高分子化学实验

《高分子化学实验》实验教学指导书课程编号：1037051004

撰写人：黎华明高勇

审核人：戴文利

湘潭大学

化学学院

二○○七年十一月十六日

前言

一、实验总体目标

高分子化学实验可以加深学生对高分子化学基础知识和基本理论的理解；通过高分子化

学实验课程的学习，使学生能够熟练和规范地进行高分子实验的基本操作，掌握实验基本技

能和技术，为以后的科学研究工作打下坚实地基础。因此，高分子化学实验的教学重点是传

授高分子化学的基础知识和实验方法，训练学生科学研究方法和思维。本实验指导书着重强

化了综合实验，新增了设计实验部分。前者是想使学生得到包括高分子化学、高分子物理及

高分子仪器分析等总的高分子科学实验的锻炼，后者则是要加强学生对理论知识和实验能力

的综合运用，加强学生自主进行实验设计、实验实施、观察和总结的能力。

二、适用专业年级

适用专业：高分子材料科学与工程

适用年级：大学三年级

三、先修课程

《有机化学》，《有机化学实验》，《高分子化学》，《聚合物研究方法》。

四、实验项目及课时分配

实验项目实验要求实验类型每组人数实验学时

实验一甲基丙烯酸甲酯的本体聚合必修验证性 1 4 实验二聚乙烯醇缩甲醛的制备必修验证性 1 4

实验三甲基丙烯酸甲酯的悬浮聚合及聚合

物分子量测定

必修综合性 2 6

实验四苯乙烯的乳液聚合及单体转化率测

定

必修综合性性 2 6

实验五醋酸乙烯酯溶液聚合及聚乙烯醇的

制备

必修综合性 2 8

实验六苯乙烯－马来酸酐的共聚合剂共聚

物组成测定

必修综合性 2~3 8

实验七环氧树脂的制备及环氧值测定必修综合性 2~3 8

实验八甲基丙烯酸甲酯－苯乙烯悬浮共聚

合及共聚物组成测定

必修综合性 2~3 8

实验九苯乙烯原子转移自由基聚合选修研究创新性 2 8 实验十丙烯酸酯共聚实验设计选修设计性3～4 8

五、实验环境

实验室提供充分场地，配套设施（水、电及基础实验仪器）要齐全，而且要求实验室通风良好。

六、实验总体要求

通过该课程的学习，使学生加深对高分子科学基础理论的认识，培养学生正确、规范的实验操作技能，并对科学研究能有一个初步认识。

七、本课程实验的重点、难点及教学方法建议

本课程教学重点是传授高分子化学的基础知识和实验方法，训练学生科学研究方法和思维。本课程教学难点是培养学生具备运用高分子科学理论知识分析问题和解决问题的能力，并能对实验中现象与结论进行解释。教学方法与建议：高分子化学实验课程的学习以学生动手操作为主，辅以教师必要地指导和监督。一个完整的高分子化学实验由实验预习、实验操作和实验报告三部分组成。因此要求学生在实验前充分预习。预习过程要做到看、查、问和写。实验过程中要做到认真操作、仔细观察和真实记录。做完实验后要独立完成实验报告，整理实验记录和处理实验数据，能运用理论知识正确地解释实验现象。

实验一甲基丙烯酸甲酯的本体聚合

一、实验目的

1．熟悉和掌握本体聚合方法；

2．观察和熟悉其聚合反应过程中的“自动加速”现象。

二、实验原理和内容

本体聚合反应体系是由单体和引发剂组成，由于没有加入其它成分，因此产物纯度高，在均相体系中，产物透明度和电性能都很好。但由于无介质存在，热量难以散发；加之体系粘度不断增大，极易局部过热，反应不均，聚合物分子量分布加宽，甚至产物变黄，有时气泡残留再聚合物内而影响其性能。

本体聚合按聚合物能否溶解于单体中，分为两类：

1）聚合过程中形成的聚合物能溶于单体中的属于均相体系，产物纯度高，透明度好。甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、乙酸乙烯酯等属于此类。

