高分子化学与物理实验

高分子化学与物理实验一、实验课程：高分子化学与物理二、实验项目：三、实验教材：《高分子化学与物理实验教程》，卢神州，自编四、主要仪器设备：膨胀计20个稀释型乌氏粘度计20个GJY-III型光学解偏振仪2台RL—11B1熔体流动速率测定仪2台五、实验教学课件实验1 乙酸乙烯酯的乳液聚合1 实验目的了解乳液聚合的基本原理并掌握相应的实验技术。

2 试验仪器、工具及试样（1）试剂和试样：乙酸乙烯酯（化学纯），过硫酸铵（化学纯），聚乙烯醇（PV A1788）（化学纯），乳化剂OP－10（化学纯），邻苯二甲酸二丁酯（化学纯），碳酸氢钠（化学纯）（2）试验仪器和工具：水浴锅（1000ml），增力搅拌器，聚四氟乙烯搅拌棒，变压器（1KV），滴液漏斗（磨口，60ml），球形冷凝管（磨口），温度计（0～100℃），量筒（100ml，50ml，10ml），烧杯（250ml，50ml，10ml），移液管（10ml，5ml，1ml），三口磨口烧瓶(250ml（19×3）)，玻璃棒，封闭电炉（1000瓦）、氮气瓶（高纯氮），电子天平3 基本知识聚乙酸乙烯酯是由乙酸乙烯酯在光或过氧化物引发下聚合而得。

根据反应条件，如反应温度、引发剂浓度的不同，可以得到分子量从几千到十几万的聚合物。

聚合反应可按本体、溶液或乳液等方式进行。

采用何种方法决定于产物的用途。

如果作为涂料或粘合剂，则采用乳液聚合方法。

聚乙酸乙烯酯胶乳漆具有水基漆的优点，即粘度较小，而分子量较大，不用易燃的有机溶剂。

作为粘合剂时(俗称白胶)，无论木材、纸张和织物，均可使用。

乙酸乙烯酯乳液聚合的机理与一般乳液聚合相同。

采用过硫酸盐为引发剂，为使反应平稳进行，单体和引发剂均需分批加入。

聚合中最常用的乳化剂是聚乙烯醇。

实践中还常把两种乳化剂合并使用，乳化效果和稳定性比单独用一种要好。

本实验采用聚乙烯醇和OP－10两种乳化剂。

单体纯度、引发剂以及聚合温度和转化率等都对产物分子量有很大影响。

另外，由于乙酸乙烯酯自由基活性很高，容易对聚合物发生链转移而形成支链或交联产物。

4 实验方法与操作步骤在装有搅拌器、回流冷凝管与滴液漏斗的三颈瓶中加入乳化剂[注1]（6g聚乙烯醇溶于78ml 蒸馏水及1g乳化剂OP－10）及20ml乙酸乙烯酯。

称1g过硫酸铵[注2]，用5ml水溶解于小烧杯中，将此溶液的一半倒入三颈瓶，通氮气，开动搅拌，加热水浴，控制三颈瓶内温度在65－70℃之间。

然后用滴液漏斗加入40ml乙酸乙烯酯(滴加速度不宜过快，约20min)，加完后把剩余的过硫酸铵溶液加入三颈瓶中，再重复滴加20ml乙酸乙烯酯。

投料完毕后，继续加热回流，缓慢逐步升温[注3]，以不产生大量泡沫为准，最后升温至90—95℃，无回流为止。

冷却至50℃，加入0.25g碳酸氢钠溶于5ml水的溶液[注4]，再加入l0ml邻苯二甲酸二丁酯，搅冷却1hr，此白色乳液可直接作粘合剂使用(俗称白胶)，也可加水稀释并混入色浆制成各种颜色的油漆，称为乳胶漆。

注：（1）常用的乳化剂聚乙烯醇是一种非离子型乳化剂，它除了起乳化作用外，也起保护胶体和增稠剂的作用。

乳化剂OP－10是烷基酚的环氧乙烷缩合物。

本实验采用两种乳化剂混合使用，乳化效果和稳定性比单独用一种要好，操作更容易。

（2）用过硫酸铵为引发剂时，乳液的pH值要加以控制，因为在反应中酸性会不断增加，而pH值太低(如小于2)，则反应速度很慢，有时会破坏乳液聚合的正常进行，使乳液粒子变粗。

