苯乙烯懸浮聚合

1、*學院材料綜合實驗報告姓名班級組別日期評閱人AIBNPVA,H2O實驗名稱：苯乙烯懸浮聚合一實驗目的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.掌握苯乙烯懸浮聚合的實驗方法。二. 實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情況，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(chǎn)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(chǎn)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，容易進行

2、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，當攪拌停止后，液滴將凝聚變大，最后與水分層，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(jié)。因此，懸浮聚合體系還需加入分散劑。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(zhì)量以及產(chǎn)物的性質(zhì)，都與在相同條件下本體聚合所得到的相仿。不過其畢竟是在非均相的體系中進行

3、，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(zhì)，體系粘度低，易傳熱和控溫；產(chǎn)物分子質(zhì)量比溶液聚合高，分 子質(zhì)量分布均勻；雜質(zhì)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(chǎn)成本低，固體 顆?？芍苯邮褂?。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(zhì)。3、分散劑：包括水溶性高分子物質(zhì)和水不溶性無機鹽粉末兩類。水溶性高分子分散劑主要有天然高 分子（如明膠、甲基纖維素、羥丙基纖維素）和

4、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(jié)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(chǎn)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

5、震、防濕、保冷、隔音材料。*學院材料綜合實驗報告姓名班級組別日期評閱人三. 實驗試劑與實驗儀器實驗儀器和試劑：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(wǎng)篩。物質(zhì)英文名分子式分子量外觀性狀密度苯乙烯phe ny lethyle neC8H8|104.14無色透明油狀液體0.91熔點沸點溶解性毒性用量-30.61461不溶于水，溶于醇、醚等多數(shù)有 機溶劑對眼和上呼吸道粘膜 有刺激和麻醉作用。15物質(zhì)英文名分子式分子量外觀性狀密度偶氮二異 丁腈AIBNC8H12N4164.21白色透明結(jié)晶1.1折光率熔點溶解性毒性:用量無102-104不溶

6、于水，溶于乙醇、乙醚、甲苯和苯胺等3在體內(nèi)可釋放氰離子 引起中毒0.25g物質(zhì)英文名分子式外觀性狀密度聚乙烯醇polyvi nyl alcohol白色片狀、絮狀或粉末狀固體1.31-1.34玻璃化轉(zhuǎn)變 溫度醇解度穩(wěn)定性用量75-8585%-90%在空氣中加熱至100C以上慢慢變色、脆化110mL 0.1%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. 實驗步驟準確稱取0.25g AIBN于一洗凈干燥的小燒杯中，加入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(nèi)，加入10ml 0.1%聚乙烯醇溶液，6

7、0ml去離子水，攪拌。水浴加熱*學院材料綜合實驗報告姓名班級組別日期評閱人升溫至6570C時，加入溶有AIBN的苯乙烯15ml，調(diào)節(jié)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8590C,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(jié)變形。）隨后升溫至90C，恒溫半小時，反應即可結(jié)束。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。以同樣的方法再用70-80C的自來水洗滌數(shù)次，過濾，取出珠粒，烘干，稱重，過篩，計算產(chǎn)率及粒徑分 布。五、實驗現(xiàn)象記錄與分析實際產(chǎn)量=13.3511g苯乙烯密

8、度=0.9060g/cm3苯乙烯用量16ml理論產(chǎn)量=14.496g產(chǎn)率=實際產(chǎn)量/理論產(chǎn)量*100%=92.10%六、思考題試討論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(zhì)，雜質(zhì)能夠影響聚合反應速率和產(chǎn)品質(zhì)量。根據(jù)雜 質(zhì)的性質(zhì)，將其分為機械雜質(zhì)、低沸物、高沸物、還原性雜質(zhì)、氧和過氧化物等。機械雜質(zhì)主要是與金屬設(shè)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(zhì)，根據(jù)單體類型和合成方法不同，所含雜質(zhì)也不 一樣。常見的雜質(zhì)有低

9、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(zhì)將使聚合物的熱穩(wěn)定性和電性能降低。炔類有鏈轉(zhuǎn)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(nèi)出現(xiàn)聚合物膠液乳膠 滴，增大粘結(jié)傾向和使聚合物粒子內(nèi)部產(chǎn)生氣泡。還原性雜質(zhì)主要是是設(shè)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加入的 阻聚劑，它們會使聚合誘導期延長，聚合物分子量降低，是產(chǎn)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(zhì)量之比稱為水油比。當水油比小時，聚合物產(chǎn)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(shè)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(zhì)和產(chǎn)品的性 能來確定。七、實驗注意事項(1)本實驗影響粒徑最關(guān)