高分子化学实验,高化实验报告⑥苯乙烯-马来酸酐的共聚

高分子化学实验
实验名称：苯乙烯-马来酸酐的共聚
班级：2015级高分子2班
姓名：张涵张望博
学号：********** 、**********
目录
一、实验目的 (3)
二、实验原理 (3)
三、实验仪器及药品 (4)
四、实验装置图 (4)
五、注意事项 (5)
六、实验步骤、现象及分析 (5)
七、实验结果及分析 (7)
八、思考题 (8)
一、 实验目的
1. 本实验要求掌握共聚合的基本基本原理和操作手段，了解基本的影响因素；
2. 初步掌握高聚物中官能团的测定方法。

二、 实验原理
苯乙烯—顺丁烯二酸酐共聚反应及其组成测定：
苯乙烯—顺丁烯二酸酐共聚反应是用甲苯为溶剂，偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂进行的溶液聚合，由于生成的聚合物不溶于溶剂而沉淀析出， 因而又称沉淀聚合。

其反应方程如下：
顺丁烯二酸酐由于结构对称 ，极化度低一般不能自聚。

但是它能与苯乙烯相好地共聚，这是因为顺丁烯二酸酐上有强吸电子基，使双键上电子云密度降低，因而具有正电性，而苯乙烯具有共轭体系的
结构，当带正电性的单体进攻时，双键上显负电性，因而电性相反的两种烯类单体容易交替地进入聚合链生成交替共聚物。

其反应过程如下：
C .
C H 2
H +
O
O
O
δ+δ-
C H 2
H
δ+
H C CH C O
C
O
O
C
H 2C
H H C H C C
O C
O
O
苯乙烯(M1)和顺丁烯二酸酐(M2)共聚的竞聚率r 1＝0.04，r 2＝0.015，r 1·r 2＝0.006 若两种单体以1：1(mol)投料，则得到的接近交替共聚的产物。

这种聚合物是悬浮聚合的良好外散剂，如双加入少量二烯单体并取得低交联的聚合物，可以制备水溶性增稠剂。

通过共聚物在计量的碱中水溶液中溶解，剩余的碱用标准酸滴定，共聚物的组成。

三、 实验仪器及药品
1. 仪器：搅拌器、三口瓶、球形冷凝管、温度计、布氏漏斗、吸滤瓶、锥形瓶、滴定管、烧杯、滴液漏斗。

2. 药品：苯乙烯、顺丁烯二酸酐甲苯、酚酞指示剂、AIBN(重结
晶) )()
四、 实验装置图
注:
1、电动搅拌棒
2、4、塞子 5、球形冷凝管 6、三颈烧瓶
图1 实验装置图
H 3C
H 3C
CN C N
N
C CN CH 3
CH 3
五、注意事项
1.在安装实验仪器时，必须要保证搅拌器垂直于烧瓶，以保证实验
装置能够稳定，在搅拌器高速转动时，实验装置不会出现较为明显的震动和晃动。

2.水浴锅在打开电源以前必须检查是否装有水，没有的话，装入适
量自来水。

并保持其外部干燥，以免发生短路，损坏仪器。

3.甲苯、苯乙烯等药品有毒，不能用鼻子直接嗅闻。

并且在使用后，
应该及时的把瓶盖盖上，防止挥发或打翻。

六、实验步骤、现象及分析
表1 实验步骤、现象及分析
实验步骤实验现象分析
1. 在250ml的
三口烧瓶上装
上温度计、搅拌
器、球形冷凝管
及氮气导管。

2. 将29.5ml苯乙烯及 2.95g （0.03mol）顺丁烯二酸酐（先苯乙烯为无色透明液体，顺丁烯
二酸酐为白色晶体。

在不断搅
拌、加热的条件下，固体在45℃
顺丁烯二酸酐
（马来酸酐）能
溶于醇、乙醚和
丙酮，在加热条
加）加入三口瓶中，水浴加热，体系温度升至50℃后，在搅拌下，顺丁烯二酸酐溶解。

时逐渐溶解，转速为290r/min。

件下能溶解于
苯乙烯。

3. 将 3.7ml苯乙烯及AIBN 0.01g与25 ml 甲苯混合后，放入滴液漏斗中。

AIBN为白色针状结晶，实际添
加量为0.01g，液体滴入时，溶
液并没有发生明显的变化。

AIBN为油溶性
引发剂。

不溶于
水，溶于甲醇、
乙醇、丙酮、乙
醚、石油醚等有
机溶剂中。

4. 升温至77℃左右，搅拌下，将苯乙烯溶液在30min 内滴加完，再在80℃左右反应1h 至1.5h。

反应过程中注意观察现升温至77℃，刚滴加一会儿，三
口瓶内溶液呈澄清透明液体。

滴
加约半个小时后，溶液中的部分
物质析出附在界面四周，溶液析
出一些白色的固体于溶液中随搅
拌桨旋转；约40min后，白色珠
状物体积变大且搅拌困难，停止
加热。

