實(shí)驗(yàn)二---苯乙烯懸浮聚合

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上實(shí)驗(yàn)二 苯乙烯懸浮聚合一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、了解懸浮聚合反應(yīng)原理、特點(diǎn)及配方中各組分作用。2、掌握苯乙烯懸浮聚合的實(shí)驗(yàn)室實(shí)施方法，攪拌、溫度等各種條件對(duì)產(chǎn)品的顆粒度合性能的影響。二、實(shí)驗(yàn)原理雖然實(shí)驗(yàn)一所介紹的本體聚合是烯類(lèi)單體聚合制備高分子聚合物的最簡(jiǎn)單的方法。但這種方法不是在全體情況下都適用的。特別是大型工業(yè)生產(chǎn)中。因?yàn)楸倔w聚合開(kāi)始除加的很少引發(fā)劑外，體系中只有單體一個(gè)組分。在聚合過(guò)程中，隨著單體不斷轉(zhuǎn)變?yōu)榫酆衔锎蠓肿樱w系的粘度急劇增高，聚合熱的傳遞越來(lái)越困難，引起自動(dòng)加速效應(yīng)和不規(guī)則的過(guò)熱點(diǎn)，導(dǎo)致產(chǎn)物有較寬的分子量分布和過(guò)熱點(diǎn)的缺陷。為了克服本體加聚過(guò)程中粘度增高和

2、傳熱受阻產(chǎn)生的不良后果，一種辦法是加入一種惰性的、可溶的、低分子量的稀釋劑來(lái)減輕，這種方法就是溶液聚合。雖然溶液聚合提供了較好的熱控制，減緩了自動(dòng)加速效應(yīng)，但溶劑很少對(duì)自由基是真正惰性的。由于溶劑常常發(fā)生鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)使得產(chǎn)物的分子量大大降低，而且聚合溶劑的除去和回收也是相當(dāng)復(fù)雜和浪費(fèi)的，所以在自由基加聚反應(yīng)中用的較少。另一種方法是加入一種不相混溶的液體，通過(guò)強(qiáng)烈的攪拌使單體變成不連續(xù)的小顆?；蛭⒅榉稚⒃谧鳛檫B續(xù)相的液體中。采用能溶解于單體相的引發(fā)劑（油溶性引發(fā)劑），使得引發(fā)、增長(zhǎng)、終止過(guò)程均在單體微珠中進(jìn)行。這樣實(shí)際上每個(gè)單體微珠均成為一個(gè)獨(dú)立的、微型的本體聚合反應(yīng)體系，但是卻把傳熱距離縮短到了

3、0.20.5mm，從而解決了傳熱問(wèn)題，這就是懸浮聚合。因此懸浮聚合就本質(zhì)而言仍然是本體聚合。符合本體聚合的動(dòng)力學(xué)規(guī)律。懸浮聚合通常采用的連續(xù)相是水，水是最廉價(jià)易得的。而且熱容高、粘度小、表面張力大，有利于形成懸浮體系。由于懸浮聚合反應(yīng)熱易于排除，保證了反應(yīng)溫度的均一性，減少了爆聚反應(yīng)的可能。因此可以使用催化劑等來(lái)提高反應(yīng)速率。而且制成的產(chǎn)品呈均勻的顆粒狀，不經(jīng)造粒就可以直接用于成型加工。同時(shí)解決了本體聚合難以大型化的問(wèn)題，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中采用的大型懸浮聚合釜可達(dá)200M2以上。但是，藉強(qiáng)烈攪拌分散開(kāi)的懸浮體系是亞穩(wěn)狀態(tài)的，特別是在聚合物量增加，顆粒發(fā)粘時(shí)容易凝結(jié)成團(tuán)，加入少量親水的聚合物如明膠、

4、羥乙基纖維素、聚丙烯酰胺或聚乙烯醇，可以在單體微珠外形成一層保護(hù)膠體。加入表面活性劑和無(wú)機(jī)化合物的細(xì)粉如粘土或鈣、鎂的磷酸鹽也能幫助穩(wěn)定懸浮體系。無(wú)機(jī)化合物粉末在小珠變得發(fā)粘并傾向于粘在一起時(shí)是特別有效的，但是，當(dāng)分散的顆粒過(guò)小，接近于膠體粒子大小時(shí)，聚合歷程實(shí)際上就可能改變，所以必須精心選擇表面活性劑避免形成乳液（參見(jiàn)實(shí)驗(yàn)三）。采用懸浮聚合法制備的聚苯乙烯是一種透明的無(wú)定型熱塑性高分子材料，其分子量分布窄。加工流動(dòng)性好而適用于模壓注射制品的加工，其制品有較高的透明度良好的耐熱性和電絕緣性。苯乙烯單體在引發(fā)劑過(guò)氧化二苯甲酰（可溶于苯乙烯單體而不溶于水）的作用下，以水為分散介質(zhì)，聚乙烯醇為懸浮劑