2）聚合产物析出的则为非均相聚合或沉淀聚合。产物为不透明白色不规整的颗粒。乙烯、氯乙烯、偏氯乙烯、丙烯属于此类。

在本体聚合中，常常伴随体系的粘度增大而出现“自动加速现象”。这是由于粘度增大分子链（游离基）的扩散困难，而单体分子的扩散不受很大影响，这样就使得链终止反应降低，而使聚合反应速度加快，产物的分子量也急剧增加。

一般情况下，聚合物密度大于其单体的密度，因此在聚合过程中单体转变为聚合物时会发生体积收缩现象。本实验采用自由基本体聚合方法合成聚甲基丙烯酸甲酯，其反应式如下：

三、实验材料、药品和仪器

20 mL试管3支；10 mL刻度吸管；1000 mL烧杯；试管夹；温度计（1～100℃）2支；加热电炉；搅拌马达；调压器和温度指示控制仪等；甲基丙烯酸甲酯（新蒸）12 mL；过氧化二苯甲酰（BPO）0.06 g。

四、实验内容

1．取三支20 mL试管，洗净、烘干。

2．在三个干净的称量瓶中，一个称0.03 g过氧化二苯甲酰，另一个称0.02 g，第三个称0.01 g，各用4 mL单体将其溶解，再倒入试管中。

3．用包有铝薄的橡皮塞将试管盖上，置于70℃热水浴中（水浴中有搅拌）再缓慢升温

至75℃，观察试管中的反应现象；反应2-2.5 h。

五、复习思考题

1．根据实验结果定性说明上述反应条件对聚合反应速率的影响？

2．试用自由基聚合反应的基本理论知识解释上述实验现象。

六、实验注意事项

橡皮塞必须用聚四氟乙烯膜或铝箔包裹，以防止在聚合反应过程中甲基丙烯酸甲酯蒸气将橡皮塞中的添加物(如防老剂等)溶出，影响聚合反应；塞子只需轻轻盖上，不要塞紧，以防因温度升高时塞子冲出。

实验二聚乙烯醇缩甲醛的制备

一、实验目的

本实验通过聚乙烯醇（PV A）的缩醛化制备胶水，掌握聚乙烯醇缩醛化的反应原理，并了解高聚物官能团侧基反应的知识。

二、实验原理和内容

聚乙烯醇缩甲醛是利用聚乙烯醇与甲醛在盐酸催化作用下反应而制得的。其反应式可表示如下：

聚乙烯醇高分子链上的羟基不能全部进行缩醛化反应，会有一部分羟基残留下来，本实验是合成水溶性的聚乙烯醇缩甲醛胶水，反应过程中须控制较低的缩醛度，使产物保持水溶性。如若反应过于猛烈，则会造成局部高缩醛度，导致不溶性物质存在于胶水中，影响胶水质量。因此在反应过程中，要特别注意控制催化剂的用量，反应温度，反应时间及反应物比例等因素。

三、实验材料、药品和仪器清单

聚乙烯醇（PV A）；甲醛水溶液（40%工业甲醛）；盐酸；NaOH；三颈瓶；机械搅拌；加热电炉；调压器和温度指示控制仪；温度计；球形冷凝管；量筒；培养皿。

四、实验内容

1．在250 mL三口瓶中，加入90 mL去离子水，10 g PV A，在搅拌下升温至95℃，保持5 min溶解聚合物。

2．待PV A全部溶解后，于85℃左右加入3 mL甲醛，搅拌15 min，滴加1：4盐酸溶液，控制反应体系pH值2～3，升温至90℃反应，同时搅拌至反应体系逐渐变稠。当体系中出现气泡或有絮状物产生时，立即迅速加入1.5 mL 8%的NaOH溶液，调节pH值为7，冷却出料，所获得无色透明粘稠液体，即市售胶水。

五、复习思考题

为什么缩醛度增加，水溶性会下降？

六、实验注意事项

由于缩醛化反应程度较低，胶水里尚含有未反应的甲醛、产物里往往有甲醛的刺激性气味；此外缩醛基团在碱性环境下较稳定，故要调整胶水的pH值。