高分子化学实验(20122)剖析

高分子化学实验

（讲义）

适用专业：材料科学与工程

常熟理工学院化学与材料工程学院

2012-02-15

目录

实验一界面缩聚法制备尼龙610 (3)

实验二线型缩聚反应及脂肪族聚酯的合成 (6)

实验三甲基丙烯酸甲酯的本体聚合 (9)

实验四丙烯酰胺水溶液聚合 (11)

实验五苯乙烯单体的精制及悬浮聚合法制备聚苯乙烯珠粒 (14)

实验六苯乙烯—顺丁烯二酸酐共聚物的制备 (17)

实验七膨胀计法研究苯乙烯本体自由基聚合微观动力学 (19)

实验八醋酸乙烯溶液聚合 (22)

实验九聚乙烯醇(PVA)的制备——聚醋酸乙烯(PVAC)的醇解 (25)

实验十聚乙烯醇缩甲醛(胶水)的制备 (28)

实验十一甲基丙烯酸甲酯的自乳化聚合 (30)

实验十二木材粘结用环保型脲醛树脂的合成及胶合性能的测定 (33)

实验十三聚氨酯泡沫多孔材料的制备 (37)

实验十四四氢呋喃阳离子开环聚合 (40)

实验十五线型酚醛树脂的制备及固化 (43)

实验十六强酸型阳离子交换树脂的制备及其交换量的测定 (45)

实验十七双酚A型环氧树脂的制备、固化及环氧值的测定 (50)

实验一界面缩聚法制备尼龙610

一、实验目的

1、了解界面缩聚的原理及特点；

2、掌握界面缩聚法制备尼龙610的方法；

二、学时：3

三、实验原理

界面缩聚的基本反应是 Schotten – Baumann 反应，为低温常压下制备聚酰胺的方法之一。其反应式如下：

x H

2N(CH

2

)

n

NH

2

+ x ClOC(CH

2

)

m

COCl →

[NH(CH

2

)

n

NHCO(CH

2

)

m

CO]

x

+ 2x HCl

将癸二酰氯溶于有机相（如四氯化碳及氯仿等），己二胺溶于水相，并在水中加入适量的碱作为酸的接受体，当互不相容的有机相和水相互接触时，在稍偏向有机相的界面处立即起缩聚反应，生成的聚合物不溶于任何一相而沉淀出来，产生的小分子（如氯化氢）被水中的碱中和。因此这是一种不可逆的非平衡缩聚反应。将界面处的薄膜拉起，或在高速剪切速率下搅拌，不断移去旧界面，产生新界面而连续缩聚，直至其中一相反应物耗尽为止。拉丝法界面缩聚如图所示：

二元酰氯是高反应活性的单体，二元胺上含有活泼氢，它们之间发生酰胺化反应的速度远远大于二胺向有机相扩散的速度以及二酰氯向界面扩散的速度，因此在界面处低聚物之间迅速反应成为高聚物，其聚合度的大小与界面处反应物

浓度有关，与总的反应程度无关，也不严格要求反应物官能团之间以等当量，产物的分子量比一般熔融缩聚产物要高的多，而且无副反应。

Nylon，英文名称Polyamide（简称PA），是分子主链上含有重复酰胺基团—[NHCO]—的热塑性树脂总称。包括脂肪族PA，脂肪—芳香族PA和芳香族PA。

PA具有良好的综合性能，包括力学性能、耐热性、耐磨损性、耐化学药品性和自润滑性，且摩擦系数低，有一定的阻燃性，易于加工，适于用玻璃纤维和其它填料填充增强改性，提高性能和扩大应用范围。PA的品种繁多，有PA6、PA66、PAll、PAl2、PA46、PA610、PA612、PAl010等，以及近几年开发的半芳香族尼龙PA6T和特种尼龙等很多新品种。由于尼龙具有很多的特性，因此，在汽车、电气设备、机械部构、交通器材、纺织、造纸机械等方面得到广泛应用。

尼龙610是半透明、乳白色结晶型热塑性聚合物，性能介于PA6和PA66之间，但相对密度小，具有较好的机械强度和韧性；吸水性小，因而尺寸稳定性好；耐强碱，比PA6和PA66更耐弱酸，耐有机溶剂，但也溶于酚类和甲酸中；属自熄性材料。作为重要的工程塑料，尼龙610(PA610)可用于制作各种结构件。广泛用于机械制造（汽车用齿轮、衬垫、轴承、滑轮等）、精密部件、输油管、储油容器、传动带、仪表壳体、纺织机械部件等。

四、实验器材与药品

仪器：

铁夹台及铁夹、烘箱、注射器（2-5ml）、镊子、烧杯（200ml）、温度计、精密天平（0.0001g）、托盘天平、量筒（100ml）、玻璃棒

药品：

癸二酰氯、氢氧化钠、蒸馏水、四氯化碳、盐酸

五、实验步骤

在一只200ml 烧杯中，加入 2.52 g ( 0.02 mol ) 的己二胺和 3.0 g ( 0.75 mol ) 氢氧化钠，溶于 50 ml 蒸馏水中，混合均匀。

在另一只烧杯中加入 50 ml 四氯化碳，用注射器抽取 2.0 ml ( 2.24 g , 0.009 mol ) 癸二酰氯溶于其中，混合均匀。

将己二胺水溶液顺着烧杯内壁慢慢地倾入癸二酰氯的四氯化碳溶液中。此时在界面处立即形成聚酰胺薄膜。

用干净的镊子轻轻拉出薄膜，将它绕在园棒上，连续不断地拉出使其成为长线，直至一相中的原料耗尽为止。

用 3％的稀盐酸水溶液洗涤尼龙线，在用水洗涤，凉干，80 ℃干燥30 min 以上，得到白色的尼龙－610 长线。称重，计算产率。

六、问题与讨论

1、界面缩聚的特点是什么？

2、要得到高分子量的尼龙－610 ，在实验中应注意哪些问题？

3、在水相中加入的碱偏少，对反应及产物有怎样的影响，为什么？

实验二 线型缩聚反应及脂肪族聚酯的合成

一、实验目的

1、掌握熔融缩聚合成线型聚酯的原理和实验方法；

2、了解影响平衡缩聚的因素及控制方法。

二、学时：4

三、实验原理

低分子量聚己二酸乙二醇酯（PEA ）由己二酸与过量乙二醇酯化生成的饱和聚酯多元醇。是配制聚氨酯涂料用的一种羟基树脂。

聚己二酸乙二醇酯是一种具有良好生物降解性的脂肪族聚酯树脂，结晶度低，分子链段柔软。但较低分子量的PEA 其热稳定性及物理机械性能较差，限制了它在降解材料领域的应用。近年来，高分子量PEA 成为可降解高分子材料研究的热点。

聚酯化熔融缩聚反应的平衡常数 K ≈4 ，属于平衡缩聚反应。在实验中通过蒸馏的方法不断排出低分子副产物水，不断促使平衡向生成产物的方向移动，此时反应符合不可逆条件，有利于聚酯产物的生成。

己二酸和乙二醇的缩聚反应如下：

HOOC (CH 2)4COOH HO CH 2CH 2OH

n

n n ++(CH 2)4C CH 2CH 2O C OH O

O O H H 2O

(2n-1) 通过测定 t 时刻的出水量及不同时段的出水快慢，可以粗略地判断平衡缩聚反应进行的程度和反应在不同阶段的速率。

在反应过程中采用不断逐步升温的办法反应，目的是提高水的馏出速度，加快反应进程。

反应结束后，冷却至室温，注意观察生产物线型聚酯的外观和粘度。