苯乙烯懸浮聚合

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試驗名稱：苯乙烯懸浮聚合

一.試驗目的

1.了解懸浮聚合的配方及各組份的作用。2.了解控制粒徑的條件。

3.把握苯乙烯懸浮聚合的試驗方法。

二．試驗原理

懸浮聚合是指油溶性單體在溶有分散劑（或稱懸浮劑）的水中，借助于攪拌作用分散成細小液滴進行的聚合反應。懸浮聚合在工業(yè)上的應用還有比較多的，根據(jù)聚合物在水中的溶解狀況，可合成不同形態(tài)的懸浮聚合物，若聚合物不溶于單體，則產物呈不透明、不規(guī)整的顆粒狀，如氯乙烯等單體的聚合；若聚合物溶于單體，則可得到透明的珠狀產品，因此又可稱為珠狀聚合，如苯乙烯等單體的聚合。

苯乙烯是一種比較活潑的單體，簡單進行聚合反應。苯乙烯在水中的溶解度很小，將其倒入水中，體系分成兩層，進行攪拌時，在剪切力作用下單體層分散成液滴，界面張力使液滴保持球形，而且界面張力越大形成的液滴越大，因此在作用方向相反的攪拌剪切力和界面張力作用下液滴達到一定的大小和分布。而這種液滴在熱力學上是不穩(wěn)定的，當攪拌中止后，液滴將凝聚變大，最終與水分層，同時聚合到一定程度以后的液滴中溶有的發(fā)粘聚合物亦可使液滴相粘結。因此，懸浮聚合體系還需參與分散劑。

懸浮聚合中，在每一個被分散的小液滴中，恰似一個本體聚合的微反應器，其聚合速度和平均相對分子質量以及產物的性質，都與在一致條件下本體聚合所得到的相仿。不過其終究是在非均相的體系中進行，它的全部反應過程是處于亞穩(wěn)態(tài)的。因此據(jù)合眾攪拌速度和分散劑的種類及用量是控制所得聚合物顆粒形態(tài)和大小的主要因素。

懸浮聚合的主要優(yōu)點有：以水為介質，體系粘度低，易傳熱和控溫；產物分子質量比溶液聚合高，分子質量分布均勻；雜質含量比乳液聚合的低；后處理工序比溶液聚合和乳液聚合簡單，生產成本低，固體顆粒可直接使用。

懸浮聚合主要組分有四種：單體，水，分散劑，油溶性引發(fā)劑：

1、單體：單體不溶于水，如：氯乙烯、苯乙烯、醋酸乙烯酯、甲基丙烯酸酯等。2、水：作為熱傳導介質。

3、分散劑：包括水溶性高分子物質和水不溶性無機鹽粉末兩類。水溶性高分子分散劑主要有自然高分子（如明膠、甲基纖維素、羥丙基纖維素）和合成高分子（如聚乙烯醇、聚丙烯酸和聚甲基丙烯酸的鹽類、順丁烯二酸酐-苯乙烯共聚物）兩類，它們的作用是吸附在液滴表面，形成一層保護膜，起著保護作用，同時可阻礙液滴間的結合。無機鹽粉末主要由碳酸鈣、碳酸鋇、磷酸鈣、滑石粉、高嶺土等，它們吸附在液滴表面，起著機械隔離作用。

4、油溶性引發(fā)劑：如過氧化二苯甲酰（BPO），偶氮二異丁腈（AIBN）等。

目前懸浮聚合法主要用來生產聚氯乙烯樹脂、聚苯乙烯樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯及其共聚物、聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯以及聚乙酸乙烯酯等。

聚苯乙烯用注模、壓制、擠出等方法制成各種工業(yè)用品，如儀表外殼，儀器零件，高效絕緣制品，薄膜和日用品。聚苯乙烯泡沫塑料是優(yōu)良的防震、防濕、保冷、隔音材料。

AIBNPVA,H2O**

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三．試驗試劑與試驗儀器

試驗儀器和試劑：

三口瓶、球冷、玻璃棒、量筒、燒杯、培養(yǎng)皿、布氏漏斗、抽濾墊、溫度計、機械攪拌器、水浴、不

同目數(shù)的銅網篩。

物質英文名phenylethylene苯乙烯熔點-30.6物質英文名AIBN偶氮二異丁腈折光率分子式C8H8沸點146分子式C8H12N4熔點分子量104.14溶解性不溶于水，溶于醇、醚等多數(shù)有機溶劑分子量164.21溶解性不溶于水，溶于乙醇、乙醚、甲苯和苯胺等外觀性狀白色片狀、絮狀或粉末狀固體穩(wěn)定性在空氣中加熱至100℃以上漸漸變色、脆化外觀性狀無色透明油狀液體毒性對眼和上呼吸道粘膜有刺激和麻醉作用。外觀性狀白色透明結晶毒性在體內可釋放氰離子引起中毒密度1.31-1.34密度0.91用量15密度1.1用量無102-1040.25g物質英文名polyvinylalcohol分子式(C2H4O)n聚乙烯醇玻璃化轉變溫度醇解度用量75-8585%-90%10mL0.1%注：1、表中數(shù)據(jù)均來自MSDS數(shù)據(jù)庫；

