實(shí)驗(yàn)三十五苯乙烯懸浮聚合

苯乙烯懸浮聚合

1一原理

懸浮聚合是由烯類單體制備高聚物的重要方法之一。由于用水為分散介質(zhì)，聚合熱可以迅速排除，因而反應(yīng)溫度容易控制，生產(chǎn)工藝簡單，制成的成品呈均勻的顆粒狀，故又稱為珠狀聚合，產(chǎn)品不經(jīng)過造?？芍苯映尚图庸?。工業(yè)上用懸浮聚合法生產(chǎn)的聚苯乙烯是一種透明的無定型熱塑性高分子材料，其分子量分布較寬，由于流動(dòng)性能好而于模壓注射制品，所加工的制品有較高的透明度和良好的耐熱性，電絕緣性。2HoffmanandDelbruch在1909年首次引入了懸浮聚合法這一概念。在這個(gè)懸浮聚合中，引發(fā)劑溶于單體相，而單體相則是分散于分散介質(zhì),通常是水中。在這里，單體液滴構(gòu)成分散相，水構(gòu)成連續(xù)相。處于分散相的單體（液滴）與最終由其形成的聚合物與分散介質(zhì)（連續(xù)相）的溶解性通常很低。單體相（或分散相）的體積分?jǐn)?shù)通常在0.1-0.5。聚合反應(yīng)可以在低體積分?jǐn)?shù)下施行，但是也要經(jīng)濟(jì)上劃算，太低的體積分?jǐn)?shù)會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)率太低。高體積分?jǐn)?shù)下，連續(xù)相太少，就不足以填充分散的液滴之間的空間。這樣，由于單體液滴沒有得到充分的分離，最終我們也得不到顆粒狀的聚合產(chǎn)物。正常狀態(tài)下，液滴彼此間因?yàn)榉稚⑾嗟拇嬖诔浞侄舜斯铝ⅲ酆暇驮诿總€(gè)獨(dú)立的液滴內(nèi)部進(jìn)行，并且在大多數(shù)情況下屬自由基聚合。

3懸浮聚合通常需要加入少量穩(wěn)定劑，以阻止在聚合過程中粘度不斷增大的小液滴彼此粘合在一起，使圓形顆粒狀分散聚合體穩(wěn)定存在。最初乳化的液滴以及由此而成的聚合物顆粒兩者的尺寸分布就取決于液滴的分裂與液滴的融合這兩種狀態(tài)之間的平衡。而這種平衡反過來受控于攪拌槳的類型，速度，以及所用的穩(wěn)定劑的種類與濃度。用于油在水中進(jìn)行聚合的懸浮聚合反應(yīng)，典型的穩(wěn)定劑有以下幾種：聚乙烯醇-乙烯乙酸酯（聚乙烯醇乙酸酯80-90%的水解產(chǎn)物），聚乙烯吡咯烷酮，聚丙烯酸鹽類，纖維素醚與天然膠。

4如果所形成的聚合物溶于單體中，在低轉(zhuǎn)化率下，液滴中會(huì)產(chǎn)生凝膠，高轉(zhuǎn)化率下就會(huì)變硬（單體轉(zhuǎn)化為聚合物）。如果聚合物不溶于單體溶液里，液滴中就會(huì)形成沉淀，這樣就會(huì)形成不透明且通常為非規(guī)則形狀的顆粒。而如果形成的聚合物部分溶于單體溶液中，那最終產(chǎn)物的組成就很難預(yù)測(cè)了。聚合產(chǎn)生的顆?？梢詰?yīng)用于很多技術(shù)中，比如模塑。然而它們的最大應(yīng)用還是在色譜分離領(lǐng)域中作為分離材料（比如離子交換樹脂，酶固載支撐材料）得以應(yīng)用。這種應(yīng)用通常需要大的比表面積，即在珠狀顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生所需要尺寸大小的孔洞。聚合物珠子怎樣才可以做到內(nèi)部有孔呢？可以在單體相中引入一種惰性稀釋劑，也可以叫它做致孔劑。聚合結(jié)束后將它提取出來。其它添加劑可以包括紫外穩(wěn)定劑（芳香酮或芳香酯），熱穩(wěn)定劑（乙烯氧衍生物，無機(jī)金屬鹽），模潤滑劑以及泡沫劑。

