实验5苯乙烯自由基悬浮聚合

苯乙烯自由基悬浮聚合
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
悬浮聚合实质上是借助于较强烈的搅拌和悬浮剂的作用，通常将不溶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0.01～5 mm的小液滴的形式进行的本体聚合。

在每个小液滴内，单体的聚合过程和机理与本体聚合相似。

悬浮聚合解决了本体聚合中不易散热的问题，产物容易分离，清洗可以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，作为热传导介质。

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。

a．水溶性高分子，如天然物：明胶（gelatin），淀粉（starch）；
合成物：聚乙烯醇（PVA）等。

b．难溶性无机物，如：BaSO
4，BaCO
3
，CaCO
3
，滑石粉，粘土等。

c．可溶性电介质：NaCl，KCl，Na
2SO
4
等。

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

三．主要仪器和试剂
实验仪器：
三口瓶（250ml）×1，球形冷凝管×1，电热锅×1，搅拌马达与搅棒×1，
温度计（100℃）×1，量筒（100ml）×1，锥形瓶（100ml）×1，三角漏斗×1
实验试剂：
苯乙烯单体，过氧化二苯甲酰（BPO），聚乙烯醇（PVA），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0.3g 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；配置2%的PVA溶液。

3．再将15 ml 2 % 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1小时内，将温度慢慢加热至85-90℃，并保持此温度聚合反应1.5-2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。

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。

六．思考题
（1）分散剂作用原理是什么？其用量大小对产物粒子有何影响？
（2）悬浮聚合对单体有何要求？聚合前单体应如何处理？。