苯乙烯的悬浮聚合

苯乙烯的悬浮聚合

一、实验目的

1．通过对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

苯乙烯在水和分散剂作用下分散成液滴状，在油性引发剂过氧化二苯甲酰引发下进行自由基聚合，其反应历程如下：

悬浮聚合是由烯类单体制备高聚物的重要方法，由于水为分散介质，聚合热可以迅速排除，因而反应温度容易控制，生产工艺简单，制成的成品呈均匀的颗粒状，故又称珠状聚合，产品不经造粒可直接加工成型。

苯乙烯是一种比较活泼非单体，容易进行聚合反应。苯乙烯在水中的溶解度很小，将其倒入水中，体系分成两层，进行搅拌时，在剪切力作用下单体层分散成液滴，界面张力使液滴保持球形，而且界面张力越大形成的液滴越大，因此在作用方向相反的搅拌剪切力和界面张力作用下液滴达到一定的大小和分布。而这种液滴在热力学上是不稳定的，当搅拌停止后，液滴将凝聚变大，最后与水分层，同时聚合到一定程度以后的液滴中溶有的发黏聚合物亦可使液滴相黏结。因此，悬浮聚合体系还需加入分散剂。

悬浮聚合实质上是借助于较强烈的搅拌和悬浮剂的作用，将单体分散在单体不溶的介质中，单体以小液滴的形式进行本体聚合，在没一个小液滴内，单体的聚合过程与本体聚合相似，遵循自由基聚合一般机理，具有与本体聚合相同的动力学过程。由于搅拌和悬浮剂作用，单体被分散成细小液滴，因此悬浮聚合又有其独到之处，即散热面积大，防止了在本体聚合中出现的不易散热的问题。由于分散剂的采用，最后的产物经分离纯化后可得到纯度较高的颗粒状聚合物。

其主要组分有四种：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（styrene）、醋酸乙烯酯（vinyl acetate）、甲基丙烯酸酯（methyl methacrylate）等。

2．分散介质

分散介质大多为水，作为热传质介质。

3．悬浮剂

调节聚合体系的表面张力、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（gelatin）、淀粉（strch）；合成物：聚乙烯醇（PVA）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、NaSO4等。

4．引发剂

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

三、实验仪器及药品

2．主要仪器

250mL三口烧瓶一只，电动搅拌器一套，球形冷凝管一只，0~100℃温度计一只，温度计套管,加热套一套（恒温水浴锅），布氏漏斗，抽滤瓶×1，100mL锥型瓶一个,四氟密封塞, 100mL量筒

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0.3g BPO和16ml苯乙烯加入100ml锥形瓶中，轻轻摇动至溶解后加入250ml三口烧瓶中；

3．再将7-8 ml 0.3% PVA溶液和130ml去离子水冲洗锥形瓶与量筒后加入250ml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。

六、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

凝胶渗透色谱测定聚合物的分子质量

一、实验目的

1. 了解凝胶渗透色谱的原理；

2. 了解凝胶渗透色谱的仪器构造和凝胶渗透色谱的

实验技术；

3. 测定聚苯乙烯样品的相对分子质量分布。

二、实验原理

凝胶渗透色谱（Gel Permeation Chromatography，简称GPC）也称为体积排除色谱（Size Exclusion Chromatography，简称SEC）的作用是分离同一聚合物中不同相对分子质量的高分子组分。

实验证明淋洗体积和聚合物相对分子质量有如下关系：

lnM=A-BVe或lgM=A´-B´V

式中M为高分子组分的相对分子质量，A、B（或A´、B´）与高分子链结构、支化以及溶剂温

度等影响高分子在溶液中的体积的因素有关，也与色谱的固定相、体积和和操作条件等仪器因素有关。

三、仪器和试剂

1. 组合式GPC/SEC 仪（美国Waters 公司），电子天平，13mm 微孔过滤器，配样瓶，注射针筒等。

2. 四氢呋喃（AR ）（淋洗液），悬浮聚合的聚苯乙烯（被测样品），窄相对分子质量分布的聚苯乙烯（标准样品）。

四、准备工作

1. 样品配制

2. GPC/SEC 的标定

五、实验步骤

1. 仪器观摩

2. 样品测定

六、数据处理

式中，H i 是切割快的高度。

∑∑∑=

==i

i

i

i

i

n i i

i n H

H H

M W M 11

∑∑∑=

==i

i i

i

i n

i i

i w H

M

H M W M 1