高分子化学基础实验
高分子化学实验

实验一本体聚合——有机玻璃的制造1. 实验目的了解本体聚合的特点,掌握本体聚合的实施方法,并观察整个聚合过程中体系粘度的变化过程。
2. 实验原理本体聚合是不加其它介质,只有单体本身在引发剂或光、热等作用下进行的聚合,又称块状聚合。
本体聚合的产物纯度高、工序及后处理简单,但随着聚合的进行,转化率提高,体系粘度增加,聚合热难以散发,系统的散热是关键。
同时由于粘度增加,长链游离基末端被包埋,扩散困难使游离基双基终止速率大大降低,致使聚合速率急剧增加而出现所谓自动加速现象或凝胶效应,这些轻则造成体系局部过热,使聚合物分子量分布变宽,从而影响产品的机械强度;重则体系温度失控,引起爆聚。
为克服这一缺点,现一般采用两段聚合:第一阶段保持较低转化率,这一阶段体系粘度较低,散热尚无困难,可在较大的反应器中进行;第二阶段转化率和粘度较大,可进行薄层聚合或在特殊设计的反应器内聚合。
本实验是以甲基丙烯酯甲酯(MMA)进行本体聚合,生产有机玻璃平板。
聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)由于有庞大的侧基存在,为无定形固体,具有高度透明性,比重小,有一定的耐冲击强度与良好的低温性能,是航空工业与光学仪器制造工业的重要原料。
以 MMA 进行本体聚合时为了解决散热,避免自动加速作用而引起的爆聚现象,以及单体转化为聚合物时由于比重不同而引起的体积收缩问题,工业上采用高温预聚合,预聚至约 10% 转化率的粘稠浆液,然后浇模,分段升温聚合,在低温下进一步聚合,安全渡过危险期,最后脱模制得有机玻璃平板。
3. 实验仪器及药品三角瓶50ml 1 只烧杯1000ml 1 只电炉1KW 1 只变压器1KV 1 只温度计100 ℃ 1 支量筒50、100ml 各1 只试管10mm×70mm 1 支烧杯400 ml 1 只制模玻璃100mm×100mm 2 块橡皮条3mm×15mm×80mm 3 根另备玻璃纸、描图纸、胶水、试管夹、玻璃棒若干2) 药品:甲基丙烯酸甲酯(MMA)新鲜蒸馏30ml,BP=100.5℃过氧化二苯甲酰(BPO)重结晶0.05g邻苯二甲酸二丁酯(DBP)分析纯(CP)2ml4. 实验步骤1) 制模将一定规格的两块普通玻璃板洗净烘干。
【免费下载】1 高分子化学实验的基础知识和对苯二甲酰氯与己二胺的界面聚合

门。 (三)高分子实验室安全知识
由于有机化学实验所用的药品多数是有毒、可燃、有腐蚀性或有爆炸性的, 所用的仪器大部分是玻璃制品,所以,在有机化学实验室中工作,若粗心大意, 就容易发生事故。如割伤、烧伤,乃至火灾,中毒或爆炸等,必须认识到化学 实验室是潜在危险的场所。然而,只要我们经常重视安全问题,提高警惕,实 验时严格遵守操作规程,加强安全措施,事故是可能避免的。 (四)实验室的安全守则
E. 熟悉安全用具如灭火器材、砂箱以及急救药箱的放置地点和使用方法, 并妥善爱护。安全用具和急救药品不准移作它用。 (五)对苯二甲酰氯与己二胺的界面聚合 1、界面聚合原理
界面聚合是将两种单体分别溶于互不相溶的两种溶剂中,再将这两种溶液 倒在一起,在两相界面上进行缩聚反应,聚合物产物不溶于溶剂中,在界面处 析出。如己二胺溶于水中,癸二酸溶于氯仿中,放在烧杯内,搅拌,在室温下
1、 聚合反应装置 2、 聚合体系的除湿除氧 3、 单体的纯化与贮存 4、 常见引发剂(催化剂)的提纯 5、 聚合物的分离与提纯 (二)实验室规则 A、切实做好实验前的准备工作;
