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PVC悬浮聚合中PVA系分散剂的开发与研究

作　者: 杭宇
导　师: 尹伟
学　校: 昆明理工大学
专　业: 化学工艺
关键词: 聚醋酸乙烯酯聚合度测试分散剂 PVA-2486 序列化分布
分类号: TQ325.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

聚乙烯醇(PVA)是一种特殊的水溶性高分子聚合物,其聚合度和醇解度是影响聚乙烯醇产品性能的两个重要指标,可以通过调控这两个主要指标制备出不同品种的聚乙烯醇来拓宽它的应用领域。开发PVC悬浮聚合中所需的PVA系分散剂,不仅可以增加聚乙烯醇的牌号,而且对减少国外产品在分散剂应用领域的市场份额具有深远意义。本实验以醋酸乙烯酯(VAc)、偶氮二异丁腈、甲醇、聚醋酸乙烯酯(PVAc)、氢氧化钠等为主要原料,经过聚合反应和醇解反应制备所需的PVA-2486目标产物,并应用分子设计理论研究序列化分布的分散型聚乙烯醇的制备工艺。通过对聚乙烯醇分散系列产品的研究,取得以下有意义的研究结果,列举如下：1.聚醋酸乙烯酯作为醇解反应的中间产物,它的聚合度测试结果的准确性必然影响目标产物PVA的聚合度的控制。为解决聚醋酸乙烯酯的聚合度测试问题,采用GPC测试的聚合度数据为基准,将PVAc配置成2%-6%的稀溶液,可近似认为是牛顿流体,通过旋转粘度计法可以推导出测定PVAc聚合度的经验公式1nP=4.72871n[η]/C+6.1796。再用乌氏粘度计逐步外推法测定PVAc的聚合度。2. PVAc的聚合工艺研究中,分别对甲醇用量、引发剂用量、聚合时间进行单因素分析,随着甲醇用量、引发剂用量的增加PVAc的聚合度降低,但随着反应时间的延长,聚合度先增加后减小。正交试验确定后期醇解所需PVAc的聚合度为2905和分子量分布为2.0719的较优工艺是VAc=600ml. MeOH:VAc=12%、AIBN:VAc=0.025%、反应时间为3h。此工艺条件下PVAc产品的重现性较好。3.以PVAc为原料进行醇解反应制备所需分散剂PVA-2486,此过程分别对水含量、碱用量、醇解时间进行单因素分析,碱用量增加PVA的醇解度增加,水用量增加醇解度却降低,但随着醇解时间的延长醇解度先降低后升高。正交试验确定PVA-2486的较优工艺条件为PVAc=50g、PVAc:MeOH=20%、NaOH:PVAc=0.6%、H2O:PVAc=14%、T=40℃、t=30min。通过对两种产品的表面张力和分散性能的对比发现自制PVA-2486的各项指标基本符合日本PVA-2486的要求。4.应用分子设计理论,在醇解过程中采用极性和非极性溶剂的不同配比,使PVA中的—OH和—OAc呈现序列化分布。通过13C—NMR测定其嵌段率,结合均匀试验设计的方法得出制备嵌段率为0.46分散性能优异的PVA产品的工艺条件为PVAc=50g、NaOH:PVAc=0.6%、H2O:PVAc=14%.T=40℃、苯用量为120ml。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-12
第一章绪论  12-25
  1.1 聚乙烯醇的发展历史  12
  1.2 国内外聚乙烯醇的生产现状  12-15
    1.2.1 聚乙烯醇的产能和分布  12-13
    1.2.2 国内外聚乙烯醇生产技术状况  13-15
      1.2.2.1 国内外聚乙烯醇的品种和应用  13-14
      1.2.2.2 国内外聚乙烯醇的生产工艺和设备状况  14-15
  1.3 国内外聚乙烯醇的研究进展  15-18
    1.3.1 聚合原料  15
    1.3.2 高聚合度聚乙烯醇的制备  15-17
      1.3.2.1 聚合方法  16
      1.3.2.2 引发剂  16-17
    1.3.3 低聚合度聚乙烯醇的制备  17
    1.3.4 聚乙烯醇的醇解工艺及设备研究  17-18
  1.4 聚乙烯醇高分子表面活性剂的研究进展  18-23
    1.4.1 聚乙烯醇高分子表面活性剂的研究概况  18-19
    1.4.2 聚乙烯醇分散剂的分散机理  19-20
    1.4.3 聚乙烯醇分散剂的分散性能评价  20
    1.4.4 分散型聚乙烯醇的分子设计研究  20-22
      1.4.4.1 嵌段型聚乙烯醇表面活性剂的研究  20-21
      1.4.4.2 聚乙烯醇表面活性剂的改性研究  21-22
    1.4.5 聚乙烯醇表面活性剂的发展方向  22-23
  1.5 本课题研究的意义、内容和目标  23-25
    1.5.1 课题研究的意义  23-24
    1.5.2 课题研究的主要内容  24
    1.5.3 课题研究的目标  24-25
第二章聚醋酸乙烯酯的聚合度分析测试研究  25-35
  2.1 实验部分  26-27
    2.1.1 实验原料和仪器  26
    2.1.2 PVAc的测试  26-27
      2.1.2.1 GPC法测定PVAc的聚合度  26
