【9A文】悬浮聚合

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1、【MeiWei_81重点借鉴文档】苯乙烯的珠状聚合一、实验目的1.了解悬浮聚合的反应原理及配方中各组分的作用。2.了解珠状聚合实验操作及聚合工艺的特点。3.通过实验，了解苯乙烯单体在聚合反应上的特性。二、实验原理悬浮聚合是指在较强的机械搅拌下，借悬浮剂的作用，将溶有引发剂的单体分散在另一与单体不溶的介质中(一般为水)所进行的聚合。根据聚合物在单体中溶解与否，可得透明状聚合物或不透明不规整的颗粒状聚合物。像苯乙烯、甲基丙烯酸酯，其悬浮聚合物多是透明珠状物，故又称珠状聚合；而聚氯乙烯因不溶于其单体中，故为不透明、不规整的乳白色小颗粒(

2、称为颗粒状聚合)。悬浮聚合实质上是单体小液滴内的本体聚合，在每一个单体小液滴内单体的聚合过程与本体聚合是相类似的，但由于单体在体系中被分散成细小的液滴，因此，悬浮聚合又具有它自己的特点。由于单体以小液滴形式分散在水中，散热表面积大，水的比热大，因而解决了散热问题，保证了反应温度的均一性，有利于反应的控制。悬浮聚合的另一优点是由于采用悬浮稳定剂，所以最后得到易分离、易清洗、纯度高的颗粒状聚合产物，便于直接成型加工。可作为悬浮剂的有两类物质:一类是可以溶于水的高分子化合物，如聚乙烯醇、明胶、聚甲基丙烯酸钠等。另一类是不溶于水的无机盐粉

3、末，如硅藻土、钙镁的碳酸盐、硫酸盐和磷酸盐等。悬浮剂的性能和用量对聚合物颗粒大小和分布有很大影响。一般来讲，悬浮剂用量越大，所得聚合物颗粒越细，如果悬浮剂为水溶性高分子化合物，悬浮剂相对分子质量越小，所得的树脂颗粒就越大，因此悬浮剂相对分子质量的不均一会造成树脂颗粒分布变宽。如果是固体悬浮剂，用量一定时，悬浮剂粒度越细，所得树脂的粒度也越小，因此，悬浮剂粒度的不均匀也会导致树脂颗粒大小的不均匀。为了得到颗粒度合格的珠状聚合物，除加入悬浮剂外，严格控制搅拌速度是一个相当关键的问题。随着聚合转化率的增加，小液滴变得很粘，如果搅拌速度太

4、慢，则珠状不规则，且颗粒易发生粘结现象。但搅拌太快时，又易使颗粒太细，因此，悬浮聚合产品的粒度分布的控制是悬浮聚合中的一个很重要的问题。掌握悬浮聚合的一般原理后，本实验仅对苯乙烯单体及其在珠状聚合中的一些特点作一简述。苯乙烯是一个比较活泼的单体，易起氧化和聚合反应。在贮存过程中，如不添加阻聚剂即会引起自聚。但是，苯乙烯的游离基并不活泼，因此，在苯乙烯聚合过程中副反应较少，不容易有链支化及其它歧化反应发生。链终止方式据实验证明是双基结合。另外，苯乙烯在聚合过程中凝胶效应并不特别显著，在本体及悬浮聚合中，仅在转化率由50%~70%时，

5、有一些自动加速现象。因此，苯乙烯的聚合速度比较缓慢，例如与甲基丙烯酸甲酯相比较，在用同量的引发剂时，其所需的聚合时间比甲基丙烯酸甲酯多好几倍。三、实验仪器及试剂250mL三口瓶，电动搅拌器，恒温水浴，冷凝管，温度计，吸管，抽滤装置、苯乙烯，聚乙烯醇，过氧化二苯甲酰，甲醇【MeiWei_81重点借鉴文档】【MeiWei_81重点借鉴文档】【MeiWei_81重点借鉴文档】【MeiWei_81重点借鉴文档】四、实验步骤、现象及分析1.【在250mL三颈瓶上，装上搅拌器和水冷凝管。量取45mL去离子水，称取0.2g聚乙烯醇(PVA)加入

6、到三颈瓶中，开动搅拌器并加热水浴至90℃左右，待聚乙烯醇完全溶解后(20min左右)，将水温降至80℃左右。】现象及分析:PVA中三颈瓶中水中逐渐溶解，需要注意的是此处45ml去离子水需留出5ml，供加入单体和引发剂是洗涤时之用。加入水之后，要迅速打开冷凝水以防止水分蒸发。PVA溶解之后，须将水温降值80℃附近，以避免之后单体和引发剂温度过高。2.【称取0.15g过氧化二苯甲酰(BPO)于一干燥洁净的50mL烧杯中，并加入9mL单体苯乙烯(已精制)使之完全溶解。】现象及分析：苯乙烯具有挥发性，应使BPO尽快溶解在苯乙烯中，避免单体

7、的损失。3.【将溶有引发剂的单体倒入到三颈瓶中，此时需小心调节搅拌速度，使液滴分散成合适的颗粒度(注意开始时搅拌速度不要太快，否则颗粒分散的太细)，继续升高温度，控制水浴温度在86~89℃范围内，使之聚合。一般在达到反应温度后2~3h为反应危险期，此时搅拌速度控制不好(速度太快、太慢或中途停止等)，就容易使珠子粘结变形。】现象及分析：单体和引发剂加入三颈瓶中，在搅拌桨的剪切作用下，单体苯乙烯发生形变，大的不稳定的液团破裂形成小的形状不规则的液滴，并在自身表面张力的作用下进一步形成微珠状，PVA则起到保护这些单体小液滴的作用，宏观表

8、现为溶液呈现乳白色。随着搅拌速率和温度的稳定，小液珠的大小也逐渐稳定下来。需注意的是，单体引发剂加入反应器的速度要适当，太慢易导致苯乙烯挥发，太快易使单体分散不均匀，最好使用玻棒引流，并用步骤1预留的5ml去离子水洗涤。4.【在反应3h后，可以用大