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对全部高中资料试卷电气设备,在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验;通电检查所有设备高中资料电试力卷保相护互装作置用调与试相技互术关,系电,力根通保据过护生管高产线中工敷资艺设料高技试中术卷资,配料不置试仅技卷可术要以是求解指,决机对吊组电顶在气层进设配行备置继进不电行规保空范护载高与中带资负料荷试下卷高问总中题体资,配料而置试且时卷可,调保需控障要试各在验类最;管大对路限设习度备题内进到来行位确调。保整在机使管组其路高在敷中正设资常过料工程试况中卷下,安与要全过加,度强并工看且作护尽下关可都于能可管地以路缩正高小常中故工资障作料高;试中对卷资于连料继接试电管卷保口破护处坏进理范行高围整中,核资或对料者定试对值卷某,弯些审扁异核度常与固高校定中对盒资图位料纸置试,.卷保编工护写况层复进防杂行腐设自跨备动接与处地装理线置,弯高尤曲中其半资要径料避标试免高卷错等调误,试高要方中求案资技,料术编试交写5、卷底重电保。要气护管设设装线备备置敷4高、调动设中电试作技资气高,术料课中并3中试、件资且包卷管中料拒含试路调试绝线验敷试卷动槽方设技作、案技术,管以术来架及避等系免多统不项启必方动要式方高,案中为;资解对料决整试高套卷中启突语动然文过停电程机气中。课高因件中此中资,管料电壁试力薄卷高、电中接气资口设料不备试严进卷等行保问调护题试装,工置合作调理并试利且技用进术管行,线过要敷关求设运电技行力术高保。中护线资装缆料置敷试做设卷到原技准则术确:指灵在导活分。。线对对盒于于处调差,试动当过保不程护同中装电高置压中高回资中路料资交试料叉卷试时技卷,术调应问试采题技用,术金作是属为指隔调发板试电进人机行员一隔,变开需压处要器理在组;事在同前发一掌生线握内槽图部内 纸故,资障强料时电、,回设需路备要须制进同造行时厂外切家部断出电习具源题高高电中中源资资,料料线试试缆卷卷敷试切设验除完报从毕告而,与采要相用进关高行技中检术资查资料和料试检,卷测并主处且要理了保。解护现装场置设。备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况,然后根据规范与规程规定,制定设备调试高中资料试卷方案。
高分子物理化学实验

《高分子物理化学》课程实验实验一乳液聚合法合成聚醋酸乙烯酯一、实验目的1.了解乳液聚合的特点、体系组成及各组分的作用。
2.掌握醋酸乙烯酯的乳液聚合的基本实验操作方法。
3.根据实验现象对乳液聚合各过程的特点进行对比、认证。
二、实验原理乳液聚合是指将不溶或微溶于水的单体在强烈的机械搅拌及乳化剂的作用下与水形成乳状液,在水溶性引发剂的引发下进行的聚合反应。
聚合反应发生在增溶胶束内形成M/P(单体/聚合物〕乳胶粒,每个M/P乳胶粒仅含1个自由基,因而聚合反应速率主要取决于乳胶粒的数目,亦即取决于乳化剂的浓度。
乳液聚合能在高聚合速率下获得高分子量的聚合产物,且聚合反应温度通常都较低,特别是使用氧化还原引发体系时,聚合反应可在室温下进行。
乳液聚合即使在聚合反应后期体系粘度通常仍很低,可用于合成粘性大的聚合物,如橡胶等。
醋酸乙烯酯胶乳广泛应用于建筑纺织涂料等领域,主要作为胶粘剂、涂料使用,既要具有较好的粘接性,而且要求粘度低、固含量高、乳液稳定。
醋酸乙烯酯可进行单体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合,作为涂料或胶粘剂多采用乳液聚合。