2、表中密度均指相對密度，以水為基準1；3、表中熔點、沸點單位均為攝氏度。

四．試驗步驟

確鑿稱取0.25gAIBN于一洗凈枯燥的小燒杯中，參與15ml提純后的苯乙烯，溶解后待用。

在裝有攪拌器和回流冷凝管的三頸瓶內，參與10ml0.1%聚乙烯醇溶液，60ml去離子水，攪拌。水浴加熱升溫至65－70℃時，參與溶有AIBN的苯乙烯15ml，調理攪拌速度使單體均勻分散成大小適度的液珠，緩慢升高水浴溫度至85～90℃，恒溫兩小時。（此間一定要很好地控制穩(wěn)定的攪拌速度，使珠粒穩(wěn)定均勻，切不可忽快忽慢，防止珠粒相互粘結變形。）隨后升溫至90℃，恒溫半小時，反應即可終止。取下水浴，將反應物全部倒入一500ml的燒杯中，靜置片刻，待珠粒沉下后，倒掉上層水液。

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以同樣的方法再用70－80℃的自來水洗滌數(shù)次，過濾，取出珠粒，烘干，稱重，過篩，計算產率及粒徑分布。

五．試驗現(xiàn)象記錄與分析

實際產量=13.3511g

苯乙烯密度=0.9060g/cm3苯乙烯用量16ml理論產量=14.496g

產率=實際產量/理論產量*100%=92.10%

六、思考題

試探討影響懸浮聚合的各種因素。

（1）單體純度

在合成、提純、貯存和運輸過程中會帶入一些雜質，雜質能夠影響聚合反應速率和產品質量。根據(jù)雜質的性質，將其分為機械雜質、低沸物、高沸物、還原性雜質、氧和過氧化物等。

機械雜質主要是與金屬設備接觸過程中帶入的，它們能夠延長聚合誘導期，減緩聚合反應速率，并使聚合物的電性能和光學性能下降，甚至可以促進高分子分解（如對PVC）。

低沸物和高沸物多是單體在精餾中除不盡的有機雜質，根據(jù)單體類型和合成方法不同，所含雜質也不一樣。常見的雜質有低級醇、低級醚、酮類、乙醛、乙炔、乙烯基乙炔、乙苯、二氯乙烷等，當含量大于0.01﹪就有明顯影響。例如醛類能夠延長誘導期，降低反應速率，降低聚合物的分子量，還能促進單體對金屬器壁的腐蝕，腐蝕性雜質將使聚合物的熱穩(wěn)定性和電性能降低。炔類有鏈轉移作用，生成低聚物及活性低的自由基，延長反應周期。低級醇、醚、酮類和某些低級醚能是懸浮聚合體系內出現(xiàn)聚合物膠液乳膠滴，增大粘結傾向和使聚合物粒子內部產生氣泡。

還原性雜質主要是是設備上的銅制件被腐蝕帶入的銅和銅的化合物，主要是為防止單體聚合而參與的阻聚劑，它們會使聚合誘導期延長，聚合物分子量降低，是產品著色和光穩(wěn)定性降低。

在單體聚合反應過程中，氧在較低溫度下能與引發(fā)劑或初始形成的聚合活性鏈作用生成過氧化物，從而延長誘導期，降低聚合反應速率和聚合分子量。在較高的溫度下，過氧化物又能起加速聚合的作用。（2）水油比反應體系中水的用量與單體質量之比稱為水油比。當水油比小時，聚合物產率高，但是散熱困難，珠滴發(fā)粘，聚合物粒徑的分散性大。但是隨著水的用量的增加，有利于反應熱的排除，反應過程平穩(wěn)和易于操作控制，單體液滴分散狀態(tài)好，聚合的粒度均勻，但是水量過大會降低聚合設備的利用率。（3）反應溫度溫度越高，反應速率越快，分子量下降。懸浮聚合中反應溫度應根據(jù)單體及引發(fā)劑的性質和產品的性能來確定。

七、試驗本卷須知

（1）本試驗影響粒徑最關鍵的因素是攪拌。因此應當特別注意攪拌的速度以及攪拌棒的位置，攪拌棒要放低一些。開始攪拌后不可改變攪拌速度，否則可能造成