高分子物理及化学综合实验讲义(3)

2018-12-17 14:37

6. 用布氏漏斗过滤,沉淀用少量甲醇洗涤三次,在30℃真空干燥至恒重,称重计算产率。 五、 思考题

1. 从环境保护的角度考虑,应尽量避免使用有机溶剂。那么,对于涂料和黏合剂(特别是不溶于水的聚合物)而言,可采取那些措施?

2. 对于苯乙烯,甲基丙烯酸和丙烯腈的溶液聚合,可选择哪些溶剂?

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实验四 苯乙烯的悬浮聚合

一、实验目的

苯乙烯的悬浮聚合是自由基聚合反应,属连锁聚合反应,活性中心是自由基。自由基聚合是合成高分子化学中极为重要的反应。其合成产物约占总聚合物的60%、热塑性树脂的80%以上,是许多大品种通用塑料、合成橡胶及某些纤维的合成方法。本实验将通过对苯乙烯单体的悬浮聚合,学习悬浮聚合的原理和实验技术,了解自由基聚合的实施方法。 二、实验原理

苯乙烯在水和分散剂作用下分散成水和液滴状,在油溶性引发剂过氧化二苯甲酰引发下,进行自由基聚合,反应历程如下:

OCOOCO+H2CCHOOCO2OCOCOCH2CHOCOCH2CH+H2CCHOCOCH2CHCH2CH??CH2CH2CH2CHCH2CHCHCH2

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悬浮聚合是烯类单体制备高聚物的重要方法。悬浮聚合是依靠激烈的机械搅拌将含有引发剂的单体分散到与单体互不相溶的介质中实现的。由于大多数烯类单体只微溶于水或几乎不溶于水,悬浮聚合通常都以水为介质,故悬浮体系是不稳定的。尽管加入悬浮稳定剂可以帮助单体颗粒在介质中的稳定分散,稳定的高速搅拌与悬浮聚合的成功关系极大。

苯乙烯是一种比较活泼的单体,容易进行聚合反应。在悬浮聚合中,单体以小液滴的形式分散在介质中。每个小油珠都是一个微型聚合场所,油珠周围的介质连续相则是这些微型反应器的热传导体。因此,尽管每个液滴中单体的聚合与本体聚合无异,但整个聚合体系的温度控制较容易。悬浮聚合解决了本体聚合中不易散热的问题,产物容易分离、清洗,可得到纯度较高的颗粒状聚合物。工业上用悬浮聚合生产的聚苯乙烯是一种易定型的热塑性高分子材料,其分子量分布较宽,制品有较高的透明性和良好的耐热性及电绝缘性。 三、仪器和试剂

1.试剂::苯乙烯、过氧化二苯甲酰(BPO)、聚乙烯醇(PVA)、去离子水、十二烷基磺酸钠、K2S2O8、Na2S2O3·5H2O,0.1%次甲基蓝溶液。

2.仪器:三口瓶,球形冷凝管,电热锅,表面皿、吸管、移液管、搅拌马达、水浴、布氏漏斗等。聚合装置如图3-1所示。 四、实验步骤

按图3-1安装好实验装置,整套装置安装要规范,搅拌器转动自如。

用分析天平准确称取 0.3gBPO放于100ml锥形瓶中,用移液管移取 16ml苯乙烯(相对密度0.94g/cm3),加入到锥形瓶中,轻轻摇动,待 BPO完全溶解于苯乙烯后将溶液倒入三口瓶。再加入20ml 1.5%的PVA溶液。最后用130ml去离子水分别冲洗锥形瓶和量筒后加入三口瓶中。再加入 0.1%次甲基蓝水溶液数滴。

通冷凝水,启动搅拌器并控制转速恒定,在20~30min内将温度升至

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85℃~90℃,开始聚合反应。

在整个过程中,既要控制好反应温度,又要控制好搅拌速度。反应进行一个多小时后,体系中分散的颗粒由于聚合度的增加而变得发粘,这时搅拌速度忽快忽慢或停止都会导致颗粒粘在一起,或粘在搅拌器上形成结块,致使反应失败。

反应1.5~2h后,如这时珠子已向下沉,可升温至95℃,用吸管吸取少量颗粒于表面皿中冷却观察,如颗粒已变硬发脆,表明大部分单体已聚合,可结束反应。

停止加热,撤出加热器,在搅拌状态下用冷水将反应体系冷却至室温。停止搅拌取下三口瓶。产品用布氏漏斗滤干,并用热水洗涤数次,冷水洗涤数次,洗去颗粒表面的分散剂。产品在50℃烘箱中烘干,称重并计算产率。 五、讨论与思考

1.结合悬浮聚合方法,说明配方中各组分的作用。 2.分散剂的作用原理是什么?改变用量会产生什么影响? 3.对比乳液和悬浮聚合的特点。 六、注意事项

悬浮聚会的产物颗粒的大小与分散剂的用量及搅拌速度有关系,严格控制搅拌速度和温度是实验成功的关键,为了防止产物结团,可加入极少量的乳化剂以稳定颗粒。若反应中苯乙烯的转化率不够高,则在干燥过程中颗粒中会出现小气泡,可利用在反应后期提高反应温度并适当延长反应时间来解决。

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实验五 熔融缩聚反应制备尼龙-66

一、 实验目的

1. 掌握尼龙-66的制备方法 2. 了解双官能团单体缩聚的特点 二、 实验原理

双官能团单体a-A-a,b-B-b缩聚生成高聚物,其分子量主要受三方面因素的影响。

(1)a-A-a,b-B-b的摩尔比,其定量关系式可表示为:

DP?100q (5-1)

式中,DP为缩聚物的平均聚合度,q为a-A-a(或b-B-b)过量的摩尔百分数。

(2)a-A-a,b-B-b的反应程度。如果两反应单体等摩尔,此时反应程度p与缩聚物分子量的关系为:

1Xn?1?q (5-2)

式中

Xn为以结构单元为基准的数均聚合度,p为反应程度。

(3)缩聚反应本身的平衡常数。若a-A-a,b-B-b等摩尔,生成的高聚物分子量与a-A-a,b-B-b反应的平衡常数K的关系为:

Xn?K[ab] (5-3)

式中[ab]为缩聚体系中残留的小分子(如H2O)的浓度。K越大,体系中小分子[ab]越小,越有利于生成高分子量的缩聚物。由于己二酸与己二胺在260oC时的平衡常数为305,比较大,所以即使产生的H2O不排除,甚至外加

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