醋酸乙烯酯的乳液聚合是以聚乙烯醇和OP-10为乳化剂(烷基酚聚氧乙烯醚,M=646),过硫酸钾为引发剂,进行自由基聚合,经过链的引发、增长、终止等基元反应,生成聚醋酸乙烯酯乳胶粒,最终得到外观是乳白色的乳液。
主要的聚合反应式如下:三、实验器材1.仪器恒温水浴 1套电动搅拌器 1套温度计(O~100℃) 1支冷凝管 1支四口烧瓶(250ml) 1个滴液漏斗 1个量筒( 10ml、50ml) 各 1支烧杯( 50ml、100ml) 各 1支蒸发皿 1套2.试剂醋酸乙烯酯 40g聚乙烯醇(1799) 4gOP-10 1.5g过硫酸钾(KPS) 0.3g碳酸氢钠溶液(10%) 适量图聚醋酸乙烯酯乳液聚合装置1.四口瓶2.球形冷凝管3.温度计4.漏斗5.搅拌棒四、实验步骤1.实验装置如上图所示,四口烧瓶中装好搅拌器、回流冷凝管、滴液漏斗和温度计并固定在恒温水浴里。
高分子化学实验报告

高分子化学实验报告实验目的:通过本次实验,我们旨在探究高分子化合物的合成方法及其性质特点,加深对高分子化学的理论知识的理解,提高实验操作能力。
实验原理:高分子化合物是由许多重复单元组成的大分子化合物,其合成方法主要包括聚合反应和缩聚反应。
聚合反应是通过单体分子之间的共价键形成高分子链,而缩聚反应则是通过小分子间的共价键形成高分子链。
高分子化合物的性质特点包括分子量大、熔点高、溶解性差等。
实验步骤:1. 实验前准备,准备所需试剂和设备,确保实验环境整洁。
2. 聚合反应实验,将单体A和单体B按一定摩尔比例混合,加入催化剂,在适当温度下进行反应,得到高分子化合物。
3. 缩聚反应实验,将小分子C和小分子D按一定摩尔比例混合,加入催化剂,在适当温度下进行反应,得到高分子化合物。
4. 高分子化合物性质测试,测试所得高分子化合物的分子量、熔点、溶解性等性质。
实验结果与分析:通过实验,我们成功合成了两种不同结构的高分子化合物,分别进行了性质测试。
实验结果表明,聚合反应所得高分子化合物具有较高的分子量和熔点,而缩聚反应所得高分子化合物溶解性较差。
这与高分子化合物的性质特点相吻合。
实验结论:本次实验通过聚合反应和缩聚反应成功合成了两种高分子化合物,并对其性质进行了测试。
实验结果表明,高分子化合物的合成方法和性质与理论知识相符合。
通过本次实验,我们加深了对高分子化学的理论知识的理解,提高了实验操作能力。
实验注意事项:1. 实验操作时要注意安全,避免接触有害物质。
2. 实验设备要保持干净整洁,避免杂质对实验结果的影响。
3. 实验操作要仔细,按照实验步骤进行,避免操作失误导致实验失败。
总结:通过本次实验,我们对高分子化学有了更深入的了解,实验结果验证了理论知识的正确性。
在今后的学习和研究中,我们将继续深入探究高分子化学领域,不断提高自己的实验技能和理论水平。
以上就是本次高分子化学实验的实验报告,谢谢阅读!。
高分子化学实验报告

高分子化学实验报告实验目的:本实验旨在通过合成高分子材料聚苯乙烯(PS),探究高分子化学的原理与制备方法。
实验原理:聚苯乙烯是一种常见的塑料,具有良好的机械性能和耐化学腐蚀性。
它是通过苯乙烯单体的自由基聚合反应制备而成的。
聚合反应是一种链式反应,包括起始、传递和终止三个步骤。
在起始步骤中,通过投入引发剂(如过氧化苯甲酰)引发苯乙烯的自由基聚合。
在传递步骤中,自由基在聚合过程中转移。
在终止步骤中,反应中止,形成分子量各异的聚合物。
实验步骤:1. 首先准备实验所需材料,如苯乙烯单体、过氧化苯甲酰等。
2. 在实验室操作台上搭建聚合反应设备,包括反应釜、冷却装置和搅拌装置。
3. 按照一定的配方将苯乙烯单体、引发剂和溶剂加入反应釜中。
4. 打开搅拌装置,开始搅拌混合,保持适当的反应温度和时间。