      2.1.2.2 旋转粘度计法测定PVAc的粘度  26
      2.1.2.3 乌氏粘度计法测定PVAc的聚合度  26-27
      2.1.2.4 PVAc质量浓度的测定  27
  2.2 经验公式的推导  27-30
    2.2.1 理论公式的推导  27-28
    2.2.2 旋转粘度计法数据的拟合处理  28-30
  2.3 乌氏粘度计法检验经验公式  30-33
    2.3.1 乌氏粘度计外推法测定PVAc的聚合度  30-33
    2.3.2 三种方法测定PVAc聚合度结果的比较  33
  2.4 小结  33-35
第三章聚醋酸乙烯酯的溶液聚合工艺研究  35-50
  3.1 实验部分  35-38
    3.1.1 实验仪器  35-36
    3.1.2 实验药品  36
    3.1.3 原料提纯  36-37
    3.1.4 聚合工艺  37
    3.1.5 PVAc聚合机理  37-38
  3.2 PVAc的测试与表征  38-39
    3.2.1 聚合度的测试  38
    3.2.2 转化率的测试  38-39
    3.2.3 红外光谱的测试  39
    3.2.4 凝胶渗透色谱测试  39
  3.3 单因素实验分析  39-43
    3.3.1 甲醇用量的影响  39-40
    3.3.2 引发剂用量的影响  40-41
    3.3.3 聚合时间的影响  41-43
    3.3.4 聚合温度的影响  43
  3.4 正交试验设计  43-47
    3.4.1 因素水平表的设计  43
    3.4.2 正交试验安排  43-44
    3.4.3 正交试验数据处理及分析  44-46
    3.4.4 较优工艺条件的重现性验证  46-47
  3.5 聚醋酸乙烯酯的表征  47-48
    3.5.1 红外光谱表征  47
    3.5.2 凝胶渗透色谱表征  47-48
  3.6 小结  48-50
第四章 PVA-2486醇解工艺的研究及表征  50-69
  4.1 实验部分  50-53
    4.1.1 实验仪器  50-51
    4.1.2 实验药品  51
    4.1.3 聚醋酸乙烯酯的提纯处理  51
    4.1.4 醇解工艺  51-52
    4.1.5 醇解反应的原理  52-53
  4.2 聚乙烯醇指标的测试与表征  53-56
    4.2.1 聚合度的测试  53-54
    4.2.2 醇解度的测试  54-56
      4.2.2.1 挥发份的测定  54
      4.2.2.2 氢氧化钠的测定  54-55
      4.2.2.3 乙酸钠的测定  55
      4.2.2.4 乙酸根和醇解度的测定  55-56
    4.2.3 其他指标的测试  56
    4.2.4 红外光谱的测试  56
  4.3 聚乙烯醇的醇解工艺单因素分析  56-60
    4.3.1 氢氧化钠用量的影响  56-57
    4.3.2 水含量的影响  57-58
    4.3.3 醇解时间的影响  58-60
    4.3.4 醇解反应温度的影响  60
    4.3.5 甲醇用量的影响  60
  4.4 正交试验设计  60-65
    4.4.1 因素水平表的设计  60
    4.4.2 正交试验安排  60-61
    4.4.3 正交试验数据处理  61-63
    4.4.4 较优工艺条件的验证和重现性验证  63-65
  4.5 聚乙烯醇的表征  65-67
    4.5.1 聚乙烯醇红外表征  65
    4.5.2 聚乙烯醇的表面张力测试  65-67
    4.5.3 聚乙烯醇的分散性测试  67
  4.6 小结  67-69
第五章嵌段型聚乙烯醇醇解工艺的均匀设计研究  69-77
  5.1 实验部分  69-70
    5.1.1 实验仪器  69
    5.1.2 实验药品  69-70
  5.2 嵌段型聚乙烯醇的制备工艺  70
  5.3 ~(13)C核磁共振表征  70
  5.4 均匀试验设计  70-71
  5.5 数据处理与分析  71-76
    5.5.1 ~(13)C核磁共振的数据处理与分析  71-75
      5.5.1.1 ~(13)C核磁共振的测试原理  71
      5.5.1.2 嵌段率的计算公式  71-72
      5.5.1.3 ~(13)C谱图的数据处理  72-75
    5.5.2 均匀设计试验数据处理与分析  75-76
  5.6 小结  76-77
第六章结论与前景展望  77-79
  6.1 结论  77
  6.2 前景展望  77-78
  6.3 本课题的创新点  78-79
致谢  79-80
参考文献  80-84
附录A 攻读硕士学位期间参与的项目及发表论文  84-85
附录B 自制与日本的PVA-2486红外光谱对比图  85

PVC悬浮聚合中PVA系分散剂的开发与研究

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