Synthese von Polyvinylpyrrolidon (PVP)
PVP ist ein wasserlösliches Polymer, das sich auch in anderen polaren Lösungsmitteln löst. Bei trockenen Bedingungen ist es ein weißes Blasenpulver, das Feuchtigkeit aufnimmt. Aus einer Lösung bildet es leicht Filme, die zu Beschichtungszwecken eingesetzt wurden. PVP wird als Bindemittel für die Formulierung von pharmazeutischen Tabletten, zum Befeuchten verschiedener Körperpflegeprodukte, als Lebensmittelzusatzstoffe und Klebstoffe usw. verwendet. Dies wurde auch als ausgezeichnetes Blockierungsmittel in der Southern-Blot-Analyse (molekularbiologische Technik zum Nachweis spezifischer DNA-Sequenzen in DNA-Proben) eingesetzt. PVP wird über eine radikalische Polymerisationsreaktion ausgehend vom Vinylpyrrolidon (VP) -Monomer unter Verwendung eines Radikalinitiators wie Azobisisobutyronitril (AIBN) synthetisiert.
Schema 1: Reaktion zur Synthese von Polyvinylpyrrolidon
Materialien und Instrumente
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Zwei 20 ml Flaschen mit Verschlüssen
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Zwei Rührstäbe
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Zwei Messkolben
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Zwei 100 ml Becher
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Schutzbrille
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EINE reihe von Messlöffel (wiederverwendung)
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Eine Schachtel Kraftpapier
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Eine Schachtel Handschuhe
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Ein Gleichgewicht
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Zwei Rührwerke
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Papierhandtücher für reinigung
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Eine Flasche destilliertes Wasser
VP und AIBN wurden von Sigma Aldrich gekauft. Beim Vergleich der Reaktionseffizienz werden diese Versuche in einem Mikrowellenofen und auch in einer Kochplatte durchgeführt.
Versuchsdurchführung
Zwei Flaschen (20 ml) mit sechs bis acht mg Radikalinitiator, 2,2′-Azobisisobutyronitril (AIBN), 2 ml Vinylpirrolidon (VP) und 2 ml Wasser wurden ca. 20 min bei Raumtemperatur gerührt, um das gesamte AIBN in Wasser zu lösen. Eine Probe wurde in den Mikrowellenofen gestellt und die Reaktion wurde 3 Minuten lang durchgeführt und das Polymer wurde gebildet. Die andere Probe wurde mit maximaler Leistung in eine Heizplatte gegeben. Das Polymer wurde in 13 min gebildet. Die Bilder der Ausgangsmaterialien und Produkte sind in Abbildung 3 dargestellt. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle dargestellt. Die Netto-Energieeinsparung war offensichtlich.
VP (Ausgangsstoffe)
AIBN (Initiator) PVP (Endprodukt)
Abbildung 5. Fotografien der Ausgangsreaktanten und des Endprodukts.
Ergebnis &Diskussion:
Die Bildung von weißen geleeartigen Feststoffen zeigte den Abschluss der Polymerisationsreaktion an. Sobald es trocknen gelassen wird, bildet es weiße Flocken, die bereitwillig atmosphärische Feuchtigkeit absorbieren.
Tabelle 2. Die Energie, die für die PVP-Synthese durch verschiedene Heizmethoden verbraucht wird
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Heizgerät |
Zeit (min) |
Nennleistung (KJ/min) |
Tatsächlicher Energieverbrauch (KJ) |
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Mikrowelle |
3 |
51.0 |
72 |
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Kochplatte |
13 |
51.9 |
396 |
Daher ist der Prozentsatz der Energie, die durch den Mikrowellenofen gegenüber dem herkömmlichen Ofen eingespart wird,