5. 实验结束后,将反应混合物抽滤、洗涤清洁,并用真空干燥法将聚苯乙烯产物制成固体。
实验结果与分析:通过实验可得到聚苯乙烯固体产物,并通过质谱仪等仪器进行表征。
经过测定,聚苯乙烯的分子量、熔点、拉伸强度等参数可以得到。
根据实验结果可以判断聚苯乙烯的合成反应达到预期效果。
实验讨论:聚苯乙烯是一种常见的高分子材料,具有广泛的应用前景。
本实验中所使用的反应条件仅为示例,实际生产中需要根据具体要求进行优化。
此外,聚苯乙烯的性能还可以通过改变反应条件、引入共聚单体等手段进行调控。
结论:本实验通过合成聚苯乙烯,探究了高分子化学的原理与制备方法。
通过实验我们得到了聚苯乙烯的固体产物,并对其进行了表征。
该实验有助于加深对高分子化学的理解,并为相关应用领域的研究提供了基础。
参考文献:[1] Smith, J. M., & Johnson, D. B. (2018). Polymer Science and Technology. Academic Press.[2] Cowie, J. M. (2007). Polymers: Chemistry and Physics of Modern Materials. CRC Press.附注:本实验报告仅为示例,具体内容根据实际实验情况进行调整。
高分子化学实验

第一章高分子化学实验基础高分子化学衍生于有机化学,因此高分子化学实验与有机化学实验有着许多共同之处。
学好了“有机化学实验”这门课程,掌握了基本有机化学实验操作,做起高分子化学实验就会驾轻就熟。
但是,高分子化学具有自身的特点,许多应用于高分子合成的方法和手段在行机化学安验中并个常见,高分子化合物的结构和组成分析也有其独特之处,需要学生们领会和掌握。
一、化学试剂使用中的安全和防范高分子化学实验中所用到的大多数单体和溶剂都是有毒的。
许多聚合物尽管无毒,但是合成这些聚合物所有的单体,以及这些聚合物的分解产物常常是有毒的,如单体顺丁烯二酸酐、丙烯晴、丙烯酰胺、氟碳聚合物的热解产物等。
有机溶剂均是脂溶性的,对皮肤和黏膜有强烈的刺激作用。
例如,常用的溶剂苯会积累在体内,对造血系统和中枢神经系统造成严重损害;甲醇可损害视神经;本分灼伤皮肤后可引起皮炎和皮肤坏死;苯胺及其衍生物吸入体内或被皮肤吸收可引起慢性中毒而导致贫血。
毒物对人体危害的途径是对方面对,它可以通过呼吸道、消化道及皮肤进入体内。
因此,实验中转移易挥发性试剂最好在通风橱中进行,实验室内应保持良好的通风;禁止在实验室内进食,离开实验室时要吸收;转移大量有毒试剂时应戴防护眼镜和手套,万一有试剂溅到皮肤上,应立即清洗掉;使用的仪器及沾染的台面都应及时清洗干净。
对于易燃性试剂,如乙醚、丙酮、乙醇、苯及二硫化碳等均不能明火加热。
用剩的试剂要及时加塞放回原处,这类易燃试剂在实验室内也不宜存放过多。
万一发生着火应冷静分析情况,选择适当的灭火方法。
在实验室内可选择的灭火物质和器材有水、沙、石棉布、泡沫灭火器、干粉灭火器等多种。
对于非大量有机溶剂着火,用移开燃烧物或用石棉布覆盖的办法最为方便有效。
可燃性气体和空气的混合物,当两者的比例处于爆炸极限时,如遇明火就会引起爆炸。
应尽量避免可燃性气体扩散到空气中,在有很多人同时进行实验时应保持室内良好的通风。
对明火的使用要加以控制。
高分子化学实验

第二篇高分子化学实验实验2-1 甲基丙烯酸甲酯本体聚合一、实验目的1.通过实验了解本体聚合的基本原理和特点,并着重了解聚合温度对产品质量的影响。
2.掌握有机玻璃制造的操作技术。
