實(shí)驗(yàn)三-苯乙烯懸浮聚合

1、 實(shí)驗(yàn)三 苯乙烯懸浮聚合懸浮聚合是制備合成樹(shù)脂的重要方法之一。它是在較強(qiáng)烈的機(jī)械攪拌力作用下，借著分散劑的幫助，將溶有引發(fā)劑的單體分散在與單體不相溶的介質(zhì)中（通常為水）所進(jìn)行的懸浮聚合。因此，懸浮聚合體系一般由單體、引發(fā)劑、水、分散劑四種基本成分組成。懸浮聚合實(shí)際上是單體小液滴內(nèi)的本體聚合，聚合機(jī)理和本體聚合相似。它的優(yōu)點(diǎn)是：1 .體系粘度低，聚合熱溶液排除，聚合溫度容易控制。2. 產(chǎn)品分子量較高，與本體聚合相似。3. 產(chǎn)品易分離清洗，后處理簡(jiǎn)單。其缺點(diǎn)是產(chǎn)品中含有少量的分散劑殘留物，影響純度。比較懸浮聚合的優(yōu)缺點(diǎn)可知，這是一種極有實(shí)用價(jià)值的高分子合成工藝。根據(jù)聚合物在單體中的溶解與否，懸浮聚

2、合的產(chǎn)物可以分為透明和不透明兩類。氯乙稀的聚合物不溶于其單體，產(chǎn)品是不透明的。苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯的聚合物溶于其單體，產(chǎn)品都是透明的，這類聚合又叫珠狀聚合。懸浮聚合的反應(yīng)機(jī)理和動(dòng)力學(xué)與本體聚合基本相同，理論研究和工業(yè)應(yīng)用所關(guān)心的是聚合過(guò)程中的成粒機(jī)理及分散劑和攪拌強(qiáng)度對(duì)成粒的影響。一、 目的要求1. 了解懸浮聚合的原理以及配方中各組分的作用。2. 了解懸浮聚合的工藝特點(diǎn)，掌握懸浮聚合的操作方法。二、 實(shí)驗(yàn)原理苯乙烯是一種比較活潑的單體，容易進(jìn)行聚合反應(yīng)。在引發(fā)劑或熱的作用下，可通過(guò)自由基的連鎖反應(yīng)生成聚合物。因此，在儲(chǔ)存過(guò)程中，常常加入阻聚劑以防止自聚。苯乙烯的自由基不太活潑，因此，聚合過(guò)程

3、中的副反應(yīng)較少，不易發(fā)生鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)，支鏈較少。此外，苯乙烯單體是其聚合物的良溶劑，因此，聚合過(guò)程中的凝膠化現(xiàn)象不十分顯著。在本體聚合或懸浮聚合中，僅當(dāng)轉(zhuǎn)化率達(dá)到5070，略有自動(dòng)加速的現(xiàn)象發(fā)生。所以，一般來(lái)說(shuō)，聚合物的聚合速度比較緩慢。苯乙烯的聚合反應(yīng)如下：苯乙烯在水中的溶解度很小。將其倒入水中，體系分成兩層。進(jìn)行攪拌時(shí)，在剪切力作用下，單體分散成液滴。單體和水兩種液體之間存在一定的界面張力，界面張力力圖使液體保持球形。界面張力越大，保持成球形的能力就越大，所形成的液滴就越大。攪拌剪切力和界面張力對(duì)液滴成球能力的作用影響相反，構(gòu)成動(dòng)態(tài)平衡，使液滴達(dá)到一定的大小和分布。這種剪切力和液面張力形成的

4、液滴在熱力學(xué)上是不穩(wěn)定的。當(dāng)攪拌停止以后，液滴將凝聚變大，最后仍與水分層。另外當(dāng)聚合反應(yīng)達(dá)到一定的程度以后，單體液滴中溶有的聚合物使液滴表面發(fā)粘。這時(shí)候，如果兩個(gè)液滴碰撞，往往容易粘結(jié)在一起。在這種情況下，攪拌反而促進(jìn)粘結(jié)。為了避免這種情況發(fā)生，必須在聚合體系中加入一定量的分散劑。加有分散劑的懸浮聚合體系在一定的聚合程度時(shí)（如轉(zhuǎn)化率2070），如果停止攪拌，仍有粘結(jié)成塊的危險(xiǎn)。因此，在懸浮聚合的過(guò)程中，攪拌和分散劑是兩個(gè)不可缺少 的工藝條件。用于懸浮聚合的分散劑可以分為兩大類。一類是水溶性高分子物質(zhì)，如聚乙烯醇、馬來(lái)酸酐苯乙烯共聚物、甲基纖維素、淀粉等其作用機(jī)理是高分子物質(zhì)吸附在液滴表面，形成

