高分子化学实验 苯乙烯的乳液聚合

实验名称苯乙烯的乳液聚合2013级高分子2班
覃秋桦 1314171027
林夏洁 1314171014
一、实验目的
1. 通过实验对比不同量乳化剂对聚合反应速度和产物的相对分子质
量的影响，从而了解乳液聚合的特点，了解乳液聚合中各组分的作用，尤其是乳化剂的作用。

2. 掌握制备聚苯乙烯胶乳的方法，以及用电解质凝聚胶乳和净化聚
合物的方法。

二、实验原理
乳液聚合是指单体在乳化剂的作用下，分散在介质中加入水溶性
引发剂，在机械搅拌或振荡情况下进行非均相聚合的反应过程。

它
不同于溶液聚合，又不同于悬浮聚合，它是在乳液的胶束中进行的
聚合反应，产品为具有胶体溶液特征的聚合物胶乳。

乳液聚合体系
主要包括:单体、分散介质(水)、乳化剂、引发剂，还有调节剂、pH
缓冲剂及电解质等其他辅助试剂，它们的比例大致如下: 水(分散介质)：60%~80%；(占乳液总质量)；单体：20%~40% (占乳液总质量) ；乳化剂：0.1%~5% (占单体质量) ；引发剂：0.1%~0.5%(占单体质量)；调节剂：0.1%~1%(占单体质量)；其他：少量。

乳化剂是乳
液聚合中的主要组分，当乳化剂水溶液超过临界胶束浓度时，开始
形成胶束。

在一般乳液配方条件下，由于胶束数量极大，胶束内有
增溶的单体，所以在聚合早期链引发与链增长绝大部分在胶束中发生，以胶束转变为单体聚合物颗粒，乳液聚合的反应速度和产物
相对分子质量与反应温度、反应地点、单体浓度、引发剂浓度和单
位体积内单体聚合物颗粒数目等有关。

而体系中最终有多少单体-聚
合物颗粒主要取决于乳化剂和引发剂的种类和用量。

当温度、单体
浓度、引发剂浓度、乳化剂种类一定时，在一定范围内，乳化剂用
量越多、反应速度越快，产物相对分子质量越大。

乳化剂的另一作
用是减少分散相与分散介质间的界面张力，使单体与单体-聚合物颗
粒分散在介质中形成稳定的乳浊液。

乳液聚合的优点是：①聚合速度快、产物相对分子质量高。

②由
于使用水作介质，易于散热、温度容易控制、费用也低。

③由于聚
合形成稳定的乳液体系粘度不大，故可直接用于涂料、粘合剂、织
物浸渍等。

如需要将聚合物分离，除使用高速离心外，亦可将胶乳
冷冻，或加入电解质将聚合物凝聚，然后进行分离，经净化干燥后，可得固体状产品。

它的缺点是:聚合物中常带有未洗净的乳化剂和电
解质等杂质，从而影响成品的透明度、热稳定性、电性能等。

尽管如此，乳液聚合仍是工业生产的重要方法，特别是在合成橡胶工业中应用得最多。

在乳液聚合中，单体用量、引发剂用量、水的用量和反应温度一定时，仅改变乳化剂的用量，则形成胶束的数目要改变，最终形成的单体聚合物颗粒的数目也要改变。

乳化剂用量多时，最终形成的单体-聚合物颗粒的数目也多，那么，它的聚合反应的速度及聚合物相对分子质量也就大。

三、实验仪器及药品
仪器：三口瓶，回流冷凝管，电动搅拌器，恒温水浴，温度计，量筒，烧杯，布氏漏斗，抽滤瓶，抽滤装置
试剂：苯乙烯，过硫酸钾，十二烷基磺酸钠，氯化钠，蒸馏水
四、实验装置流程图
五、注意事项
1.注意乳化剂的用量。

2.保证乳化剂充分溶解，使其形成大量的胶束。

3.单体滴加要慢使其形成小液滴与乳化剂形成稳定的大量的单体胶束或胶粒包。

4.转速要保持稳定。

步骤现象分析
1、安装好装置。

称取0.6g十二烷基磺酸纳加入三口烧瓶，再加入50ml蒸馏水，加热至80℃使乳化剂溶解。

十二烷基磺酸纳溶于水
中。

十二烷基磺酸纳易
溶于水。

2、称取0.35g过硫酸钾溶于10ml水中，配制引发剂溶剂。

3、待三口烧瓶温度达到80℃后，往里加入10ml 苯乙烯单体，过五分钟后再加入已配制好的引发剂溶液，迅速升温到88-90℃，反应1.5h。

加入苯乙烯后，三口烧
瓶中溶液呈乳白色，温
度升高溶液有点呈现蓝
色。

苯乙烯由于乳化剂
的存在，形成乳浊
液，表现为白色液
体。

4.将乳液倒入烧杯中，加入NaCl，迅速搅拌使乳液凝聚。

用布氏漏斗抽滤，最后将产物放于50-60℃烘箱中干燥，称重。

在乳液中加入一定量的
氯化钠之后，迅速搅
拌。

刚开始没有什么现
象，后在溶液的上层逐
渐产生白色絮状物，继
续搅拌，突然变成大量
的固体。

当乳状液中加入一
定量的氯化钠后，
液相中离子浓度增
加，在吸附层中异
性离子增多，电中
和的结果是使动电
位下降，双电层被
压缩。

当电解质浓
度达到足够浓度
时，乳胶粒的动电
位降至临界点以
下，乳胶粒之间的
吸引力由于排斥力
的消失而体现出
来，使体系出现破
乳和凝聚现象。

最后的产品：白色的固体
八、思考题
1.影响乳胶粒大小的主要因素
答：①乳化剂用量。

乳化剂的用量越大，形成的胶束越多，乳胶粒
就越多，乳胶粒大小越小。

②单体的种类。

③引发剂的浓度。

乳胶粒的大小先是随着引发剂的浓度的增大
而减少，到达一定浓度后又增大，粒径分布逐渐变窄。

④聚合温度。

聚合温度升高，粒径先减小后增大。

⑤聚合体系的离子强度。

2.过硫酸钾可以加热加速溶解吗，为什么？
答：不可以。

因为过硫酸钾加热易分解，而作为引发剂的效率降低。

3.单体和引发剂添加顺序有无影响，加入单体后可以立刻加入
引发剂吗？
答：有影响，应该要先加入单体，再加入引发剂。

如果先加入引发
剂再加入单体的话，引发剂的浓度相对于单体的浓度很大，不好控
制聚合物的聚合度，且易直接引发单体聚合沉淀成块；
加入单体后不可以立刻加入引发剂。

因为加入单体后需要一定的时间使单体均匀分布并使乳化剂包围单体珠滴表面，如果立刻加入引发剂的话，易直接引发单体聚合沉淀，且其放出的热量不能够及时的分散可能出现爆聚。

4.破乳的机理？常用的破乳剂有哪些？
答：破乳的机理通过某种方法以破坏稳定的双电层结构以及稳定乳化体系，从而达到两相分离的目的。

常用的破乳剂：
①阴离子型破乳剂(如磺酸盐类、烷基苯磺酸盐等);
②阳离子型破乳剂(如氯化十四烷基三甲基铵等);
③非离子型破乳剂(如聚氧乙烯聚氧丙烯多乙烯多胺醚)。