醋酸乙烯聚合率对聚乙烯醇聚合度的影响探讨

醋酸乙烯聚合率对聚乙烯醇聚合度的影响探讨

康永利    雷飞    何宝   

内蒙古双欣环保材料股份有限公司    内蒙古鄂尔多斯市   016014

摘要：醋酸乙烯（VAC）作为一种重要的有机化工原料，广泛应用于聚乙烯醇（PVA）的生产中。PVA是一种水溶性高分子聚合物，具有优异的黏结性、皮膜强韧性及耐溶剂性等特点，被广泛应用于纺织、建筑、造纸等多个领域。然而，在PVA的生产过程中，醋酸乙烯的聚合率直接影响着聚乙烯醇的聚合度，进而对PVA的性能及最终产品质量产生显著影响。因此，探讨醋酸乙烯聚合率与聚乙烯醇聚合度之间的关系，对于优化PVA生产工艺、提高产品质量具有重要意义。本研究旨在通过深入分析醋酸乙烯聚合率的变化规律，揭示其对聚乙烯醇聚合度的影响机制，为PVA生产的工业化控制提供科学依据。

关键词：醋酸乙烯；聚合率；聚乙烯醇；聚合度；影响

1. 实验分析

本实验旨在深入探讨醋酸乙烯聚合率对聚乙烯醇聚合度的影响，以期为优化聚乙烯醇的生产工艺提供理论支持和实践指导。

1.1 实验材料

本实验所选用的主要材料包括：醋酸乙烯，聚合级，由上海石油化工股份有限公司化工事业部提供；甲醇，分析纯，来源于上海振兴化工一厂；氢氧化钠，同样为分析纯，由上海凌峰化学试剂有限公司供应；偶氮二异丁腈，作为引发剂，也是分析纯，由上海试剂四厂生产。这些材料的选择均基于其纯度和适用性，以确保实验结果的准确性和可靠性[1]。

1.2 实验仪器

在实验过程中，使用多种精密仪器来确保实验的顺利进行和数据的准确测量。具体包括：YH系列加热器，由江苏湖镇教学仪器厂生产，用于提供稳定的加热环境；DW-1无级恒速搅拌器，来自河南巩义市峪华仪器厂，用于确保反应过程中的均匀混合；MP4002电子天平，由上海恒平科学仪器有限公司提供，用于精确称量实验材料；奥氏粘度计，规格为0.5~0.6 mm，由上海申立玻璃仪器有限公司生产，用于测量聚乙烯醇的黏度，进而推算其聚合度；此外，还使用了水银玻璃温度计来精确控制实验温度[2]。

1.3 分析方法

为了准确测定聚乙烯醇的平均聚合度，参照了GB12010.9-89的标准方法。该方法经过广泛验证，具有高度的准确性和可靠性，能够确保得到的聚合度数据具有科学价值。

1.4 实验方法

实验开始时，首先称取一定比例的醋酸乙烯和甲醇溶剂，将它们置于干净的三口烧瓶中。为了排除空气中的氧气对实验的影响，使用CO₂进行吹扫置换。随后，将烧瓶升温至设定的反应温度，并开启搅拌器以确保反应物的均匀混合。在反应过程中，利用分液漏斗分时慢慢加入引发剂，以控制反应的进行。反应时间持续3～6小时，期间,密切监控反应进程。

反应结束后，分离出未反应的单体，并当醋酸乙烯单体的含量降至小于0.1%时，补充甲醇溶剂[3]。随后，加入NaOH作为催化剂进行醇解反应，醇解温度控制在40～50℃之间，醇解时间持续1～2小时。醇解完成后，对醇解物进行洗涤、烘干和粉碎处理，最后使用粘度法或凝胶色谱法分析测定聚乙烯醇的平均聚合度。通过这一系列步骤，能够准确地评估醋酸乙烯聚合率对聚乙烯醇聚合度的影响。

