0.05:15(质量 比)，在75℃下反应5h的工艺条件下制备，需用乙醚萃取。
文献二:陈思翀，冯文等用辐射聚合法合成了聚N-乙烯基己内 酰胺。
文献三:赵坤、刘茵等研究用不同的反应条件和不同的配比对 产率的影响。
PNVCL的合成方法
正交试验
为了确定其合成的最优条件，设计一组正交试验， 考查温度、溶剂用量、时间、引发剂用量对反应的影响
水平 因素
1 2 3
A（温度 B（溶剂 /℃) 用量/ml)
68
6
70
7
72
8
C（时间 /h)
2.5 3.0 3.5
D（引发 剂用量
/g)
0.008
0.010
0.012
正交实验表
实验号
A
B
C
D
实验结
B
C
0.875
0.879
0.877
0.896
0.873
0.873
0.004
0.047
A>C>D>B
B2
C2
A1B2C2D2
D 0.869 0.891 0.865 0.026
D2
适宜的合成工艺条件为：单体1.5g时，在68℃的温度下， 溶剂用量7ml，反应时间3h，引发剂用量0.010g。
产品试图
果
1
1
1
1
1
0.8931
2
1
2
2
2
0.9343
3
1
3
3
3
0.8578
4
2
1
2
3
0.9056
5
2
2
3
1
0.8651
6
2
3
1
2
0.9121
7
3
1
3
2
0.8252
8
3
2
1
3
0.8307
9
3
3
2
1
0.8493
K1 K2 K3 极差 主次顺序 优水平 优组合
实验正交结果表
A 0.895 0.894 0.835 0.060
2.溶剂选用正己烷时，反应温度在68℃左右，反应
时间为3h左右，可直接得到白色固体，产率非常高。
正己烷的优势：反应温度低、时间短、 可直接得到产品、产率高。
探索改变不同反应因素对产率的影响
产率/% 产率/%
94
92
90
88
86
84
82
80
78 0.006
0.008
0.010
0.012
引发剂用量/g
透光率/%
100
80
60
40
B
20
B 0.008g C 0.01g D 0.012g C
D
0
28
30
32
34
36
38
T/℃
图2 引发剂的用量对透光率的影响
当改变引发剂用量时，其 每组的低临界溶解温度均 在31℃左右，说明引发剂 的量的改变对温敏性结果 影响不大。
透光率/%
B浓度2mol/L
C浓度1mol/L
透光率/%
温敏性测试
100
80
60
40
20
T=66℃
T=68℃
T=66℃ T=68℃ T=70℃
T=70℃
0
26
28
30
32
34
36
38
T/℃
图1 不同反应温度下透光率的变化
从图中可以看出，反应温度从 66℃-70℃升高时，生成的均聚物 的最低临界溶解温度LCST依次升 高，且均在29℃-32℃之间。
聚N-乙烯基己内酰胺 合成工艺研究
目录
1 研究背景 2 实验部分 3 实验结果与讨论 4 实验结论
1.研究背景
温
特性
敏
性
聚
合
物
LCST
应用
医学 生物学
日用化学品
具有低临界溶解温度[ LCST]的温度敏感性高聚物的研究成了热点。 其 中研究较多也最具代表性的是聚异丙基丙烯酰胺，当环境温度低于LCST 时，其在溶液中的溶解性会随温度升高缓慢降低，但一旦温度升高到LCST 附近很小的范围内，其溶解性会突然降低，出现热沉降，且这种变化是可 逆的。
产品
溶剂 磁子
温敏性的测定
将产品放入加有蒸馏水的试管中，待产品溶解后放入 温水中，观察溶液的变化。
常温
加热后
聚N-乙烯基己内酰胺的红外光谱图
在PNVCL的红外谱图中，—C═C—在 1626.17cm- 1处由于伸缩振动跃迁产生的谱带消 失，但仍保留—C═O 的吸收峰，这一谱带会因其聚合度大小、分子内阻等因素略有偏移；在 1481.9 cm- 1处是—C—N—键伸缩振动吸收峰;而在3 000~ 3500 cm- 1之间产生的宽峰一般 为聚合物中—N—H。通过与VCL 以及PNVCL 的标准红外谱图对比，确定合成了目的产物 PNVCL。
