高分子化学实验教材(30页面)

高分子化学实验

厦门大学材料学院

2013年10月

目录

1.甲基丙烯酸甲酯的本体聚合 (1)

2.悬浮聚合法制备聚苯乙烯及离子交换树脂的制备 (4)

3.醋酸乙烯酯乳液聚合 (10)

4.醋酸乙烯酯溶液聚合及其醇解 (13)

5.聚乙烯醇缩丁醛的制备 (17)

6.双酚A型低分子量环氧树脂的制备 (21)

7.氯丁橡胶(CR)接枝甲基丙烯酸甲酯(MMA) (28)

附录：

一、试剂纯化和仪器的洗涤和干燥 (31)

二、高分子合成常用试剂的精制 (36)

三、几种主要单体的P—T关系表 (41)

四、常用单体的物理常数 (42)

实验1甲基丙烯酸甲酯的本体聚合

一、目的要求:

了解本体聚合的原理，熟悉有机玻璃的制备方法。

二、实验原理:

烯类单体的本体聚合是在不加任何溶剂和其他分散剂的条件下，用少量引发剂或用光、热或辐照等引发的聚合反应。本体聚合的特点是可以获得高的聚合速率和高的分子量，产物纯度较高并能直接成型。但由于聚合过程中释放出来的热传递困难。在某些情况下聚合物难溶于单体以及在高粘度下有副反应发生等情况而限制了这一方法的使用。

甲基丙烯酸甲酯通过本体聚合方法可以制得有机玻璃。聚甲基丙烯酸甲酯由于有庞大的侧基存在，为无定形固体，其最突出的性能是具有高度的透明性，它的比重小，故其制品比同体积无机玻璃制品轻巧得多。同时又具有一定的耐冲击强度与良好的低温性能，是航空工业与光学仪器制造工业的重要原料。有机玻璃表面光滑，在一定的弯曲限度内，光线可在其内部传导而不逸出，故外科手术中利用它把光线输送到口腔喉部作照明。聚甲基丙烯酸甲酯的电性能优良，是很好的绝缘材料。

甲基丙烯酸甲酯在过氧化苯甲酰引发剂存在下进行如下聚合反应:

图1为甲基丙烯酸甲酯在过氧化苯甲酰引发剂存在聚合反应的变化规律。

图中曲线表明：聚合反应开始前有一段诱导期，聚合速率为零，体系无粘度变化。在转化率超过20%之后，聚合速率显著加快，而转化率达80%之后，聚

合速率显著减小，最后几乎停止聚合。需要升高温度才能使之完全聚合。

聚合配方中引发剂的含量，应视制备的模具厚度而定，一般情况如下：

由于甲基丙烯酸甲酯单体比重只有0.94克/厘米3，而其聚合物比重为1.17克/厘米3，故有较大的体积收缩，因而生产上一般先做成甲基丙烯酸甲酯的预聚体，然后再进行浇模，这样一则可以减少体积收缩，二则预聚体具有一定粘度，在采用夹板式模具时不会产生液漏现象。

三、主要试剂和仪器：

甲基丙烯酸甲酯; 偶氮二异丁腈; 过氧化二碳酸环己酯*。

试管; 三颈瓶; 冷凝管; 恒温水浴。

四、实验步骤：

准确称取0.03克偶氮二异丁腈、25克甲基丙烯酸甲酯，混合均匀，投入到

100毫升、配有冷凝管(与通氮气管)的磨口三颈瓶中，开动冷却水，(通氮气，)采用水浴恒温。开动搅拌，升温至80－85℃, 20－30分钟后取样，若预聚物具有一定粘度(转化率7－10%)，则移去热源，冷却至50℃左右，[补加0.03%(即0.015克)过氧化三碳酸环己酯，搅拌均匀。]

取1.5×15厘米试管若干只，分别进行灌注，灌注高度一般为5－7厘米(灌注过多，压力太大，有可能使气泡不易逸出，留在聚合物内)。然后静置片刻，或在60℃的水浴中加热数分钟，直到试管内无气泡为止，即可取出，放进30℃左右的烘箱或在室温中直至硬化。硬化后，在沸水中熟化1小时，使反应趋势于完全。撤出试管，可得到透明度高、光洁的圆柱形聚甲基丙烯酸甲酯。

*注:本实验采用试管作模具，厚度较大，因而聚合的时间过长。为适应学生操作，可采用在浇模前补加0.03%的过氧化二碳酸环己酯作为室温引发剂。

实验2悬浮聚合法制备聚苯乙烯及离子交换树脂的制备

离子交换树脂是分子中含有交换功能基团的高分子化合物，属于功能高分子的范畴。

离子交换树脂的外形一般为颗粒状，不溶于水和有机溶剂。从内部结构看，离子交换树脂由三部分组成：交联的具有三维立体结构的网络骨架；连接在网络骨架上的功能基团；功能基团上吸附着的可交换离子。功能基团是固定在网络骨架上的，不能自由移动。由它解离出的离子却能自由移动，称为可交换离子。可交换离子在不同外界条件下能与周围的其他离子相互交换。通过人为地创造适宜条件，如改变浓度差，使可交换离子与同类型离子进行反复的交换，达到浓缩、分离、提纯和净化的目的。

通常，将能解离出阳离子，并能与外界阳离子进行交换的树脂称作阳离子交换树脂；而将能解离出阴离子，并能与外界阴离子进行交换的树脂称作阴离子交换树脂。根据离子强度的不同，阳离子交换树脂又可分为强酸型和弱酸型两大类；阴离子交换树脂也可分为强碱型和弱碱型两大类。从无机化学的角度看，可以认为阳离子交换树脂相当于高分子多元酸，阴离子交换树脂相当于高分子多元碱。但实际上，离子交换树脂除了离子交换功能外，还具有吸附、催化等功能，因此是与一般的无机酸碱截然不同的。

除了上述两大类离子交换树脂外，为了满足各行各业的特殊需要，目前还发展了许多具有特殊功能的离子交换树脂，如吸附树脂、螯合树脂、氧化还原树脂、两性树脂等。

离子交换树脂在水处理、冶金工业、化学工业、食品工业、电子工业、海洋资源利用、医药卫生领域和环境保护领域均有广泛的用途。

一、目的要求

1. 进一步了解悬浮聚合的工艺特点，掌握悬浮聚合的操作过程。

2. 进一步学习和掌握高分子化合物化学反应的知识。

3. 了解离子交换树脂制备的基本方法。

二、实验原理

离子交换树脂的外观一般为颗粒状的，因此可利用悬浮聚合的方法来制备。

离子交换树脂要求在水中和有机溶剂中不会溶解，因此，必须是交联结构的高分子。目前工业上用作离子交换树脂母体的高分子有聚苯乙烯型、聚丙烯酸型、酚醛树脂型、脲醛树脂型、环氧树脂型、聚氯乙烯型等多种，其中最重要的是聚苯乙烯型树脂。聚苯乙烯型离子交换树脂是由苯乙烯和二乙烯基苯在引发剂引发下经悬浮聚合得到珠状聚合物，然后通过高分子化合物反应连接上功能基团制备的。聚苯乙烯珠状聚合物是交联的网状结构高分子，其聚合反应式如下：

将悬浮聚合所得的苯乙烯-二乙烯基苯珠状共聚物用硫酸处理，使苯环上引人磺酸基团(-SO3H)，即可制得磺酸型阳离子交换树脂。其反应式如下：