实验一 苯乙烯自由基悬浮聚合

实验一苯乙烯自由基悬浮聚合

一. 实验目的

（1）通过苯乙烯单体的悬浮聚合实验，了解自由基悬浮聚合的方法和配方中各组分的作用。

（2）学习悬浮聚合的操作方法。

（3）通过聚合对聚合物颗粒均匀性和大小的控制，了解分散剂、升温速度、搅拌形式与搅拌速度对悬浮聚合的重要性。

二. 实验原理

悬浮聚合实质上是借助于较强烈的搅拌和悬浮剂的作用，通常是将不容于水的单体分散在介质水中，利用机械搅拌，将单体打散成直径为0.01~5mm的小液滴的形式进行本体聚合。在每一个小液滴内，单体的聚合过程和机理与本体聚合相似。悬浮聚合解决了本题聚合中不易散热的问题，产物易分离，清洗可以得到纯度较高的颗粒状聚合物。

主要组分有四种：单体、分散介质（水）、悬浮剂、引发剂。

1.单体：单体不溶于水，如苯乙烯、醋酸乙烯酯、甲基丙烯酸酯等。

2.分散介质：分散介质大多为水，作为热传导介质。

3.悬浮剂：调节悬浮聚合的表面张力、粘度、避免单体液滴在水相中粘结。

（1）水溶性高分子，如：天然物：明胶、淀粉；合成物：聚乙烯醇等。

（2）难溶性无机物，如：BaSO4、BaCO3、CaCO3滑石粉，粘土等。

（3）可溶性电介质：NaCl、KCl、Na2SO4等。

4.引发剂：主要为油溶性引发剂：过氧化二苯甲酰(BPO)，偶氮二异丁腈(AIBN)等。

三. 主要仪器和试剂

1.实验仪器：

三口瓶(500mL)×1，球形冷凝管×1，电热锅搅拌马达与搅拌棒×1，温度计(200℃)×1，量筒(100mL, 10mL)×1，锥形瓶(100mL)×1，布氏漏斗×1，抽滤瓶×1。

2.实验试剂：

苯乙烯单体，过氧化二苯甲酰BPO，聚乙烯醇（PV A），去离子水。

四．实验步骤

1. 架好带有冷凝管、温度计、三口烧瓶的搅拌装置，如图1－1所示；

2. 分别将0.45g BPO和24mL苯乙烯加入100mL锥形瓶中，轻轻摇动至溶解后加入500ml三口烧瓶中；

3. 再将11-12 mL 0.3% PVA溶液和200mL去离子水冲洗锥形瓶与量筒后加入500mL三口烧瓶中开始搅拌和加热；

4. 在半小时内，将温度慢慢加热至85-90℃，并保持此温度聚合反应2小时后，用吸管吸少量反应液于含冷水的表面皿中观察，若聚合物变硬可结束反应；

5. 将反应液冷却至室温后，过滤分离，反覆水洗后，在50℃下温风干燥后，称重。

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2

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3

图1-1 通用聚合装置图

1-搅拌器；2-球形冷凝管；3-500mL三口烧瓶；4-温度计

五．注意事项

1. 除苯乙烯外，其他可进行悬浮聚合的单体，还有氯乙烯（vinyl chloride），甲基丙烯酸甲酯（MMA），醋酸乙烯酯（VAc）等；

2. 搅拌太激烈时，易生成砂粒状聚合体；搅拌太慢时，易生成结块，附着在反应器内壁或搅拌棒上；

3. PVA难溶于水，必须待PVA完全溶解后，才可以开始加热；

4. 称量BPO采用塑料匙或竹匙，避免使用金属匙；

5. 是否能获得均匀的珍珠状聚合物与搅拌速度的确定有密切的关系。聚合过程中，不宜随意改变搅拌速度

六. 实验记录

1. 实验数据记录：

苯乙烯单体体积： 24ml 水的用量： 200ml 过氧化二苯甲酰质量： 0.45g 聚乙烯醇量： 3.4ml 1%的PVA 聚合时间： 2h50min 聚合温度： 89℃

聚合物质量：19.40g 产率：91%

2. 实验过程记录：

3:04 开始加热，溶液呈现无色透明

-3:28 加热到89℃，溶液由无色逐渐变为乳白色浑浊

-5:47 恒速恒温加热，溶液乳白色逐渐加深，胶头滴管吸取少量滴加到凉水中，出现分散的白色圆形球珠，但是很软

5:57 再次检测，发现聚乙烯球变硬了些，但是依然不够

6:10 发现聚乙烯球变硬，移去水浴锅，冷却后进行抽滤，洗涤，最后烘干

3. 讨论与问题

（1）影响颗粒大小的因素有哪些？

答：a、搅拌速度，速度要合适，慢了容易成块，过快则易于成沙

b、分散剂的量要足够，不然容易团聚

（2）搅拌速度的大小和变化，对历经的影响如何？

答：搅拌的速度要足够的大，速度大才能让聚合物分布均匀，避免团聚现象中途不能改变搅拌速度。因为速度的改变会让聚合的快慢，从而聚合受到影响，甚至出现导致失败