（3）升温速度过快易结块。

（4）配料中有聚乙烯醇，由于它一般是聚乙酸乙烯酯的碱性醇解产品，水溶液呈弱碱性，在反应前可以不调整pH值，而在反应结束后加入部分碳酸氢钠中和至pH为4－6之问，以保持乳液稳定。

5 注意事项（1）常用的乳化剂聚乙烯醇是一种非离子型乳化剂，它除了起乳化作用外，也起保护胶体和增稠剂的作用。

乳化剂OP－10是烷基酚的环氧乙烷缩合物。

本实验采用两种乳化剂混合使用，乳化效果和稳定性比单独用一种要好，操作更容易。

（2）用过硫酸铵为引发剂时，乳液的pH值要加以控制，因为在反应中酸性会不断增加，而pH值太低(如小于2)，则反应速度很慢，有时会破坏乳液聚合的正常进行，使乳液粒子变粗。

（3）升温速度过快易结块。

（4）配料中有聚乙烯醇，由于它一般是聚乙酸乙烯酯的碱性醇解产品，水溶液呈弱碱性，在反应前可以不调整pH值，而在反应结束后加入部分碳酸氢钠中和至pH为4－6之问，以保持乳液稳定。

实验2 稀释粘度法测定聚合物的分子量1 实验目的（1）牢固地掌握测定聚合物溶液粘度的实验技术。

（2）掌握粘度法测定聚合物分子量的基本原理。

2 试验仪器、工具及试样（1）试剂和试样：聚苯乙烯，甲苯（化学纯，25℃ρ＝0.8623, η=0.5516cp），丙酮(化学纯, 25℃ρ＝0.7851, η=0.3075cp)（2）试验仪器和工具：稀释型乌氏粘度计，恒温水浴装置，2个×25ml 容量瓶，1个×100 ml 容量瓶，砂芯漏斗G2(50 ml), 5 ml、10 ml移液管3 基本知识在所有聚合物分子量的测定方法中，粘度法尽管是一种相对的方法，但因其仪器设备简单，操作便利，分子量适用范围大，又有相当好的实验精确度，所以成为人们最常用的实验技术。

粘度法除了主要用来测定粘均分子量外，还可用于测定溶液中的大分子尺寸和聚合物的溶度参数等。

线型高分子溶液的基本特性之一是粘度比较大，并且其粘度值与平均分子量有关，因此可利用这一特性测定其分子量。

粘度除与分子量有密切关系外，对溶液浓度也有很大的依赖性，故实验中首先要消除浓度对粘度的影响，常以如下两个经验公式表达粘度对浓度的依赖关系：图2－1 c sp /η和c r /ln η与c 关系图][η即是聚合物溶液的特性粘数，它和浓度无关，由此可知，若以c sp /η和c r /ln η分别对c 作图（如图2－1)，则它们外推到0→c 截距应重合于一点，其值等于][η。

这也可用来检查实验的可靠性。

当聚合物的化学组成、溶剂、温度确定后，][η值只和聚合物的分子量有关，常用下式表达这一关系：n KM =][η (5)式中，K 和n 为常数，其值和聚合物、溶剂、温度有关，和分子量的范围也有一定的关系。

