实验七：苯乙烯珠状聚合.docx

高分子化学实验报土实验六：苯乙烯珠状聚合一、 实验目的1. 了解悬浮聚合的反应原理及配方中各组分的作用2. 了解珠状聚合实验操作及聚合工艺的特点3. 通过实验，了解苯乙烯单体在聚合反应上的特性二、 实验原理悬浮聚合是指在较强的机械搅拌下，借悬浮剂的作用，将溶 有引发剂的单体分散在另一与单体不溶的介质中一般为水）所 进行的聚合根据聚合物在单体中溶解与否，可得透明状聚合物 或不透明不规整的颗粒状聚合物像苯乙烯、甲基丙烯酸酯，其 悬浮聚合物多是透明珠状物，故又称珠状聚合；而聚氯乙烯因不 溶于其单体中，故为不透明不规整的乳白色小颗粒悬浮聚合实质上是单体小液滴内的本体聚合,在每一个单体 小液滴内单体的聚合过程与本体聚合是相类似的，但由于单体在 体系中被分散成细小的液滴，因此，悬浮聚合又具有它自己的特 点由于单体以小液滴形式分散在水中，散热表面积大,水的比 热大，因而解决了散热问题，保证了反应温度的均一性，有利于 反应的控制悬浮聚合的另一优点是由于采用悬浮稳定剂，所以 最后得到易分离、易清洗、纯度高的颗粒状聚合产物，便于直接 成型加工可作为悬浮剂的有两类物质一类是可以溶于水的高 分子化合物，如聚乙烯醇、明胶、聚甲基丙烯酸钠等。

另一类是 不溶于水的无机盐粉末，如硅藻土、钙镁的碳酸盐、硫酸盐和磷 酸盐等悬浮剂的性能和用量对聚合物颗粒大小和分布有很大影 响一般来讲，悬浮剂用量越大，所得聚合物颗粒越细,如果悬 浮剂为水溶性高分子化合物，悬浮剂相对分子质量越小，所得的 树脂颗粒就越大，因此悬浮剂相对分子质量的不均一会造成树脂 颗粒分布变宽如果是固体悬浮剂，用量一定时，悬浮剂粒度越 细，所得树脂的粒度也越小，因此，悬浮剂粒度的不均匀也会导 致树脂颗粒大小的不均匀为了得到颗粒度合格的珠状聚合物，除加入悬浮剂外，严格 控制搅拌速度是一个相当关键的问题随着聚合转化率的增加， 小液滴变得很粘，如果搅拌速度太慢，则珠状不规则，且颗粒易 发生粘结现象但搅拌太快时，又易使颗粒太细，因此，悬浮聚 合产品的粒度分布的控制是悬浮聚合中的一个很重要的问题掌 握悬浮聚合的一般原理后，本实验仅对苯乙烯单体及其在珠状聚 合中的一些特点作一简述苯乙烯是一个比较活泼的单体，易起氧化和聚合反应在贮 存过程中，如不添加阻聚剂即会引起自聚但是，苯乙烯的游离 基并不活泼，因此，在苯乙烯聚合过程中副反应较少，不容易有 链支化及其它歧化反应发生链终止方式据实验证明是双基结 合。

另外，苯乙烯在聚合过程中凝胶效应并不特别显著,在本体 及悬浮聚合中，仅在转化率由50%~70%时，有一些自动加速现 象因此，苯乙烯的聚合速度比较缓慢，例如与甲基丙烯酸甲酯 相比较，在用同量的引发剂时，其所需的聚合时间比甲基丙烯酸 甲酯多好几倍三、实验仪器及试剂仪器：250mL三口瓶，电动搅拌器，恒温水浴，冷凝管，温度计,吸管，抽滤装置药品：苯乙烯，聚乙烯醇，过氧化二苯甲酰，甲醇实验步骤实验现象实验分析1.在250 mL三颈瓶上，装上 搅拌器和水冷凝管量取45 mL去离子水，称取0.2 g聚乙 烯醇(PVA)加入到三颈瓶中， 开动搅拌器并加热水浴至90 °C左右，待聚乙烯醇完全 溶解后，将水温降至80 C左 右聚乙烯醇为白色絮状粉 末,加入到蒸馏水后便逐 渐溶解PVA能溶解于水中2.称取0.15 g过氧化二苯甲 酰(BPO)于一干燥洁净的50 mL烧杯中，并加入9 mL单 体苯乙烯使之完全溶解BPO加入后完全溶解BPO同样也 能溶解于水 中3.将溶有引发剂的单体倒入 到三颈瓶中，此时需小心调节 搅拌速度，使液滴分散成合适随着加热以及搅拌过程中，开始阶段并，并没有明显的变化，一时间后随着反应的进行苯乙烯单体逐渐发的颗粒度，继续升高温度，控 制水浴温度在86〜89 °C范围 内，使之聚合。

一般在达到反 应温度后2〜3 h为反应危险 期，此时搅拌速度控制不好 （速度太快、太慢或中途停止 等），就容勿使珠子粘纟口变形液体逐渐变为乳白色在 2个小时左右的时候，搅 拌器的速度有几分钟变 为150转/分并在瓶中看 到了有一小块半透明的 聚合物在液体中,调回到 200转/分后消失生聚合反 应，液体的 透光率和折 射率改变4.在反应3 h后，可以用大吸 管吸出一些反应物，检查珠子 是否变硬，如果已经变硬，即 可将水浴温度升高至 90~95 C，反应1 h后即可停 止反应在底部有少量珠子形成5.将反应物进彳丁过滤，并把所 得到的透明小珠子放在25 mL 甲醇中浸泡20 mi,然后再过 滤，将得到的产物用约50 C 的热水洗涤几次，用滤纸吸干 后，置产物于50〜60 C烘箱内 干燥，计算产率，观看颗粒度 的分布情况得到大小不一的圆珠，小 的珠子有一定的硬度，而 大珠子比较软小珠子为聚 苯乙烯，而 大株为为单 体和小分子 聚苯乙烯的 混合物五、实验结果得到如图所示的大小不一的晶莹的坚硬的白色珠子六、思考题1、根据实验的实践，你认为在珠状聚合的操作中，应该特别注 意的是什么，为什么？答:在添加药品是要先加单体之后再添加!发剂 防止!发剂到热水当中大量的分解而降低其效率并要立刻开动搅拌器使引发剂孚化和单体混合分散开。

2、 悬浮聚合有哪些优点和缺点？答:悬浮聚合 优点：散热容易，间歇生产，产物比较纯净缺点：需要加分离、洗涤、干燥等程序，较为复杂'3、 影响实验的主要因素答:⑴ 乳化剂的用量，量越多，所得产品的颗粒越小⑵ 温度，一般的聚合中，升高温度，使和速率增加，使聚合度 降低但温度对乳液聚合的影响比较复杂其综合结果是： 聚合物速率增加，使聚合度降低但是，升高温度可能引起 许多副作用，如乳胶凝聚和破乳，产生支链和凝胶，并对聚 合物微结构和分子量分布产生影响4、试说明在后处理中聚合物用热水及乙醇处理的目的是什么答:因为乳液聚合得到的产物当中还有NaCl，乳化剂等杂质用热水可以将NaCl洗涤乙醇可溶解乳化剂，将其尽量洗涤干净。