二、实验原理本体聚合又称为块状聚合,它是在没有任何介质的情况下,单体本身在微量引发剂的引发下聚合,或者直接在热、光、辐射线的照射下引发聚合。
本体聚合的优点是: 生产过程比较简单,聚合物不需要后处理,可直接聚合成各种规格的板、棒、管制品,所需的辅助材料少,产品比较纯净。
但是,由于聚合反应是一个链锁反应,反应速度较快,在反应某一阶段出现自动加速现象,反应放热比较集中;又因为体系粘度较大,传热效率很低,所以大量热不易排出,因而易造成局部过热,使产品变黄,出现气泡,而影响产品质量和性能,甚至会引起单体沸腾爆聚,使聚合失败。
因此,本体聚合中严格控制不同阶段的反应温度,及时排出聚合热,乃是聚合成功的关键问题。
当本体聚合至一定阶段后,体系粘度大大增加,这时大分子活性链移动困难,但单体分子的扩散并不受多大的影响,因此,链引发、链增长仍然照样进行,而链终止反应则因为粘度大而受到很大的抑制。
这样,在聚合体系中活性链总浓度就不断增加,结果必然使聚合反应速度加快。
又因为链终止速度减慢,活性链寿命延长,所以产物的相对分子质量也随之增加。
这种反应速度加快,产物相对分子质量增加的现象称为自动加速现象(或称凝胶效应)。
反应后期,单体浓度降低,体系粘度进一步增加,单体和大分子活性链的移动都很困难,因而反应速度减慢,产物的相对分子质量也降低。
由于这种原因,聚合产物的相对分子质量不均一性(相对分子质量分布宽)就更为突出,这是本体聚合本身的特点所造成的。
对于不同的单体来讲,由于其聚合热不同、大分子活性链在聚合体系中的状态(伸展或卷曲)的不同;凝胶效应出现的早晚不同、其程度也不同。
并不是所有单体都能选用本体聚合的实施方法,对于聚合热值过大的单体,由于热量排出更为困难,就不易采用本体聚合,一般选用聚合热适中的单体,以便于生产操作的控制。
高分子化学基础实验

高分子化学实验讲义实验内容及实验室注意事项一、实验须知1.必须了解实验室各项规章制度及安全制度。
2.实验前应充分查阅实验内容及教材中的有关部分内容,写出实验方案、做到明确本实验的目的、内容及原理。
经检查合格方能进行实验。
3.实验时操作仔细,认真观察实验现象,并随时如实记录实验现象和数据,以培养严谨的科学作风。
4.爱护实验室仪器设备,实验时必须注意基本操作,仪器安装准确安全,实验台保持整齐清洁。
5.公用仪器、药品、工具等使用完毕应立即放回原处,整齐排好,不得随便动用实验以外的仪器、药品、工具等。
6.实验时应严格遵守操作规程,安全制度,以防发生事故。
如发生事故,应立即向指导教师报告,并及时处理。
7.实验后立即清洗仪器,做好清洁卫生工作,并在规定时间内做好实验报告。
8.发扬勤俭办学精神,注意节约水电、药品,杜绝一切浪费。
二、高分子化学实验实验室安全须知在高分子合成实验中,经常使用易燃、有毒的试剂,为杜绝实验室事故的发生,必须严格遵守以下规则:1.蒸馏有机溶剂时,要注意装置是否漏气,以防蒸汽逸出着火。
不能直接加热,要用水浴或油浴等加热,操作时不能随意离开工作岗位。
2.减压蒸馏时要戴防护眼镜,以防爆炸。
3.万一发生火灾,必须保持镇静,立即切断电源,移去易燃物,同时采取正确的灭火方法将火扑灭。
切忌用水灭火。
4.有毒、易燃、易爆炸的试剂,要有专人负责,在专门地方保管,不得随意存放。
5.电气设备要妥善接地,以免发生触电事故,万一发生触电,要立即切断电源,并对触电者进行急救。
6.实验完毕,应立即切断电源,关紧水阀,离开实验室时,关好门窗,关闭总电闸,以免发生事故。
实验1甲基丙烯酸甲酯本体聚合制有机玻璃一、实验目的1.了解自由基本体聚合的特点和实验方法;2.掌握和了解有机玻璃的制造和操作技术的特点,并测定制品的透光率。
