高分子科学实验

1．搅拌在聚醋酸乙烯乳液生产中的作用？
2．为什么要严格控制单体滴加速度和聚合反应温度？
六、注意事项
1．单体醋酸乙烯酯是一种低分子量的合成树脂，具有酸性气味，外观为无色的液体，不溶于水。沸点71～73℃。高度易燃，应远离火种存放。使用时应避免吸入蒸气。
2．本实验添加的聚乙烯醇具有保护胶体的作用，用量应控制为单体量的2%～4%。
四、实验步骤
1．安装好实验装置，检查电动搅拌器是否正常工作。
2．将称量好的6克乳化剂聚乙烯醇、1克助乳化剂OP-10、78克去离子水加入三颈瓶中，开启搅拌器，溶解后加入单体20克。用5毫升水溶解1克的过硫酸铵溶液，一半加入三颈瓶中，加热。
3．控制瓶内温度为65℃～70℃。将40g单体醋酸乙烯酯加入滴液漏斗，匀速地往瓶中滴加，控制在30min加完。
七、思考题
1.聚乙烯醇在反应中起什么作用？为什么要与乳化剂OP-10混合使用？
2.为什么大部分的单体和过硫酸铵用逐步滴加的方式加入？
3.过硫酸铵在反应中起什么作用？其用量过多或过少对反应有何影响？
4.为什么反应结束后要用碳酸氢钠调整pH为5~6？
实验四乙酸乙烯酯的溶液聚合
1.实验目的
（1）掌握溶液聚合的特点，增强对溶液聚合的感性认识。
要使界面聚合反应成功地进行，需要考虑的因素有：将生成的聚合物及时移走，以使聚合反应不断进行；采用搅拌等方法提高界面的总面积；反应过程有酸性物质生成，则要在水相中加入碱；有机溶剂仅能溶解低分子量聚合物；单体最佳浓度比应能保证扩散到界面处的两种单体为等摩尔比时的配比，并不是1：1。
本实验根据试剂情况采用二元胺与二元酰氯的不搅拌界面缩聚方法。反应如下
高分子科学实验
材料科学与工程学院
高分子教研室
2015-01-01
(一)高分子化学实三乙酸乙烯酯的乳液聚合
实验四乙酸乙烯酯的溶液聚合
实验五聚乙酸乙烯酯的碱解
实验六聚乙烯醇的缩甲醛反应
实验七苯乙烯悬浮聚合
实验八强酸离子交换树脂的合成及性能测定
实验九 -氰基丙烯酸酯的阴离子聚合
仪器：水浴锅、天平（准确到万分之一克）、烧杯、量筒10ml、试管5支、试管架、胶头滴管。
四、试验步骤
1．依次向5支试管中加入甲基丙烯酸甲酯2ml。
2．用天平称取过氧化苯甲酰，其重量分别为甲基丙烯酸甲酯的0.0％、0.2％、0.4％、0.6％、0.8％。
3．将称量好的过氧化苯甲酰按顺序倒入试管中，并封口摇匀。
实验十植物废弃物中提取果胶
实验十一丙烯酰胺溶液聚合
实验一甲基丙烯酸甲酯的本体聚合
一、目的要求
1．认识并了解本体聚合及其反应原理
2．了解反应速度与引发剂用量及反应温度的关系
二、基本原理
本体聚合又称为块状聚合，它是在没有任何介质的情况下，单体本身在微量引发剂的引发下聚合，或者直接在热、光、辐射线的照射下引发聚合。本体聚合的优点是:生产过程比较简单，聚合物不需要后处理，可直接聚合成各种规格的板、棒、管制品，所需的辅助材料少，产品比较纯净。但是，由于聚合反应是一个链锁反应，反应速度较快，在反应某一阶段出现自动加速现象，反应放热比较集中；又因为体系粘度较大，传热效率很低，所以大量热不易排出，因而易造成局部过热，使产品变黄，出现气泡，而影响产品质量和性能，甚至会引起单体沸腾爆聚，使聚合失败。因此，本体聚合中严格控制不同阶段的反应温度，及时排出聚合热，乃是聚合成功的关键问题。
聚合反应采用引发剂，按自由基聚合的反应历程进行聚合，主要聚合反应式如下：
在乳液聚合中，为了使聚合反应平稳地进行，通常都需要将单体和引发剂分批次加入，或者采用连续滴加的方式。本实验分两步加入少许的单体、引发剂和和乳化剂进行预聚合，可生成很小的乳胶粒子，再滴加单体，在一定的搅拌条件下使其在原来形成的乳胶粒子上继续生长得到的乳胶粒子，不仅粒度较大，而且粒度分布均匀。这样保证了乳胶在分子量较大时仍具有较低的黏度。聚乙烯醇具有保护胶体的作用，用量为单体量的2%～4%。
4．将摇匀的5支试管连同试管架放入水浴锅中，每隔10min时间观察是否反应。
5．对反应现象仔细观察并详细记录。
6．试验结束，清理试验台，摆好物品。
五、思考题
1.在本体聚合反应过程中，为什么必须严格控制不同阶段的反应温度?
