苯乙烯珠狀聚合

苯乙烯珠狀聚合華南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系2007級材料化學(xué)1班李果霖2007307501141實驗?zāi)康牧私鈶腋【酆系姆磻?yīng)原理及配方中各組分的作用。了解珠狀聚合實驗操作及聚合工藝的特點。2實驗原理懸浮聚合是指在較強(qiáng)的機(jī)械攪拌下，借懸浮劑的作用，將溶有引發(fā)劑的單體分散在另一與單體不溶的介質(zhì)中（一般為水）所進(jìn)行的聚合。懸浮聚合實質(zhì)上是單體小液滴內(nèi)的本體聚合，在每一個單體小液滴內(nèi)單體的聚合過程與本體聚合是相類似的，但由于單體在體系中被分散成細(xì)小的液滴，因此，懸浮聚合又具有它自己的特點。苯乙烯（St）通過聚合反應(yīng)生成如下聚合物。反應(yīng)式如下：CH=CH2nCH=CH2n本實驗要求聚合物體具有一定的粒度。粒度的大小通過調(diào)節(jié)懸浮聚合的條件來實現(xiàn)。3實驗步驟3.1在250mL三頸瓶上，裝上攪拌器和水冷凝管。量取100mL去離子水，稱取0.5g聚乙烯醇（PVA）加入到三頸瓶中，開動攪拌器并加熱水浴至95°C左右，待聚乙烯醇完全溶解后（20min左右），將水溫降至80C左右。3.2稱取0.5g過氧化二苯甲酰（BPO）于一干燥潔凈的50mL量筒（或燒杯）中，并加入20g單體苯乙烯（已精制）使之完全溶解。3.3將溶有引發(fā)劑的單體倒入到三頸瓶中，此時需小心調(diào)節(jié)攪拌速度，使液滴分散成合適的顆粒度（注意開始時攪拌速度不要太快，否則顆粒分散的太細(xì)），繼續(xù)升高溫度，控制水浴溫度在86~89C范圍內(nèi)，使之聚合。一般在達(dá)到反應(yīng)溫度后2~3h為反應(yīng)危險期，此時攪拌速度控制不好（速度太快、太慢或中途停止等），就容易使珠子粘結(jié)變形。3.4在反應(yīng)3h后，可以用大吸管吸出一些反應(yīng)物，檢查珠子是否變硬，如果已經(jīng)變硬，即可將水浴溫度升高至90~95C，反應(yīng)1h后即可停止反應(yīng)。3.5將反應(yīng)物進(jìn)行過濾，并把所得到的透明小珠子放在25mL甲醇中浸泡20min，然后再過濾（甲醇回收），將得到的產(chǎn)物用約50C的熱水洗滌幾次，用濾紙吸干后，置產(chǎn)物于50~60C烘箱內(nèi)干燥，計算產(chǎn)率，觀看顆粒度的分布情況。4實驗結(jié)果及分析討論4.1本次實驗失敗，沒有得到珠狀顆粒，在進(jìn)行第3.3步操作的過程中，聚合物結(jié)塊的情況十分嚴(yán)重。實驗失敗的主要原因是攪拌速度沒有控制好，速度過慢，攪拌不均勻，因而聚合物珠子粘結(jié)變形。4.2本實驗成敗的關(guān)鍵就是分散劑和攪拌速度兩個因素。本實驗選用聚乙烯醇（PVA）作為分散劑，聚乙烯醇是水溶性有機(jī)高分子，能與水互溶，吸附在液滴表面，形成一層保護(hù)膜，起到了保護(hù)膠體的作用，同時，還使表面拉力降低，有助于液滴的分散。攪拌速度太快或者太慢都不好，太快的話形成的珠子體積太小，在轉(zhuǎn)化率達(dá)到20%?60%的時候體系粘度增加，攪拌速度太慢就容易結(jié)塊，導(dǎo)致實驗失敗。4.3剛開始反應(yīng)時，水浴溫度不宜過高。因為這時單體和激發(fā)劑還未完全分離開，溫度太高會使激發(fā)劑形成大量的自由基而又未及時分離開，籠蔽效應(yīng)，從而大大降低了激發(fā)劑的效用，也可能導(dǎo)致暴聚。4.4苯乙烯的珠狀聚合過程中，每一個小液滴中都是一個近似于本體聚合的過程。隨著轉(zhuǎn)化率的增大，反應(yīng)的速度變化的并不很快，聚合物分子量的增加的很慢。但由于珠狀聚合的散熱良好，所以隨著轉(zhuǎn)化率增加，聚合物分子量還是會有一定程度的增加。4.5本實驗中聚乙烯醇除了起到分散劑的作用，還有穩(wěn)定劑的作用。聚乙烯醇結(jié)構(gòu)中具有羥基，因而具有親水性，同時又能夠消融于有機(jī)物中，所以可以在有機(jī)相和水相中起到削減分子表面張力的作用，從而是苯乙烯以小液滴的形式穩(wěn)定存在于水中。在懸浮聚合中，聚乙烯醇的用量越多，顆粒就會越小；而聚乙烯醇的質(zhì)量越小，顆粒就會越大。4.6對比本體聚合、懸浮聚合、溶液聚合和乳液聚合的特點。4.6.1本體聚合是單體本身在引發(fā)劑或光、熱、輻照等作用下的聚合，它的特點是組分簡單，通常只含單體和少量引發(fā)劑，所以操作簡便，產(chǎn)物純凈；缺點是散熱難。例如甲基丙烯酸甲酯的本體聚合。4.6.2懸浮聚合是溶解有引發(fā)劑的單體被攪拌成小液滴，在水介質(zhì)中進(jìn)行的聚合。由于是在大量水介質(zhì)中進(jìn)行的聚合，故容易散熱，容易分離、洗滌，因此純度較高；缺點是聚合過程中聚合物容易粘結(jié)，不能連續(xù)生產(chǎn)。例如苯乙烯的珠狀聚合。4.6.3溶液聚合是單體、引發(fā)劑（或催化劑）溶于適當(dāng)溶劑中進(jìn)行的聚合，其優(yōu)點是體系粘度低，傳熱快，聚合溫度容易控制。缺點是聚合物的聚合度比較低，混入的少量容積不易除去，產(chǎn)物純度較差，此外由于使用溶劑和增添回收溶劑的設(shè)備，使生產(chǎn)成本提高。4.6.4乳液聚合是單體借助乳化劑的作用分散在溶解有引發(fā)劑的水介質(zhì)中，形成乳液后再進(jìn)

行的聚合。由于存在乳化劑，單體主要在乳膠粒內(nèi)聚合，速率快，分子量大。此外，大量水作介質(zhì)也容易散熱。缺點是包藏在聚合物顆粒中的乳化劑不易除去，影響性能，特別是電性能較差。例如醋酸乙烯酯的乳液聚合。4.6.5聚合方法本體聚合懸浮聚合溶液聚合乳液聚合配方單體+引發(fā)劑單體+引發(fā)劑+水+分散劑單體+引發(fā)劑+溶劑單體+水溶性引發(fā)劑+水+乳化劑聚合場所本體內(nèi)單體液滴內(nèi)溶液內(nèi)膠束和乳膠粒內(nèi)聚合機(jī)理遵循自由基聚合一般規(guī)律，提高速率的因素往往使分子量下降能同時提高聚合速率和分子量生產(chǎn)特征散熱難，自加速顯著，設(shè)備簡單，宜