5總而言之，懸浮聚合實(shí)質(zhì)上是借助于較強(qiáng)的攪拌和懸浮劑的作用，將單體分散在與單體不相溶的介質(zhì)中，單體以小液滴的形式進(jìn)行本體聚合，在每個(gè)小液滴內(nèi)，單體的聚合過程與本體聚合相似。由于單體在體系中在強(qiáng)力攪拌和懸浮劑的雙重作用下被

分散成細(xì)小的液滴，因此懸浮聚合又有其獨(dú)特之處，即散熱面積大，故防止了在本體聚合中不易散熱的問題。另一特點(diǎn)是由于采用分散劑，應(yīng)對(duì)最后產(chǎn)物分離、清洗，才能得到純度較高的顆粒狀聚合物。6二實(shí)驗(yàn)

1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

通過實(shí)驗(yàn)掌握懸浮聚合的實(shí)施方法，了解配方中各組分的作用。

了解分散劑，升溫速度，攪拌槳型，攪拌速度等對(duì)懸浮聚合的影響。

72化學(xué)試劑及儀器表面皿1個(gè)小藥勺1支攪拌馬達(dá)1個(gè)錐形瓶（100ml）1個(gè)吸管1個(gè)

調(diào)壓器2臺(tái)

盆式電爐（250ml）1個(gè)

布氏漏斗1個(gè)

8試劑規(guī)格用量單體

苯乙烯聚合級(jí)，用前堿洗除阻聚劑

15g分散劑

聚乙烯醇1799，1.5%水溶液

20ml引發(fā)劑

BPO化學(xué)純，使用前重結(jié)晶

0.3g介質(zhì)

水無離子水

130ml苯乙烯可以按體積加入（比重為0.909）

3.聚合配方

94.實(shí)驗(yàn)操作

（1）按圖安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，為保證攪拌速度均勻，整套裝置安裝要規(guī)范，尤其是攪拌器。安裝好后用手轉(zhuǎn)動(dòng)，要求轉(zhuǎn)動(dòng)輕松自如。

10（2）加料：準(zhǔn)確稱取0.3gBPO(用分析天平稱)，放于100ml錐形瓶中，再用移液管按配方量取苯乙烯，也加入錐形瓶中，輕輕振動(dòng)，待BPO完全溶解后加入三口燒瓶，再加入20ml1.5%的聚乙烯醇溶液，最后用130ml無離子水分別沖洗錐形瓶和量筒后加入三口瓶中。11（3）聚合：通冷凝水，啟動(dòng)攪拌并控制在一恒定轉(zhuǎn)速，在20-30分鐘內(nèi)將溫度升至85-95℃，開始聚合反應(yīng)。反應(yīng)成功與否的關(guān)鍵：在整個(gè)聚合過程中，除了要控制好反應(yīng)溫度外，關(guān)鍵是要控制好攪拌速度，尤其是反應(yīng)一個(gè)多小時(shí)后，體系中分散的顆粒變得發(fā)粘（為什么？）這時(shí)攪拌速度如果忽快忽慢或者停止，都會(huì)導(dǎo)致顆粒粘在一起或粘在攪拌器上形成結(jié)塊，致使反應(yīng)失敗，所以反應(yīng)中一定要控制好攪拌速度?？梢栽诜磻?yīng)后期將溫度升至反應(yīng)溫度上限以加快反應(yīng)，提高轉(zhuǎn)化率。反應(yīng)1.5-2小時(shí)后，可用小勺取少量顆粒于表面皿中進(jìn)行觀察，如顆粒變硬發(fā)脆，可結(jié)束反應(yīng)（為什么？）12

（4）

出料及后處理：

停止加熱，撤出電爐，一邊攪拌一邊用冷水將三口瓶冷卻至室溫（為什么？）

停止攪拌，取下三口瓶，產(chǎn)品用布氏漏斗過濾，并用熱水洗數(shù)次（為什么？），最后產(chǎn)品在鼓風(fēng)干燥箱中烘干（50℃），稱量并計(jì)算產(chǎn)率。

13三實(shí)驗(yàn)報(bào)告

（1）結(jié)合懸浮聚合的理論，說明配方中各組分的作用。如改為苯乙烯的本體聚合或乳液聚合，此配方需要作哪些改動(dòng)？為什