高分子化学实验

高分子化学实验

河北科技大学材料科学与工程学院

二零零六年六月

实验规则

1．实验前认真预习，明确目的和要求，弄清基本原理，了解操作步骤和方法，做到心中有数。

2．实验过程中要听从教师的指导，保持实验室的安静，正确操作，细致观察，认真做好操作记录。

3．特别要注意安全，同时还要爱护仪器、设备，并注意整洁和节约，养成良好的实验习惯。

4．实验完毕，立即把仪器洗刷干净，并整理好药品、实验台。

5．根据原始记录，整理出实验报告，按时交给教师。

目录

实验一有机玻璃的制备 (1)

实验二甲基丙烯酸甲酯—苯乙烯的悬浮共聚合 (4)

实验三聚乙烯醇缩甲醛的制备 (8)

实验四聚乙酸乙烯酯乳液的合成及性能测试 (11)

参考文献 (14)

实验一有机玻璃的制备

有机玻璃是指甲基丙烯酸甲酯通过本体聚合方法制备的板材、棒材、管材及其制品。聚甲基丙烯酸甲酯由于其结构中具有庞大的侧基，不易结晶，为无定形固体。它的最突出的性能是具有很高的透明度，透光率可达92%。另外，它的比重小，故其制品比同体积无机玻璃制品轻巧得多。同时又具有一定的耐冲击强度与良好的低温性能，因此是光学仪器制造工业和航空工业的重要材料。有机玻璃在光学方面还有一个奇特的性能，即表面光滑的棒材或板材在一定的弯曲限度内，能将从一端射入的光线全部在树脂内部向前传导，最后从一端射出，就像水从管子中流过一样。但当其表面的某部分被磨毛时，光线可从这一部分逸出而显示光亮。利用有机玻璃的这种性能，可用它制作外科手术用具，发光标志等。有机玻璃的电学性能优良，遇电弧火花时不会碳化，因此，电子、电气工业中常用来作为绝缘材料。有机玻璃又由于其着色后色彩五光十色，鲜艳夺目，故被广泛用作装饰材料和日用制品。

有机玻璃的最大缺点是表面硬度低，耐热性、耐磨性较差。这些缺点通常通过与其他单体共聚或与其他聚合物共混来克服。

一、目的要求

1．了解本体聚合的基本原理和特点。

2．熟悉和掌握有机玻璃的制备方法。

二、实验原理

甲基丙烯酸甲酯的本体聚合是在引发剂引发下，按自由基聚合反应的历程进行的，引发剂通常为偶氮二异丁腈或过氧化二苯甲酰。其反应通式可表示如下：

CH3引发剂 CH3

n CH2═C （ CH2 C ） n

COOCH3 COOCH3

在本体聚合反应开始前，通常有一段诱导期，聚合速度为零。在这段时间内，体系无粘度变化。然后聚合反应开始，单体转化率逐步提高。当转化率达到20%左右时，聚合速率显著加快，称为自动加速现象。此时若控制不当，体系将发生暴聚而使产品性能变坏。转化率达到80%之后，聚合速度显著降低，最后几乎停止反应，需要升高温度来促使聚合反应的完全进行。

甲基丙烯酸甲酯聚合过程中出现的自动加速现象主要是由于聚合热排除困难，体系局部过热造成的。聚合过程中聚合热的排除问题是本体聚合中最大的工艺问题。为了解决这一问题，甲基丙烯酸甲酯本体聚合在工艺上采取两段法。即先在聚合釜中进行预聚，使转化率达到约15%。在此过程中，一部分聚合热已先行排除，为以后灌模聚合的顺利进行打下基础。预聚还有一个目的是减少由于聚合过程的体积收缩。甲基丙烯酸甲酯单体密度只有0.94，而其聚合物密度为1.17，故聚合过程中有较大的体积收缩，体积收缩率达21%。结果容易造成制品的变形。预聚则可使一部分体积收缩在聚合釜中完成，因此可减少制品的变形。预聚结束后，将预聚体灌模，继续进行聚合，最后得到所需的制品。