5、，按自由基型反應(yīng)歷程進(jìn)行懸浮聚合。聚合反應(yīng)歷程如下：1、鏈的引發(fā)反應(yīng)2、鏈增長(zhǎng)反應(yīng) 由于共軛效應(yīng)和空間位阻效應(yīng)，增長(zhǎng)鏈幾乎全為頭尾結(jié)構(gòu)。又因增長(zhǎng)鏈末端自由基的平面結(jié)構(gòu)，平面上下進(jìn)攻幾率相等，所以鏈上的苯側(cè)基為無(wú)規(guī)則排列，得到的是無(wú)定型聚苯乙烯（有別于用齊格勒納塔催化劑定向聚合得到得等規(guī)聚苯乙烯）。3、鏈終止反應(yīng)據(jù)研究，苯乙烯聚合在通常溫度下為偶合終止。苯乙烯在聚合過(guò)程中，借助于機(jī)械攪拌使單體以細(xì)小的油珠懸浮在水中。為了防止單體顆粒在聚合中凝結(jié)成塊，在體系中加入適量的懸浮劑（分散劑）聚乙烯醇，介質(zhì)水的用量工業(yè)上一般采用水/單體為241，實(shí)驗(yàn)室操作為便于控制溫度，一般取水量比較高，為8101。攪拌

6、速度的快慢和強(qiáng)烈程度是決定聚合物顆粒大小和均勻的關(guān)鍵。攪拌速度太快，顆粒分散太細(xì)或使之變形；太慢則顆粒太大且易凝結(jié)成團(tuán)，均勻度也差。同時(shí)分散劑的種類(lèi)與性質(zhì)也影響著粒度的大小。下表列出了影響聚合物顆粒的大小的幾種因素：?jiǎn)误w分散劑引發(fā)劑用量攪拌溫度時(shí)間顆粒平均直徑苯乙烯滑石粉1%適度905hr1.1mm苯乙烯明膠1%適度905hr2.0mm苯乙烯聚乙烯醇1%適度906hr3.1mm苯乙烯聚乙烯醇1%劇烈905.6hr0.7mm三、實(shí)驗(yàn)部分1、實(shí)驗(yàn)裝置圖（見(jiàn)圖21）2、配方：苯乙烯（除去阻聚劑）16.5mL聚乙烯醇（PVC）0.2g過(guò)氧化二苯甲酰（新精制）0.4g凈水（去離子水或蒸餾水）120mL3

7、、實(shí)驗(yàn)步驟：（1）如圖21裝配好儀器，注意在固定三口瓶、冷凝管、攪拌器等時(shí)勿用強(qiáng)力，以免損壞這些玻璃器皿。（2）用量筒量取16.5mL苯乙烯單體，放入一個(gè)50mL磨口錐形瓶中，然后加入0.3g過(guò)氧化二苯甲酰，在室溫下?lián)u蕩使其完全溶解。（3）在三口燒瓶中加入90mL去離子水，再加0.2g聚乙烯醇。開(kāi)啟水浴升溫，加熱使其溶解。（4）將錐形瓶中的苯乙烯BPO溶液加入三口燒瓶中，并將剩余的30mL水沖洗數(shù)次倒入。慢慢開(kāi)動(dòng)攪拌并調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，使苯乙烯單體在水中分散。形成要求粒徑（直徑0.8mm）的球形微珠懸浮在水中。（5）冷凝管內(nèi)通冷水保持回流狀態(tài)，待水浴溫度升至80時(shí)，保持恒溫聚合。當(dāng)反應(yīng)約半小時(shí)至一小時(shí)

8、以后，小顆粒開(kāi)始發(fā)粘表明已發(fā)生聚合。這時(shí)要特別控制攪拌速度。適當(dāng)加快，以免粘性的單體聚合物顆粒聚成團(tuán)。反應(yīng)23小時(shí)后，珠粘且變硬，預(yù)示大部分單體已轉(zhuǎn)變成聚合物，再升溫至95使反應(yīng)進(jìn)一步完成。為減少水蒸氣蒸發(fā)，可以在水浴水面上撒一層液體石蠟。1、平板密封電爐；2、水浴鍋；3、溫度計(jì)（0100）；4、三口燒瓶（250mL）；5、軸封；6、攪拌電機(jī)；7、球形冷凝管（300mL）；8、控溫儀探頭；9、控溫儀；10、調(diào)速變壓器（6）反應(yīng)結(jié)束后，改用冷水浴將體系降至室溫，將得到的珠狀產(chǎn)物用細(xì)紗網(wǎng)過(guò)濾，并用水洗滌數(shù)次。產(chǎn)品在50烘箱中干燥（注意溫度不能太高，以防老化和熔結(jié)）。稱(chēng)重，并計(jì)算產(chǎn)率：產(chǎn)率 = 聚合物產(chǎn)量（g）/原料單體重（g）×100%產(chǎn)品物理性能：外觀：無(wú)色透明珠狀顆粒粒度：4060目平均分子量：450