实验二界面聚合
一、实验目的
1、掌握界面缩聚反应原理、方法、类别、特点。
2、加深对界面缩聚过程和特点的理解。
二、实验原理
在缩聚反应中，以高活性单体代替活性较低的单体，聚合可在较低的温度下完成。这类反应具有不平衡缩聚的反应特征。
界面缩聚是缩聚反应的特有实施方式，将两种单体分别溶解于互不相溶的两种溶剂中，聚合反应只在两相溶液的界面上进行。界面缩聚可分成搅拌界面缩聚、不搅拌界面缩聚、可溶界面缩聚。
界面聚合具有不同于一般的逐步聚合反应机理。单体由溶液扩散到界面，主要与聚合物分子链端的官能团反应。通常聚合反应在界面的有机相一侧进行，如二元胺与二元酰氯的聚合反应。界面聚合具有以下特征：两种反应物并不需要以严格的当量比加入；高分子量聚合物的生成与总转化率无关；界面聚合反应一般是受扩散控制的反应。
对于不同的单体来讲，由于其聚合热不同、大分子活性链在聚合体系中的状态(伸展或卷曲)的不同；凝胶效应出现的早晚不同、其程度也不同。并不是所有单体都能选用本体聚合的实施方法，对于聚合热值过大的单体，由于热量排出更为困难，就不易采用本体聚合，一般选用聚合热适中的单体，以便于生产操作的控制。甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯的聚合热分别为56.5 kJ/mol和69.9 kJ/mol，它们的聚合热是比较适中的，工业上已有大规模的生产。大分子活性链在聚合体系中的状态，是影响自动加速现象出现早晚的重要因素，比如，在聚合温度50℃时，甲基丙烯酸甲酯聚合出现自动加速现象时的转化率为10%~15%，而苯乙烯在转化率为30%以上时，才出现自动加速现象。这是因为甲基丙烯酸甲酯对它的聚合物或大分子活性链的溶解性能不太好，大分子在其中呈卷曲状态，而苯乙烯对它的聚合物或大分子活性链溶解性能要好些，大分子在其中呈比较伸展的状态。以卷曲状态存在的大分子活性链，其链端易包在活性链的线团内，这样活性链链端被屏蔽起来，使链终止反应受到阻碍，因而其自动加速现象出现的就早些。由于本体聚合有上述特点，在反应配方及工艺选择上必然是引发剂浓度和反应温度较低，反应速度比其他聚合方法为低，反应条件有时随不同阶段而异，操作控制严格，这样才能得到合格的制品。
非离子型乳化剂不存在三相平衡点而只存在“浊点”。所谓浊点是指非离子型乳化剂具有乳化作用的最高温度，高于此温度时乳化剂与水发生相分离而沉淀析出，不再具有乳化作用，所以选择非离子型乳化剂时必须选择浊点高于聚合反应温度的乳化剂。
在乳液聚合中，有两种粒子成核过程，即胶束成核和均相成核。醋酸乙烯酯为水溶性较大单体，28℃下在水中溶解度为2.5％。因此它主要以均相成核形成乳胶粒。均相成核即水相聚合生成的短链自由基在水相中沉淀出来。沉淀粒子从水相和单体滴液吸附乳化剂分子而稳定。接着又扩散入单体，形成乳胶粒的过程。
