苯乙烯不同聚合方式

专业综合实验论文

题目：苯乙烯不同聚合方式比较及性能测试

学院：化学化工学院

专业：高分子材料与工程班级：1001班学号：0110

学生姓名：章守一

导师姓名：黄先威刘拥君刘艳丽禹新良

完成日期：2013年12月14日

一.前言

1.1聚苯乙烯生产工艺的发展现状和前景展望

工业上聚苯乙烯的生产主要采用两种生产工艺：本体法及悬浮法。本体法是最主要的生产方法，目前世界上85％以上的聚苯乙烯（PS）和抗冲聚苯乙烯（IPS）是采用连续本体法工艺生产的。连续本体法生产装置一般有一条或几条生产线，生产能力为20～160kt/a。通过改进反应器设计、相对分子质量和橡胶粒径控制和脱挥技术，可以使本体法工艺生产线的规模更大、效率更高。目前已有单线能力90～138kt/a的大型本体法生产装置投入工业运转，但一般来说单反应器能力30～50kt/a。

悬浮法是第二种聚苯乙烯基本生产工艺，悬浮法工艺的装置规模一般小于本体法工艺，间歇操作、牌号切换时清洗时间很短。对于某些高耐热和高相对分子质量牌号的产品只能用间歇悬浮聚合工艺生产，但在相同的生产能力下采用连续本体法的工厂固定资产投资及生产成本比悬浮法低，因此对于大多数PS牌号来说用本体法生产更为经济。目前悬浮法一般已经被本体法代替，主要用于生产可发性聚苯乙烯（EPS）。

1.2聚苯乙烯的合成工艺原理

乳液聚合是指单体在乳化剂的作用下，分散在介质中加入水溶性引发剂，在

机械搅拌或振荡情况下进行非均相聚合的反应过程。它不同于溶液聚合，又不同于悬浮聚合，它是在乳液的胶束中进行的聚合反应，产品为具有胶体溶液特征的聚合物胶乳。

乳液聚合体系主要包括:单体、分散介质(水)、乳化剂、引发剂，还有调节剂、pH缓冲剂及电解质等其他辅助试剂。

悬浮聚合实质上是借助于较强烈的机械搅拌和悬浮剂的作用，通常是将不溶于水的单体(苯乙烯)分散在介质水中，利用机械搅拌，将单体打散成直径为0.01~5mm的小液滴的形式进行本体聚合。在每个小液滴内，单体的聚合过程和机理与本体聚合相似。

在苯乙烯悬浮聚合过程中，引发剂和分散剂的用量、温度与搅拌速度、单体和水的比例对珠体的粒度分布影响显著，若控制不当，易引起粒料的粘结，甚至粘结成块，影响单体聚合。

2.聚苯乙烯合成工艺流程

2.1.苯乙烯乳液聚合

表1 实验的主要仪器

在装有温度计、搅拌器、水冷凝管的250 mL三瓶中加入50 mL去离子水(或蒸馏水)、0.60g乳化剂。开始搅拌并水浴加热，当乳化剂溶解后，瓶内温度达

80 ℃左右时，用移液管准确加入10 mL K

2S

2

O

8

溶液及10 mL苯乙烯单体，迅速

升温至88 ~90 ℃，并维持此温度1.5 h，而后停止反应。

将乳液倒入150 mL烧杯中，加入5.00g NaCl，迅速搅拌使乳液破乳。用布氏漏斗抽滤，抽滤后的聚合物用热水(80℃左右)洗涤。最后把产物放于50~60 ℃烘箱中干燥，称重、计算转化率并测定相对分子质量。

2.2苯乙烯悬浮聚合

在装有温度计、搅拌器，回流冷凝管的250ml三口烧瓶中，加入100 ml蒸馏水、0.07g聚乙烯醇。在20min内升温到85o C-90o C，使聚乙烯醇溶解；再将温度降至60～70o C，待水面上泡沫消失，把溶有0.7 g引发剂过氧化苯甲酰(BPO)的苯乙烯单体的混合物加入到溶有分散剂的水相中。

维持温度在60-70o C转速不变。反应1h后，再升温至75-80o C，反应1.5h,再升温到80-90 o C，反应2h。

同时每隔5min可用吸管吸取少量物料于表面器中进行观察，如颗粒变硬发脆，即可以认为到达反应基本达到终点，可停止加热，撤出加热器，一边搅拌一边用冷水慢慢将聚合体系冷却至室温，停止搅拌，取下三口烧瓶。

产品分离提纯；产品用布氏漏斗抽滤，并用热水洗涤，最后在鼓风干燥箱中(100℃)烘干或风干至恒重，称量，计算产率。

3.3 苯乙烯的本体聚合

3.3.1 实验原理

在烃类物质中，苯乙烯的单体活性较大。而对自由基而言，苯乙烯在烃类之中自由基活性较小，也就是说苯乙烯自由基不活泼。这是因为苯乙烯单体的双键与苯环产生共轭反应，双键上的电子云易流动极化，兀键易均裂，所以苯乙烯单体活泼。而当苯乙烯形成苯乙烯自由基时，自由基的独立电子也可与苯环共轭而稳定，故苯乙烯的自由基就不活泼。聚苯乙烯热引发连续本体聚合时，其聚合机理是基于典型的自由基聚合过程，它总是由链引发、链增长和链终止三个基本单元组成。

在引发剂作用下苯乙烯的双键打开，进行双烯加成反应，形成中间产物，再与单体进行氢原子转移产生初级游离基，从而引发大量的苯乙烯进行聚合反应。

3.3.2 实验仪器

搅拌电机、调压器、聚合管、水浴、烧杯、吸滤瓶、抽气管、表面皿

3.3.3 实验药品

名称试剂规格用量

单体苯乙烯CP 15mL 引发剂偶氮二异丁腈AR 23mg 分散介质甲苯AR 15mL 3.3.4 实验步骤

向带磨口接头的聚合管中加入23mg偶氮二异丁腈，接上适当接头，然后抽空，充氮气几次，在氮气流下用移液管向聚合管中加入15mL苯乙烯，将聚合管从接头上取下，马上用磨口玻璃塞子塞好用弹簧固定，然后将聚合管放入沸腾水溶中加热，6h后取出聚合管冷却以终止聚合，将此剩余溶液在搅拌下倒入30mL 甲醇中，将聚合物样品滤出，在50℃下真空干燥至恒重。

4.结果与讨论

悬浮聚合方法得到的产品呈透明颗粒状，产率为45.6%；乳液聚合方法得到

的产品呈白色固体状，产率为38.8%；本体聚合方法得到的产品呈透明块状，产

率为66.7%。悬浮聚合方法的产品外观好，本体聚合方法的产率高。

5.结论

苯乙烯有多种聚合方法，不同的聚合方法得到的结果也不同，本体聚合方法得到的产率虽然最高，但样品不好，而悬浮聚合方法得到的产品外观最好，产率

也不低，综合考虑应该采用悬浮聚合方法。

参考文献

李青山.微型高分子化学实验[M].北京：化学工业出版社，2009,8:81-82.

潘祖仁.《高分子化学》[M]，化学工业出版社1998年版.

何卫东.《高分子化学》[M]，中国科学技术大学出版社2004年版.

张留成，瞿雄伟，丁会利.《高分子材料基础》[M]，化学工业出版社2006年版.