高分子化学实验讲义解析

高分子化学实验 华东师大化学系高分子教研组 2008年7月 目 录 实验一 常见塑料和纤维的简易鉴别--------------------------------------------------1 实验二 甲基丙烯酸甲酯的本体聚合——有机玻璃的制造-----------------------4 实验三 用膨胀计测定苯乙烯自由基聚合反应速度--------------------------------6 实验四 酚醛塑料的合成-----------------------------------------------------------------8 实验五 乙酸乙烯酯的乳液聚合——白胶水的制备-------------------------------11 实验六 丙烯酰胺的溶液聚合----------------------------------------------------------13 实验七 聚合物单体的预处理----------------------------------------------------------14 实验八 丙烯酸酯类压敏胶的制备----------------------------------------------------14 实验九 强酸型阳离子交换树脂的制备----------------------------------------------16 实验十 界面缩聚法制备尼龙—610----------------------------------------------------20 1

实验一 常见塑料和纤维的简易鉴别 随着高聚物科学的迅速发展，塑料、纤维的品种日益增多。在科学研究和日常生活中都需对一些未知样品进行鉴别。通常对单组分的纯样品，可根据其不同的外观形态和内在性质的差异，用燃烧法、溶解法等方法就可比较准确、方便地进行鉴别。但对组成结构比较复杂的塑料和纤维，则往往需要先纯化，然后进行元素分析确定大致成份，接着可根据需要进行红外光谱、紫外光谱，核磁谱及裂解色质联用谱等分析，才能得出正确的结论。

一、实验目的 学会以燃烧法、溶剂溶解法鉴别一些常见的塑料和纤维。

二、实验原理 1. 燃烧法 燃烧试验是最简单的试验方法。仔细观察塑料、纤维在燃烧时所发生的变化，如燃烧的方式、火焰的颜色、燃烧时散发出来的气味，燃烧后灰烬的颜色、形状和硬度等各种特征，即准确掌握“烟、焰、味、灰”几方面的特征。才能作出正确的判断。燃烧法的优点是简便易行，不需特殊的设备试剂，但此方法比较粗糙。 塑料、纤维的燃烧特征见附表1—1，2。 2．溶解法 溶解法是根据各种纤维在不同的化学试剂中的溶解特性来鉴别纤维的。这种方法操作较简单，试剂容易准备，准确性较高。由于一种溶剂能溶解多种纤维，因此需要进行几种溶剂的溶解试验，才能做出正确判断。 各种纤维的溶解情况见附表1—3。

三、主要仪器和试剂 煤气灯、试管、镊子、滴瓶、5％NaOH、20％HCl、70％H2SO4、40％甲酸、冰醋酸、65％硫氰酸钾、丙酮等。

四、实验步骤 1. 燃烧鉴别法： 取一片塑料（少量纤维），用镊子夹住其一端，慢慢向煤气灯（或酒精灯）的火焰靠近。仔细观察塑料接近火焰、在火焰中以及离开火焰时的燃烧状态，鉴别燃烧时发出的气味。纤维鉴别的方法同上。 2. 溶解法： 将少量纤维置于小试管中，注入某种溶剂或溶液（溶比为100∶1），摇动试管或用玻璃棒搅拌5—15分钟。仔细观察溶解情况。有时还须将溶液加热至一定温度或煮沸。注意用易燃的溶剂时不能直接用火加热。 2

五、实验结果 记述聚合物燃烧试验时的火焰颜色、现象及气味和聚合物溶解试验时所用的溶剂、加热的温度及现象，将燃烧法、溶解法对塑料、纤维鉴别的结果参照附表1—1，2，3，以图表汇总。

表1—1常见塑料的燃烧特征 塑料品种 燃烧情况 气 味 其它现象 聚乙烯 容易燃烧，燃烧时火苗底部为蓝色，顶部为黄色。 石蜡燃烧的气味 燃烧时熔融滴落

聚丙烯 容易燃烧，燃烧时火苗底部蓝色，顶部黄色，少量黑烟。 石油气味 燃烧时熔融滴落

聚苯乙烯 容易燃烧，燃烧时冒浓黑烟，火苗为橙黄色。 苯乙烯单体气味 敲击时，发出清脆的金属响声

聚氯乙烯 不易燃烧，离火即灭，燃烧时冒黑烟，黄色火苗，喷溅绿色和黄色的火星。 氯的刺激性气味

聚甲基丙烯酸甲酯 容易燃烧，火苗黄色。熔融、起泡。 花果臭、腐烂 蔬菜臭 摩擦时发出一股特有的香味 硝酸纤维素（赛璐璐） 极易燃烧，火焰黄色。 很快全部烧完

聚甲醛 容易燃烧，火焰顶端黄色底部蓝色。 强烈的甲醛味鱼腥臭 熔融滴落

聚碳酸酯 慢慢燃烧，火焰黄色，黑烟炭末。 特殊气味花果臭 熔融、起泡

酚醛树脂 （木粉） 慢慢燃烧，离火后自熄，火焰黄色。 木材和苯酚味 膨胀开裂 3

表1—2 常见纤维的燃烧特征 纤维种类 燃 烧 情 况 气 味 灰烬颜色和形状 棉 易燃，产生黄色火焰及蓝烟，烧焦部分为黑褐色。 有烧纸的气味 灰烬少，灰末细软呈浅灰色。