当本体聚合至一定阶段后，体系粘度大大增加，这时大分子活性链移动困难，但单体分子的扩散并不受多大的影响，因此，链引发、链增长仍然照样进行，而链终止反应则因为粘度大而受到很大的抑制。这样，在聚合体系中活性链总浓度就不断增加，结果必然使聚合反应速度加快。又因为链终止速度减慢，活性链寿命延长，所以产物的相对分子质量也随之增加。这种反应速度加快，产物相对分子质量增加的现象称为自动加速现象(或称凝胶效应)。反应后期，单体浓度降低，体系粘度进一步增加，单体和大分子活性链的移动都很困难，因而反应速度减慢，产物的相对分子质量也降低。由于这种原因，聚合产物的相对分子质量不均一性(相对分子质量分布宽)就更为突出，这是本体聚合本身的特点所造成的。
临界胶束浓度CMC、亲水亲油平衡值HLB和三相平衡温度是乳化剂最重要的三个性能指标。将能够形成胶束的最低乳化剂的浓度称为“临界胶束浓度”。亲水亲油平衡值HLB的大小反应乳化剂的亲水、亲油性倾向的相对大小；三相平衡温度则是乳化剂在水中能够以分子分散、胶束和凝胶（即未完全溶解的乳化剂）三种状态稳定存在的最低温度。高于此温度时凝胶完全溶解胶束，体系中只存在分子分散和胶束两种分散状态的乳化剂，此时的乳液就相当稳定；低于此温度时凝胶析出，胶束浓度大大降低从而失去乳化作用，因此必须选择三相平衡点低于聚合反应温度的乳化剂才能够保证乳液聚合反应顺利进行。
在聚合过程中，引发剂的比例越高，在同等条件下生成的初级自由基越多，从而导致聚合的速度也越快。
链引发：
链增长：
链终止：
聚甲基丙烯酸甲酯为无定形聚合物，具有高度的透明性，因此又称为有机玻璃。聚甲基丙烯酸甲酯具有较好的耐冲击强度与良好的耐低温性能，是航空工业与光学仪器制造业的重要材料。
三、仪器与药品
药品：甲基丙烯酸甲酯MMA（分析纯已精制）、过氧化苯甲酰BPO（分析纯用重结晶法已精制）。
二、实验原理
乳液聚合是指单体在溶解有乳化剂的分散介质中被分散为增溶胶束，在水溶性引发剂作用下进行的聚合反应。
乳化剂是高分子乳液聚合的重要成份，乳化剂的选择十分重要。作为表面活性剂，可有利于降低单体与水的表面张力，增加单体在水中的溶解度，形成胶束和乳液单体液滴。常用乳化剂除聚乙烯醇外，还有乳化剂OP (聚氧乙烯辛酚醚)和聚氧乙烯蓖麻油等。通常使用复合型乳化剂。乳化剂用量通常为0.3%～0.5%。
（2）通过实验了解聚醋酸乙烯酯的聚合特点。
2.实验原理
溶液聚合是将单体和引发剂溶于适当的溶剂中，在溶液状态下进行的聚合反应。根据聚合产物是否溶于溶剂可分为均相溶液聚合和沉淀溶液聚合。
溶液聚合一般具有反应均匀、聚合热易散发、反应速度及温度易控制、分子量分布均匀等优点。溶液聚合单体被稀释，聚合反应速率慢，在聚合过程中存在向溶剂链转移的反应，使产物分子量降低，而且如果产物不能直接以溶液形式应用的话，还需增加溶剂分离与回收后处理工序，加之溶液聚合的设备庞大，利用率低，成本较高。因此，在选择溶剂时必须注意溶剂的活性大小。各种溶剂的链转移常数变动很大，水为零，苯较小，卤代烃较大。一般根据聚合物分子量的要求选择合适的溶剂。另外，还要注意溶剂对聚合物的溶解性能，选用良溶剂时，反应为均相聚合，可以消除凝胶效应，遵循正常的自由基动力学规律。选用沉淀剂时，则成为沉淀聚合，凝胶效应显著。产生凝胶效应时，反映自动加速，分子量增大，劣溶剂的影响介于其间，影响程度随溶剂的优劣程度和浓度而定。