三、仪器与药品

1．仪器

三口瓶（250ml）一只，回流冷凝器一支，温度计（100℃）一支，水浴锅一个，电炉一个，电动搅拌器一套，试管两只。

2．药品

甲基丙烯酸甲酯60ml，过氧化苯甲酰0.35g，邻苯二甲酸二丁酯10ml。

四、实验步骤

1．预聚体制备

1）准确称取0.35g过氧化苯甲酰、60 ml甲基丙烯酸甲酯和10 ml邻苯二甲酸二丁酯，投入三口瓶中，摇晃使其完全溶解。装上回流冷凝器、搅拌器、温度计后，开动搅拌，通冷却水，水浴加热至85℃左右，保温反应。

2）观察聚合体系粘度变化。若预聚物变成粘性薄浆状（比甘油略粘一些），撤去热源，反应瓶迅速用冷水冲淋冷却，搅拌降温。

2．灌浆成型

1）仔细洗净试管，置于120℃烘箱中干燥0.5小时，取出后放入硅胶干燥器中冷却。

2）将预聚物灌入试管中（注意：灌注时试管要倾斜，使预聚物缓慢连续的流入试管中，防止气泡带入），灌注高度一般为5—7厘米（灌注过多，压力太大，有可能使气泡不易逸出，留在聚合物内）。

3）将已灌浆的试管置于40℃左右的烘箱内进行低温聚合6h,当试管内聚合物基本成为固体时升温到100℃，保持2h。

4)取出试管，冷却后将试管砸碎，得到透明光滑的有机玻璃棒。

五、注意事项

1．单体预聚合时间不可过长。反应物稍变粘稠即可停止反应，并迅速用冷水淋洗冷却。

2．试管要尽可能洗得干净，并彻底烘干。否则聚合中易产生气泡。

六、思考题

1．叙述本体聚合的特点。

2．单体预聚合的目的是什么？

3．邻苯二甲酸二丁酯在有机玻璃制备中起什么作用？

实验二甲基丙烯酸甲酯—苯乙烯的悬浮共聚合

悬浮聚合是制备高分子合成树脂的重要方法之一。它是在较强烈的机械搅拌下，藉分散剂的帮助，将溶有引发剂的单体分散在与单体不相溶的介质中（通常为水）所进行的聚合。因此，悬浮聚合体系一般由单体、引发剂、水、分散剂四个基本组分组成。

悬浮聚合实际上是单体小液滴内的本体聚合，聚合机理和本体聚合相似。它的优点是：①体系粘度低，聚合热容易排除，聚合温度容易控制。②产品分子量较高，与本体聚合相似。③产品易分离清洗，后处理简单。其缺点是产品中含有少量分散剂残留物，影响纯度。比较悬浮聚合的优缺点可知，这是一种极有实用价值的高分子合成工艺。

根据聚合物在单体中溶解与否，悬浮聚合的产物可分为透明的和不透明的两类。氯乙烯的聚合物不溶于其单体，产品是不透明的。苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯的聚合物溶于其单体，产物都是透明的，这类聚合又称为珠状聚合。

悬浮聚合的反应机理和动力学与本体聚合基本相同，理论研究和工业应用中所关心的是聚合过程中的成粒机理及分散剂和搅拌强度对成粒的影响。

由一种单体进行的聚合反应，称做均聚合。两种或多种单体共同参加的聚合反应，称做共聚合。通过共聚，可以改变大分子的结构和性能，增加品种，扩大应用范围。

甲基丙烯酸甲酯—苯乙烯共聚物（简称MS共聚物）是制备透明高抗冲性塑料MBS的原料之一，它可通过改变甲基丙烯酸甲酯与苯乙烯的含量组成来调节MS共聚物的折光率，使其与MBS中的另一组分——接枝的聚丁二烯的折光率相匹配，从而达到制备透明MBS的目的。