羊毛 一面徐徐冒烟起泡，一面燃烧。 有烧毛发的臭味

灰烬多，为有光泽

的黑色发脆块状。

蚕丝 燃烧慢，烧时缩成一团。 有烧毛发的臭味

灰为黑褐色小球，

用手指一压即碎。

涤纶 燃烧时纤维卷缩，一面熔化，一面冒烟燃烧，有黄色火焰。 有芳香族化合物气味 灰为黑褐色硬块，用手可捻碎。

绵纶 冒黑烟，一面熔化，一面缓慢燃烧，火焰很小。 有氨臭味 灰为黑褐色硬块，不易捻碎。

腈纶 一面熔化，一面缓缓燃烧，火焰呈白色，明亮有力，有时略有黑烟。 有鱼腥臭味 灰为黑色硬块，脆而易碎。

维纶 烧时纤维迅速收缩，燃烧缓慢，火焰很小。 有特殊臭味 灰为褐色硬块，可用手捻碎。

表1—3 各种纤维的溶解情况 试剂 5％氢氧化钠 20％盐酸 35％盐酸 70％硫酸 40％甲酸 冰醋酸 65％硫氰酸钾 次氯酸钠 丙酮 6：4 苯酚：四氯乙烷

温度（℃） 沸 室温 室温 23～35 沸 沸 70～75 23～25 23～25 40～50 时间（min） 15 15 15 10 15 20 10 20 30 20

样 品

棉 × × × √ × × × × × × 羊毛 √ × × × × × × √ × × 蚕丝 √ × √ √ × × × √ × × 涤纶 × × × × × × × × × √ 锦纶 × √ √ √ √ √ × × × √ 腈纶 × × × × × × √ × × × 维纶 × √ √ √ √ √ × × × × 注：√—溶解 ×—不溶 思考题： 用溶解法鉴别纤维时，为什么只需少量纤维（溶比为100∶1）？ 4

参考资料： 1. 陈稀、黄象安，化学纤维实验教程，纺织工业出版社 2. 化学纤维知识组编，化学纤维知识，科学出版社，1978 3. 夏炎，高分子科学简明教程，科学出版社，1987

实验二 甲基丙烯酸甲酯的本体聚合 ——有机玻璃的制造 一、实验目的： 了解本体聚合的原理，熟悉有机玻璃的制备方法。

二、实验原理： 本体聚合是指单体仅在少量的引发剂存在下进行的聚合反应，或者直接在热、光和辐照作用下进行的聚合反应。本体聚合具有产品纯度高和后处理简单等优点。但本体聚合的另一个显著特点是体系粘度大，传热差，且在反应进行到某一阶段时会出现自动加速现象，这时若不能及时排除反应热，轻则使分子量分布变宽，降低材料的机械强度，重则引起“爆聚”而使产品报废。 在引发剂作用下，甲基丙烯酸甲酯的聚合反应是个放热过程。反应热的累积会导致反应物温度的升高，促使聚合反应加速进行，造成局部过热而导致单体气化或聚合物裂解。制件就会产生气泡或空心。另外由于单体和聚合物的密度相差甚大(甲基丙烯酸甲酯为0.94，聚甲基丙烯酸甲酯1.18)，因而在聚合时会产生体积收缩。如果聚合热未经有效排除，各部分反应便不一致，收缩也不均匀，因而导致裂纹与表面起皱现象的产生。为避免这种现象的产生，在实际生产有机玻璃时常常采取预聚成浆法和分步聚合法。整个制作过程分五个步骤：制模、制浆、灌浆、聚合和脱模。 聚甲基丙烯酸甲酯为无定形聚合物，具有高度的透明性，因此被称作有机玻璃。聚甲基丙烯酸甲酯具有较好的耐冲击强度和良好的低温性能，是航空工业与光学仪器制造业的重要材料。有机玻璃表面光滑，在一定的曲率内光线可在其内部传导而不逸出，因此在光导纤维领域中也得到了应用。

三、主要仪器和试剂 锥形瓶、烧杯、温度计、两支玻璃小试管（1.5×10cm）甲基丙烯酸甲酯、邻苯二甲酸二丁酯、过氧化苯甲酰 5

四、实验步骤： 1. 制模 将两支玻璃小试管洗净烘干作为模具。 2. 制浆 在50ml锥形瓶中称取25克甲基丙烯酸甲酯（要经处理除去阻聚剂），再加入30毫克过氧化苯甲酰和2.5克邻苯二甲酸二丁酯，摇匀后在瓶口包上一张塑料薄膜，用绳子扎紧。在90℃左右的水浴上加热，进行预聚合。在此过程中间隙振荡锥形瓶，并注意观察体系的粘度。待反应液呈粘稠浆液（比纯甘油更稠些）时，即停止加热，并立刻置于冷水中迅速冷却以终止聚合反应，以免进一步聚合产生自动加速作用。 3. 灌浆 将上一步骤中制得的预聚浆液小心地灌入模具中（注意液面应略低于模具的上部边缘），然后用玻璃纸严密封口，使反应物与空气隔绝。 4. 聚合 将已经灌好浆液的模具放入恒温烘箱中，按下列条件进行聚合：50℃保持3小时，3小时后转化率大约可达到10—20％，反应体系已经很粘，极易产生自动加速作用，因此必须降低温度到40℃，并保持20小时，使转化率达80％。此时聚合反应速度已显著下降，可以提高温度至105℃，并保持3 小时，使反应进一步完成，然后逐步降温到40℃即可脱模。 5. 脱模 将试管轻轻击破，即可得到透明的棒状有机玻璃。

附注： 1. 第二阶段即低温聚合阶段应严格控制反应温度。一般应保持在45℃以下，待全部产品都不流动时才能升温。 2. 学生可将剩余的预聚物倒入一支小试管中进行爆聚实验，即在沸水温度下继续加热使爆聚发生。

思考题： 解释自动加速效应产生的原因，此实验中如何避免产生自动加速效应？

参考资料： 1. 珊湖化工厂编著，有机玻璃，上海人民出版社，1975 2. 何卫东，高分子化学实验，中国科学技术大学出版社，2003