引发剂用量偏
多，致使反应45
分钟后，溶液就
已经析出大量
沉淀物，生成的
聚合物先沉淀
出来一颗小球，
然后开始快速
象。

在反应物渐渐变稠，搅拌困
难时停止加热。

冷却至室温，用布氏漏斗过滤。

的链增长，形成的小球就越来越大。

5.得到的白色粉末状团体产物，用甲醇洗涤，抽滤并用热水洗涤。

产品置于塑料杯中，在真空烘箱中40℃下干燥至恒重。

抽滤得白色珠状及粉末状固体
装入塑料杯中：
用甲醇洗涤以
除去未反应完
全的单体。

用热
水洗去马来酸
酐均聚物及甲
醇得到较为纯
净的聚合产物。

七、实验结果及分析
1.本实验所用苯乙烯为共轭单体，单体活泼而自由基惰性较强，马
来酸酐也有惰性，若与之1:1加料会不好反应。

因此反应摩尔比为8：1到10:1之间，且在反应过程中通过添加活性单体——苯乙烯，以平衡反应物摩尔比。

2.实验后产品分析：实验成功，得到较为纯净的聚合物产品，颜色
呈白色，有珠状及颗粒状产物，分散均匀不黏连。

究其原因，主要是引发剂用量稍稍过量，而且单体补加速度适当，反应时间控制得当。

图2 实验成品图
八、思考题
1)共聚合的定义是什么？研究共聚合反应的意义是什么？苯乙烯-马来酸酐共聚物最重要的应用是什么？
a)共聚合的定义是：由两种或两种以上的单体参与的聚合反应。

b)意义：①理论研究：可测定单体、自由基、碳阳离子、碳阴离子的
相对活性；进而研究单体结构与反应活性的关系。

②实际应用：a.
充分利用单体，开发出更多的聚合物品种。

b.使不能聚合的单体实现聚合。

c.聚合物改性，共聚物可集成均聚物性能的优点。

c)苯乙烯-马来酸酐共聚物最重要的应用是：在石油中作为降凝剂，
能够降低原油粘度，有利于采油。

原油降凝剂原油流动改性剂的一个重要的组成部分，又称低温流动改性剂。

它们是一类能够降低石油及油品凝固点，改善其低温流动性的物质。

2)共聚物的类型有哪些？
a)无规共聚物：
其中两单元M1、M2无规排列。

~~~M1M1M1M2M1M2M2M1~~~
例如：氯乙烯—醋酸乙烯酯共聚物，一般属于这种类型。

b)交替共聚物：
共聚物中M1、M2两单元严格相间。

~~M1M2M1M2M1M2~~~
可看作无规共聚物的一种特例。

例如苯乙烯-马来酸酐共聚物同于这一类。

c)嵌段共聚物：
由较长的M1链段和另一较长的M2链段构成的大分子。

~~~M1M1M1M1M1M2M2M2M2~~~~
——AB型，如苯乙烯-丁二烯(SB)嵌段共聚物，还有ABA型(如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)和(AB)n型。

）
d)接枝共聚物：
主链由单元M1组成，而支链则由另一种单元M2组成。

无规和交替共聚物呈均相，系由一般的共聚反应制得；嵌段和接枝共聚物往往呈非均相，有点类似共混体系。

3)为什么苯乙烯与马来酸酐的共聚为交替共聚？
答：顺丁烯二酸酐由于结构对称，极化度低一般不能自聚。

但是它能与苯乙烯相好地共聚，这是因为顺丁烯二酸酐上有强吸电子基，使双键上电子云密度降低，因而具有正电性，而苯乙烯具有共扼体系的结构，当带正电性的单体进攻时，双键上显负电性，因而电性相反的两种烯类单体容易交替地进入聚合链生成交替共聚物。

苯乙烯(M1)和顺丁烯二酸酐(M2)共聚的竞聚率r1＝0.04，r2＝0.015，
r1·r2＝0.006 若两种单体以摩尔比1:1投料，则得到的接近交替共聚的产物。

4)共聚物组成的控制方法有哪些方法？
a)恒比点附近投料：适用范围：r1和r2同时小于1的共聚体系，
并且要求的共聚组成与恒比组成一致，正好能满足实际需要的场合。

可选择恒比点的单体组成投料。

b)控制单体转化率：适用范围：共聚物组成（瞬时组成）与转化率
的关系曲线较为平坦的体系。

c)补加转化较快的单体保持单体组成恒定法：适用范围：共聚组成
（瞬时组成）与转化率关系的斜率较大的体系。

在聚合反应过程中，随着反应的进行连续或分次补加消耗较快的单体，使未反应单体的f1保持在小范围内变化，从而能够获得分布较窄的预期组成的共聚物。