测定液体粘度的方法主要可分为三类：①液体在毛细管里的流出；②圆球在液体里的落下速度；（3）液体在同轴圆柱体间对转动的影响。

在测定聚合物][η时，以毛细管粘度计最为方便。

液体在毛细管粘度计内因重力作用的流动，可用下式表示：对于有些聚合物溶剂体系，毛细管半径太粗，溶剂流出时间小于100秒；溶剂的比密粘度)太小，必须考虑动能校正。

4 实验方法与操作步骤（1）玻璃仪器的洗涤粘度计先用经砂芯漏斗滤过的水洗涤，把粘度计毛细管上端小球中存在的砂粒等杂质冲掉。

抽气下，将粘度计吹干再用新鲜温热的洗液滤入粘度计，洗液充满后用小烧杯盖好，防止尘粒落入。

浸泡约2hr后倒出，用滤过自来水洗净，经滤过蒸馏水冲洗三次后，倒挂干燥后待用。

其他如容量瓶等也须经无尘洗净干燥。

一般盛过聚合物溶液的仪器，应先以溶剂泡洗，洗去聚合物和吹干溶剂等有机物质后，才可用洗液去浸。

否则，有机物把洗液中的K2Cr2O7还原，洗液将失效。

在用洗液以前，仪器中的水份也必须吹干，不然，水把洗液稀释，去污效果也将大大降低。

（2）测定溶剂流出时间将恒温水浴调节至25(或30)±0.1℃。

在粘度计(见图2—2)B、C管上小心地接上医用橡皮管，用铁夹夹好粘度计，放入恒温水浴，使毛细管垂直于水面，并使水面浸没a线上方的球。

用移液管从A管注入10mL溶剂(滤过)，恒温10min后，用夹子(或用手)夹住C管橡皮管使不通气，而将接在B管的橡皮管用注射器抽气，使溶剂吸至a线上方的球一半时停止抽气。

先把注射器拔下，而后放开C管的夹子，空气进入D球，使毛细管内溶剂和A管下端的球分开。

这时水平地注视液面的下降，用停表记下液面流经a和b线的时间，此即为t0。

重复三次以上，误差不超过0.2s。

取其平均值作为t0。

然后将溶剂倒出，粘度计烘干。

（3）仪器常数A和B值的确定订定的方法通常有三种：（1）用两种标准液体在同一温度下分别测其流出时间；（2）用一种标准液体在不同温度下测其流出时间；（3）用一种标准液体在不同外压下(同一温度)测其流出时间。

本实验选用第(1)法，标准液体选用甲苯和丙酮，其密度、粘度值已给出。

（4）溶液的配制称取聚苯乙烯0.1800-0.2000g(准确至0.1mg)，小心倒入25ml容量瓶中，加入约20ml甲苯，使其全部溶解。

溶解后稍稍摇动，置恒温水浴中恒温，用甲苯稀释到刻度，再经砂芯漏斗滤入另一只25ml无尘干净的容量瓶中，它和无尘的纯甲苯(100ml容量瓶)同时放入恒温水浴待用。

配制溶液也可用下法：把样品称于25ml容量瓶中，加10ml溶剂，溶解摇匀，用2号砂芯漏斗滤入另一只同样的容量瓶中，用少量溶剂把第一只容量瓶和漏斗中的聚合物洗至第二只容量瓶中，洗三次，务必洗净，但总体积切勿超过25ml，然后把后一只容量瓶置恒温水浴中，稀释至刻度。

（5）溶液流出时间的测定用移液管吸取10ml溶液注入粘度计，粘度测定如前。

测得溶液流出时t1。

然后再移入5ml溶剂，这时粘度计内的溶液浓度是原来的2/3，将它混合均匀，并把溶液吸至a线上方的球一半，洗两次，再用同法测定t2。

同样操作再加入5、10、10ml溶剂，分别测得t3、t4、t5，并填入下表：试样：聚苯乙烯，溶剂：甲苯，浓度：，粘度计号码：i.d 0.5mm，温度：25℃。

结果处理－外推法为作图方便，设溶液初始浓度为c 。

，真实浓度0'c c c =，依次加入5、5、10、10 ml 溶剂稀释后的相对浓度各为2/3、1/2、1/3、1/4(以'c 表示)，计算r η、r ηln 、'/ln c r η、sp η、'/c sp η，并填入表内。

如图2－3，分别作''/ln c c r -η和''/c c sp -η图，可以坐标纸12格为相对浓度横坐标(即1'=c )，则其他各点就相应于8、6、4、3格处。

外推得到截矩A ，那么：特性粘数][η=截距A/初始浓度c 0，又已知αηKM =][，特性粘度单位：dl/g ，式中，K=1.7*10-4；α＝0.69；那么，=-ηM图2－3 特性粘度的确定5 注意事项（1）粘度计必须洁净，聚丙烯酰胺溶液中若有絮状物不能将它移入粘度计中。

（2）实验过程中恒温槽的温度要恒定，溶液每次稀释混合均匀，恒温后才能测量。

实验3 膨胀计法测定玻璃化温度1 实验目的（1）掌握膨胀计法测定聚合物玻璃化温度的方法。

（2）了解升温速度对玻璃化温度的影响。