二、实验原理本体聚合是指单体在引发剂或者直接在热、光和辐射作用下进行的聚合反应,因此本体聚合具有产品纯度高、无需后处理等特点。
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综合化学实验(一)——系列高分子合成与表征1 试剂精制在高分子化学中,将能够通过加成或者缩合反应形成高分子化合物的低分子有机化合物称之为单体。
制备好的单体,无论是工业产品还是市售化学试剂,为了防止贮存过程中发生聚合反应,一般都加入阻聚剂如对苯二酚或对叔丁基邻苯二酚,然后在低温下用棕色容器储存,所以在聚合反应之前,必须首先进行单体的纯化工作。
在聚合反应中,常使用各种各样的化学试剂,如引发剂、溶剂、分子量调节剂等等,这些试剂的纯度对聚合反应及其聚合产物性质的影响是很大的,因此,高分子化学实验中,要求使用经过纯化精制的试剂。
下面简单介绍几种常用的单体和试剂的精制步骤。
1.1 苯乙烯苯乙烯为无色(或略带浅黄色)的透明液体。
沸点145.2o C,熔点-30.6o C,n D20=1.5468,纯品比重0.9060(20/4o C)。
苯乙烯的精制方法:在500 mL分液漏斗中装入250 mL苯乙烯,每次用约50 mL 5%NaOH 水溶液洗涤数次,至无色后,再用蒸馏水洗涤至水层显中性。
然后,加入适量的无水Na2SO4,静置干燥。
干燥后的苯乙烯进行减压蒸馏,收集60o C/5.33kPa馏分,测定纯度。
不同压力下苯乙烯的沸点温度/o C 18 39.8 44.6 59.8 69.5 82.1 101.4压力/kPa 0.67 1.33 2.67 5.33 8.00 13.3 26.71.2 过硫酸钾(或过硫酸铵)先在40o C下制备得到过硫酸钾(或过硫酸铵)的饱和水溶液,再加入过量5~l0%的蒸馏水,过滤,滤液放在低温浴或冰箱中冷却。
析出的晶体用冷的蒸馏水洗涤,并用BaCl2溶液检验洗涤液。
若其中仍含有SO42-则应进行再次结晶。
得到的白色针状或白色片状结晶放入真空干燥箱中干燥,存放在干燥器中。
1.4 过氧化苯甲酰过氧化苯甲酰(BPO)的精制是利用BPO在不同溶剂中溶解度相差很大的原理进行的。
过氧化苯甲酰(BPO)在几种常用溶剂中的溶解度如下:室温下几种溶剂中过氧化苯甲酰的溶解度溶剂石油醚甲醇乙醇甲苯苯丙酮氯仿溶解度g/100mL 0.5 1.0 1.5 11.0 14.6 16.4 31.6精制的常用方法是选用一种溶解度较大的溶剂,在室温下将BPO溶解并达到饱和(不要加热!),然后将BPO在另一溶解度较小的溶剂中结晶出来。
由于丙酮和乙醚对BPO有诱导分解作用不宜作为它的重结晶溶剂。
实例:将12 g BPO在室温下溶解在50 mL氯仿中,滤去其中不溶物。
滤液倒入150 mL甲醇中,将白色针状结晶用布氏漏斗抽滤,结晶用少量甲醇洗涤三次。
必要时可重复结晶一次,晶体自然晾干后再放入真空烘箱中,在室温下真空干燥。
产品放在棕色瓶中、保存于干燥器内。
2 高分子化学实验2.1 苯乙烯的溶液聚合及聚合物分子量的表征一、目的1. 掌握溶液聚合的方法和原理。
2. 了解聚合物分子量以及分子量分布的概念。
二、原理将单体溶于溶剂中进行聚合的方法叫做溶液聚合。
生成的聚合物有的溶解有的不溶,前一种情况称为均相聚合,后者则称为沉淀聚合。
自由基聚合、离子型聚合和缩聚均可用溶液聚合的方法。
沉淀聚合中,由于聚合物处在非良溶剂中,聚合物链处于卷曲状态,端基被包裹,聚合—开始就出现自动加速现象,不存在稳态阶段。
随着转化率的提高,包裹程度加深,自动加速效应也相应增强。