2. 实验结果分析

2.1聚合时间对聚合率的影响

聚合时间是影响醋酸乙烯聚合率的重要因素之一。聚合反应时间对原料的聚合率具有直接且显著的影响。一般而言，聚合时间越长，原料的转化率就越高，进而使得聚合率也随之提升。这一关系在图1中得到了清晰的展现，它描绘了醋酸乙烯反应聚合率与时间之间的动态变化。在实验中，设定了不同的聚合时间，并观察了聚合率的变化[4]。具体如下图1所示：

图1  聚合时间与醋酸乙烯聚合率关系

从图1的数据结果中，可以明确地观察到，随着反应的持续进行，醋酸乙烯的转化率呈现出稳步上升的趋势。然而，当转化率超过60%的阈值时，反应液开始变得愈发粘稠。

（1）聚合时间的延长与聚合率的提升

实验结果显示，随着聚合时间的延长，醋酸乙烯的聚合率呈现出明显的上升趋势。在反应初期，聚合速率较快，聚合率迅速提升。然而，随着时间的推移，聚合速率逐渐减慢，聚合率的增加趋势也趋于平缓。这表明，在聚合过程中，反应物的浓度逐渐降低，反应速率也随之减慢。

（2）聚合时间的优化

虽然延长聚合时间可以提高聚合率，但过长的聚合时间也会导致能耗的增加和生产成本的上升。因此，在实际生产中，需要找到一个最佳的聚合时间，以在保证聚合率的同时，降低生产成本。通过实验数据的分析，我们发现，在聚合时间为4～5小时时，聚合率达到了一个相对较高的水平，且继续延长聚合时间对聚合率的提升并不明显。因此，可以认为4～5小时是一个较为优化的聚合时间。

2.2聚合率对聚合度的影响

如下图2所示，为聚合度与转化率关系图：

图2  聚合度与转化率关系图

在聚合反应中，转化率与聚合度之间的关系紧密且复杂，而这种关系在很大程度上受到引发聚合中心数量的影响。在一定的聚合度条件下，引发中心的数量越多，聚合度相对就会越小。这是因为多个引发中心会同时引发聚合反应，生成多个较短的聚合物链，从而降低整体的聚合度。为了更直观地展示这种关系，通过实验得出结论，得到了如图2所示的结果。 

从图中可以看出，随着醋酸乙烯的转化率保持相对稳定，但当溶液环境变为碱性时，其在空气中的稳定性急剧下降，溶液颜色会由黄变黑。这一现象表明，碱的加入不仅改变了溶液的pH值，还深刻影响了间苯二酚的化学性质。进一步分析主反应和副反应式以及实验结果，发现，在没有碱的作用下，间苯二酚的苯环会被全部加氢，生成副产物1,3－环己二醇。然而，当碱存在时，间苯二酚能与碱反应生成盐，这一变化改变了苯环上的活性点，使得苯环只发生局部加氢，从而生成了我们的目标产物1,3-环己二酮。此外，实验结果还揭示了一个有趣的现象：当间苯二酚上的一个羟基与碱成盐后，另一个羟基是否与碱成盐对反应的选择性并没有影响。在特定的反应条件下，当转化率高达98%以上时，1,3-环己二酮的选择性也可以达到99%以上，这充分说明了该反应的高效性和选择性。

总结：

本文主要探讨了醋酸乙烯聚合率对聚乙烯醇聚合度的影响。通过实验分析，深入了解聚合时间对聚合率的影响，发现聚合时间的延长有助于提高聚合率，但同时也需要考虑生产成本的优化。研究总结了聚合率对聚合度的影响，发现聚合率的提高有助于增加聚乙烯醇的聚合度，从而改善其物理和化学性质。本研究能够为聚乙烯醇的生产提供理论依据和技术支持，有助于优化生产工艺，提高产品质量。

参考文献：

[1]王海伶. 生物醋酸乙烯溶液聚合反应研究[D]. 广西大学, 2014.

[2]张晓玲. 高聚合度聚乙烯醇的研究与生产[D]. 华东理工大学, 2012.

[3]夏梁志. 基于醋酸乙烯聚合率在线检测的软测量建模方法研究[D]. 兰州交通大学, 2012.

[4]陶慧汇. 基于遗传算法优化神经网络的醋酸乙烯聚合率软测量研究[D]. 华东交通大学, 2011.