高分子化学实验讲义
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实验一甲基丙烯酸甲酯的本体聚合
一、实验目的
1.了解自由基本体聚合的特点和实施方法。
2.熟悉有机玻璃的制备方法,了解其工艺过程。
二、实验原理
本体聚合是在不加溶剂与介质条件下单体进行聚合反应的一种聚合方法。与其它聚合方法如溶液聚合、乳液聚合等相比,本体聚合可以制得较纯净、分子量较高的聚合物,对环境污染较低。
在本体聚合中,随着转化率的提高,聚合物的黏度增大,反应所产生的热量难于散发,同时增长链自由基末端被黏性体系包埋,很难扩散,使得双基终止速率大大降低,聚合速率急剧增加,从而导致出现“自加速现象”或“凝胶效应”。这些都将引起聚合物分子量分布增宽,并影响制品性能。
本实验以甲基丙烯酸甲酯为单体,在引发剂的存在下,通过本体聚合法,一步制备有机玻璃板。在实验中,为了避免因体系黏度增大导致的体系热量积聚、“自动加速现象”可能引起的爆聚及聚合体系体积收缩等问题,一般采用预聚合的方法,严格控制反应温度,降低聚合反应速率,从而使聚合反应安全度过“危险期”,进一步提高聚合温度,完成聚合反应。
三、主要药品和仪器
甲基丙烯酸甲酯(MMA—单体)20 ml
过氧化二苯甲酰(BPO—引发剂)0.04 g
锥形瓶(50mL)1个
胶塞1个
恒温水浴1套
试管夹1个
四、实验步骤
1.预聚合
在50mL锥形瓶中加入20mLMMA及BPO,瓶口用胶塞盖上或直接用铝箔封口,用试管夹夹住瓶颈在85~90 o C的水浴中不断摇动,进行预聚合约1h,注意观察体系的黏度变化,当体系黏度变大,但仍能顺利流动时(黏度近似室温下的甘油),结束预聚合。
2.浇铸灌模
将以上制备的预聚液小心地倒入一次性纸杯,盖上盖子,浇灌时注意防止锥形瓶外的水珠滴入。
3.后聚合
将灌好预聚液的纸杯放入45~50 o C的水浴中反应约48小时,注意控制温度不能太高,否则易使产物内部产生气泡。然后再在烘箱中升温至100~105 o C反应2~3h,使单体转化完全,完成聚合。
4.取出所得有机玻璃板,观察其透明性,是否有气泡。
五、思考题
1.采用预聚制浆有什么好处?
2.怎样防止有机玻璃中产生气泡?
3.写出MMA聚合反应历程。
实验二醋酸乙烯酯的乳液聚合
概述
聚醋酸乙烯酯乳液( Polyvinyl acetate, 简称PV Ac)最重要的应用是作为胶粘剂,它除了具有粘接强度大、耐久性好、粘结层坚韧、使用温度范围宽、制造成本低廉外,还具有其他胶粘剂不可比拟的无毒、无腐蚀和优良的环保性能,在胶粘剂中所占的比例也越来越大。被广泛用于木材加工、家具组装和建筑装潢等领域。
PV Ac乳液也存在一些缺点,主要是耐水性差,在湿热条件下其粘接强度会有很大程度下降,其成膜的抗蠕变性差。因此,为了更好满足市场的要求,扩大其应用范围,许多研究者对PV Ac乳液进行改性。主要集中在共混、共聚、保护胶体、乳化体系和引发体系等方面。
一、实验目的
1.学习乳液聚合方法,制备聚醋酸乙烯酯乳液。
2.了解乳液聚合机理及乳液聚合中各个组分。
二、实验原理
乳液聚合是指单体在乳化剂的作用下分散在介质中,加入水溶性引发剂,在搅拌或振荡下进行的非均相聚合反应。它既不同于溶液聚合,也不同于悬浮聚合。乳化剂是乳液聚合的主要成分。乳液聚合的引发、增长和终止都在胶束的乳胶粒内进行,单体液滴只是单体的储库。反应速率主要决定于粒子数,具有快速与分子量高的特点。
醋酸乙烯酯乳液聚合机理于一般乳液聚合相同,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。聚合中常用的乳化剂是聚乙烯醇。实际中还常把两种乳化剂合并使用,乳化效果和稳定性比单一用一种好。本实验采用聚乙烯醇和OP-10两种乳化剂。
三、主要药品和仪器
乙酸乙烯酯32 ml
蒸馏水28 ml
10%聚乙烯醇水溶液30 ml
OP-10(烷基酚的环氧乙烷缩合物)0.8 ml
过硫酸钾(KPS)0.1 g
三颈瓶(250ml)1个
冷凝管1支
搅拌器1套
滴液漏斗50ml 1支
量筒(10ml、50ml、100ml)各1支
烧杯50ml 1个
温度计2支
恒温水浴1套
四、实验步骤
图1 乳液聚合实验装置图
先在50ml烧杯中将KPS溶于8ml水中。另装有搅拌器、冷凝管和恒压滴液漏斗的三颈瓶中加入30ml聚乙烯醇溶液,0.8ml乳化剂OP-10,20ml蒸馏水,5ml乙酸乙烯酯和2mlKPS 水溶液,开动搅拌,加热水浴,控制反应温度为70 o C,在约2h内由冷凝管和恒压滴液漏斗分次滴加完剩余的单体和引发剂,保持温度反应到无回流时,逐步将反应温度升到90 o C,继续反应(约0.5~1h)至无回流时,撤去水浴,冷却至室温、出料。观察乳液外观,称取约0.5g乳液放入烘箱在90 o C干燥,称取残留的固体质量,计算固含量。
固含量=(固体含量/乳液质量)×100%
五、思考题
1.乳化剂的作用?
2.本实验操作应注意哪些问题?