沉淀聚合的动力学行为与均相聚合明显不同:均相聚合时,依双基终止机理,聚合速率与引发剂浓度的平方根成正比;而沉淀聚合一开始就是非稳态,随包裹程度的加深,只能发生单基终止,故聚合速率将与引发剂浓度的一次方成正比。
均相溶液中,聚合物处于良溶剂环境中,聚合物链呈现比较伸展的状态,包裹程度浅,链段扩散容易,活性端基容易相互接近而发生双基终止。
只有在高转化率时,才开始出现自动加速现象。
如果单体浓度不高,还有可能消除自动加速效应,使反应遵循正常的自由基聚合动力学规律。
因此,溶液聚合是实验室中研究聚合机理及聚合动力学最常用的方法之一。
与本体聚合相比,溶液聚合具有以下优点:① 体系粘度较低,混合以及传热容易,不容易产生局部过热,聚合反应温度易于控制;② 聚合物容易从体系中取出;③ 可以通过选择不同的溶剂或者通过分子量调节剂控制聚合物的分子量;④ 聚合体系中聚合物的浓度较低,向聚合物的链转移不易发生,产物不易形成交联结构或产生凝胶化;⑤ 引发剂、分子量调节剂和残存的单体等都可简单除去。
虽然溶液聚合方法优点颇多,但是,工业生产上却由于单体的聚合速率慢,聚合过程存在向溶剂的链转移反应使分子量变低,反应设备的利用效率较低,且使用有机溶剂将增加成本,溶剂回收困难还附加运行成本,因此,溶液聚合在工业上并不经常采用,只在直接使用聚合物溶液的情况下才采用溶液聚合的方法,如涂料、胶粘刘、浸渍剂和合成纤维纺丝液等。
进行溶液聚合时,最简单的溶液聚合体系包括三个组分:单体、引发剂和溶剂,根据实际需要有时还添加其它组分如分子量调节剂等。
为了获得具有所期望性能的聚合物,在单体确定后,须考虑到溶剂并非完全惰性,对反应会产生各种影响。
所以,选择合适的溶剂是至关重要的。
溶剂的选择应兼顾以下几个方面:1) 对引发剂分解的影响不同种类引发剂的的分解速度对溶剂的依赖性不同,偶氮类引发剂(如偶氮二异丁腈)的分解速率受溶剂的影响很小,但有机过氧化物引发剂的分解速度对溶剂有较大的依赖性。
这主要是溶剂对引发剂的诱导分解作用造成的,诱导分解的结果使得引发剂引发效率降低,引发速率增大,聚合速率加快。
这种作用按下列顺序依次增大:芳烃、烷烃、醇类、醚类、胺类,即溶剂属于给电子型,则诱导分解效应加强,过氧类引发剂在醇、醚、胺类溶剂中诱导分解现象明显,就是因为苯甲酸酯自由基与受电子体之间的相互作用。
2)溶剂的链转移作用自由基是一个非常活泼的反应中心,不仅能引发单体分子进行聚合,而且还能与溶剂发生反应,夺取溶剂分子的一个原子,如氯或氢,以满足它的不饱和原子价。
溶剂分子提供这种原子的能力越强,链转移作用就越强。
若发生链转移反应生成的自由基活性降低,则聚合速率也将减小。
另一方面,发生向溶剂的链转移反应后生成的自由基活性不变,引发聚合的效果不变,即不影响聚合反应速率。
但是,总的来说,链转移的结果使聚合物分子量降低,且改变了聚合物链的端基。
3) 对聚合物的溶解性能溶剂溶解聚合物的能力控制着活性链的形态(卷曲或舒展)及其粘度,决定了链终止速度和分子量的分布。
4) 除此之外,还需要综合考虑溶剂的价格、毒性、来源是否方便、是否容易回收等。
在溶液聚合中,另一个组分引发剂的选择同样是十分重要的。
均相溶液聚合体系首先要选择溶于聚合体系的引发剂,其次要根据聚合反应温度选择半衰期合适的引发剂,保证自由基形成速率适中。
如果半衰期过长,分解速率过低,聚合时间势必延长;半衰期过短,引发太快,聚合反应温度就难以控制,也可能造成引发剂过早分解完毕,造成聚合反应在较低的转化率下就停止反应。
一般要求引发剂的半衰期最好比聚合时间短一些,或者至少处于同一数量级。
进行溶液聚合反应时,影响聚合反应的因素还有很多,如单体/溶剂比例、搅拌速度、引发剂用量、反应时间长短等。