5、一層保護(hù)膜，使液滴連接時(shí)不會(huì)粘結(jié)。同時(shí)加入水溶性高分子物質(zhì)以后，介質(zhì)粘度增加，也有礙于液滴的粘連。另外，有些水溶性高分子物質(zhì)還有降低界面張力的作用，有利于液滴變小。另一類是不溶于水的無(wú)機(jī)粉末，如碳酸鎂、碳酸鈣、碳酸鋇、硫酸鈣、滑石粉、高嶺土等。其作用機(jī)理是細(xì)微的粉末吸附在液滴的表面上，起著機(jī)械隔離的作用。分散劑種類的選擇和用量的確定需隨著聚合的要求而定，目前最常用的分散劑是聚乙烯醇和馬來(lái)酸酐苯乙烯共聚物，無(wú)機(jī)分散劑和碳酸鎂等。分散劑的用量一般是單體用量的0.1左右。三、 儀器與藥品1、 儀器標(biāo)準(zhǔn)磨口三頸瓶(500ml/24mm*3)一只；球形冷凝器(300ml)一只；溫度計(jì)(100)一只；分液

6、漏斗(125ml)一只；布氏漏斗(8mm)一只；真空裝置（含真空泵，緩沖瓶，硅膠干燥塔）一套；燒杯(100ml)兩只；恒溫水浴槽一臺(tái)；電動(dòng)攪拌器一套。2、 藥品苯乙烯45g，聚合級(jí)；氫氧化鈉溶液100ml,10%；聚乙烯醇0.06g,工業(yè)極；過(guò)氧化苯甲酰0.5g,化學(xué)純。四實(shí)驗(yàn)步驟1.將苯乙烯45g置于分液漏斗中，加入10的氫氧化鈉溶液20ml，劇烈搖蕩。然后靜置片刻，待液體分層以后，棄去下層紅色液體。重復(fù)加入氫氧化鈉溶液數(shù)次，直至溶液不再顯示紅色為止。再用離子水洗滌至中性。2.在燒杯中加入洗滌過(guò)的苯乙烯40g和引發(fā)劑過(guò)氧化二苯甲酰0.5g，手工攪拌至溶解。3.在另一燒杯中加入聚乙烯醇0.06

7、g，去離子水200ml，手工攪拌至溶解。若溶解太慢可加熱至沸騰，促使其溶解。4.在裝有攪拌器、溫度計(jì)和回流冷凝器的500ml三頸瓶中，加入200ml聚乙烯醇溶液。開(kāi)動(dòng)攪拌，同時(shí)升溫。待升溫至80，加入已溶有引發(fā)劑的苯乙烯單體。仔細(xì)調(diào)節(jié)攪拌速度，使單體分散成適當(dāng)大小的液滴。5.液滴大小調(diào)節(jié)好以后，升溫至90，保溫3h。取出幾顆粒狀物，觀察其冷卻后是否成冷卻狀。若冷卻后堅(jiān)硬，將溫度提高至95，保溫1h，反應(yīng)結(jié)束。6.將反應(yīng)物倒入燒杯中，用離子水洗滌三次后過(guò)濾。珠狀聚合物置于表面皿中，在50鼓風(fēng)烘箱中干燥至恒重，計(jì)算產(chǎn)率。五、 注意事項(xiàng)1、 開(kāi)始時(shí)，攪拌速度不宜太快，避免顆粒分散太細(xì)。2、 保溫反應(yīng)2h左右時(shí)，此時(shí)顆粒表面粘度比較大，易發(fā)生粘結(jié)。故此時(shí)必須十分仔細(xì)調(diào)節(jié)攪拌速度，千萬(wàn)不要使