0.014
图1 引发剂用量的影响
95
90
85
80
75
70
2
3
4
5
6
时间/h
图2 反应时间的影响
图1 随着引发剂用量的增大，产品的产率增加，当引发剂用量超过 0.010g时，产率会降低。 图2 可知反应时间对产率的影响不大，当反应时间超过3h后产率增 加幅度不大。
产率/% 产率/%
95
90
85
80
75
70
4
5
6
7
8
9
溶剂/ml
图3溶剂用量的影响
100
90
80
70
60
50
40
60
62
64
66
68
70
72
温度/℃
图4反应温度的影响
图3 随着溶剂量增大，产率升高。由于溶剂量较少时，单体与引 发剂不能均匀溶解分散在溶剂中，导致产率较低。 图4 反应温度低时反应速度慢需要长时间反应,当温度超过68℃ 时,产率反而下降。
本实验采用化学方法。
2、实验
药品：N-乙烯基己内酰胺 、偶氮二 异丁腈 、正己烷、异丙醇 、 甲苯。
仪器：集热式磁力加热搅拌器
实验操作流程图：
溶剂 单体 引发剂
聚合
单体回收 分离 溶剂回收
固体聚合物
聚合反应的方程式为：
偶氮二异丁腈
n NO
H H2 CC
n O
N来自百度文库
自由基聚合机理
NR
NR
链引发
R+
加热
HC
CH2
O
N
2R +
N2
HC
CH2R
O
N
链增长
H2C CH2R
N
O
+n
HC CH2
N
O
HC
CH2
N
O
CH
CH2
R
n
N
O
链终止
2
HC CH2
N
O
R
CH
CH2 n R
CH
N
O
N
CH2
CH
CH2 2n H2C CH2R
O
N
ON
O
溶剂：异丙醇
正己烷
1.溶剂选用异丙醇时，反应温度在80℃左右，反应
时间在4-6h，所得溶液需用乙醚萃取，且产率低。
100
D浓度0.5mol/L
80
C
60
B
D
40
20
0
22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42
T/℃
图3 溶液浓度对透光率的影响
浓度从大到小，曲线右移，也 就是，在一定的浓度范围内，浓度 越小，其LCST值越大。浓度为 2mol/L时，其LCST为30℃，浓度为 1mol/L和0.5mol/L时，LCST分别为 33℃和34℃。分析原因是，产物浓 度越大，加热越浑浊，透光率越小， 即同样的温度下，浓度越大，透光 率越小。
PNVCL的合成方法主要有化学法和辐射法两种方法。
辐射法用容量瓶配制一定比例的NVCL水溶液，充分振荡溶解， 定容。用移液管移取10 ml至20 ml的具塞试管中，置于钴源 下辐照。反应后产物在45 ℃~50 ℃的烘箱中放置7h左右，待 充分沉淀后，撇去上层清液，用少量乙醚洗涤沉淀2-3次。沉 淀置于真空烘箱中40 ℃下干燥至恒重，得到固体产物。
实验的相关报道 ：
文献一:张强、殷德宏等用VCL:AIBN:H2O=1:0.05:15(质量 比)，在75℃下反应5h的工艺条件下制备，需用乙醚萃取。
文献二:陈思翀，冯文等用辐射聚合法合成了聚N-乙烯基己内 酰胺。
文献三:赵坤、刘茵等研究用不同的反应条件和不同的配比对 产率的影响。
PNVCL的合成方法
正交试验
为了确定其合成的最优条件，设计一组正交试验， 考查温度、溶剂用量、时间、引发剂用量对反应的影响
水平 因素
1 2 3
A（温度 B（溶剂 /℃) 用量/ml)
68
6
70
7
72
8
C（时间 /h)
2.5 3.0 3.5
D（引发 剂用量
/g)
0.008
0.010
0.012
正交实验表
实验号
A
B
C
D
实验结