因而要设计一个成功的实验方案,必须全面考虑各个因素的影响才能达到预期的目的。
苯乙烯的聚合反应以化学反应方程式表示如下:在均相溶液聚合结束后,可加入适当的沉淀剂使聚合物与溶剂分离,再用过滤等方法,得到固体聚合物。
三、主要仪器和试剂100 mL两口烧瓶,球形冷凝管,温度计,量筒,烧杯等。
凝胶色谱仪(GPC)。
苯乙烯,过氧化苯甲酰,乙醇,甲苯。
四、实验步骤在装有温度计以及球形冷凝管的100 mL两口反应瓶中,加入20 mL苯乙烯、20 mL甲苯以及0.3 g过氧化苯甲酰。
电磁搅拌下,加热逐步升温至95 o C,并在95 o C下反应2~3 h。
冷却,将10 mL所得产物慢慢倒入盛有100 mL95%乙醇的烧杯中,边倒边搅拌,使聚苯乙烯沉淀出来。
然后用布氏漏斗抽滤,沉淀用少量乙醇洗涤,转移到表面皿上,在50 o C真空烘箱中干燥,称重,计算产率。
产品干燥后,利用凝胶色谱仪测定其分子量以及分子量分布(原理见附件)。
思考题1. 试叙述溶液聚合的特点。
2. 工业上在什么情况下采用溶液聚合? 为什么?3. 进行溶液聚合时,选择溶剂应注意那些问题?4. 凝胶色谱柱分离聚合物的原理是什么?2.2 苯乙烯乳液聚合一、目的1. 掌握聚苯乙烯胶乳的制备、凝聚、和净化、方法。
2. 通过实验了解乳液聚合的组分及其作用,认识聚合反应机理。
二、原理乳液聚合是自由基聚合实施方法之一,它是单体在乳化剂作用下分散在介质中,利用水溶性引发剂,在机械搅拌或者振荡下进行的非均相聚合反应过程。
作为一种聚合方式,它具有一些胜过本体聚合、溶液聚合或者悬浮聚合的优点。
乳液聚合没有局部热效应、粘度障碍、单体沾污聚合物和需要除去溶剂等缺点,它也不像悬浮聚合那样对搅拌速度敏感,而所得聚合产物作为胶乳可以直接使用,或者更容易从乳液获得高流动性的粉末状产物,而且其聚合反应速度快,产物分子量高,聚合物链长具有较高的均一性。
乳液聚合的缺点是聚合物中常常带有未洗净的乳化剂和电解质等杂质,从而对产品的透明度、电性能、热稳定性等有影响。
乳液聚合体系主要由四个组分组成:单体、分散介质、引发剂、乳化剂。
一般来说,水是最常用的分散介质,水为分散介质时引发剂则是水溶性引发剂。
另外,也使用一些辅助试剂,如分子量调节剂、pH缓冲剂等。
乳液聚合时各组分的大致比例如下:分散介质(水)单体乳化剂引发剂调节剂其它60~80%20~40%0.1~5%0.1~0.5%0.1~1%少量(占乳液总重量)(占单体总重量)乳化剂是乳液聚合中的主要组分。
当乳化剂水溶液的浓度超过临界胶束浓度CMC时,就开始形成胶束。
这些胶束由50~100个分子组成,直径为0.1μm。
胶束的数目极多,而且大部分胶束内增溶有单体。
大部分单体以被乳化剂保护着的单体液滴形式存在,水相中则含有引发剂、所有水溶性添加剂和少量的单体。
乳液聚合有着特殊的机理和动力学,在高分子化学教科书中都有详细的介绍。
这里仅讨论一下聚合反应进行的场所。
引发剂在水相中分解产生自由基,由于水相中单体的浓度很低,因此很难引发水相中单体进行聚合。
即使在水相有引发反应进行,增长链也会很快迁移到某一邻近的胶束中去。
由于引发剂的水溶性,也不大可能在单体液滴中引发。
所以绝大部分引发和增长反应是在增溶胶束中进行的。
胶束中的单体由于扩散作用不断得到补充,这是一个动态过程。
胶束从水相取得单体,水相中的单体又从单体液滴中获得补充。
引发和增长反应就是这样进行的。
由于胶束十分小,假定胶束中有一个以上的自由基,就会很快发生终止反应。
尽管如此,乳液聚合生成的聚合物分子量通常仍是很高的。