材料科学与工程专业实践类课程指导书
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目录第一章聚合物物理化学实验6实验1甲基丙烯酸甲酯的本体聚合，6实验2甲基丙烯酸甲酯的悬浮聚合.8实验3醋酸乙烯酯的溶液聚合....10实验4醋酸乙烯酯的乳液聚合....12实验5苯丙乳液的制备...14..16第二章胶粘剂与涂料.16实验1水溶性脲醛树脂的合成及性能测试实验2水溶性酚醛树脂的合成及性能测试.20实验3常用胶粘剂粘结不同材料的应用及性能测试..24.27第三章功能高分子材料...27实验1高吸水性树脂的制备及吸水率的测定.29第四章材料制备与成型综合实验实验1废纸纤维发泡材料成型工艺29.34实验2热塑性塑料（HDPE）注射成型工艺实验3热压成型制备木塑复合板材。.37实验4塑料挤出造粒工艺...40实验5高聚合物熔体流动速率的测定43实验6模具拆装实验..45第五章材料测试方法实验.4747实验1差示扫描量热分析实验2热重分析49实验3氧化诱导期的测定，.51实验4动态热机械性能测试..54实验5氧指数的测定..60实验6X射线衍射分析.65实验7红外光谱分析.....70第六章专业认识实习.78第七章专业生产实习.81
5 目录 第一章 聚合物物理化学实验 .6 实验 1 甲基丙烯酸甲酯的本体聚合.6 实验 2 甲基丙烯酸甲酯的悬浮聚合.8 实验 3 醋酸乙烯酯的溶液聚合.10 实验 4 醋酸乙烯酯的乳液聚合.12 实验 5 苯丙乳液的制备.14 第二章 胶粘剂与涂料 .16 实验 1 水溶性脲醛树脂的合成及性能测试.16 实验 2 水溶性酚醛树脂的合成及性能测试.20 实验 3 常用胶粘剂粘结不同材料的应用及性能测试.24 第三章 功能高分子材料 .27 实验 1 高吸水性树脂的制备及吸水率的测定.27 第四章 材料制备与成型综合实验 .29 实验 1 废纸纤维发泡材料成型工艺.29 实验 2 热塑性塑料（HDPE）注射成型工艺.34 实验 3 热压成型制备木塑复合板材.37 实验 4 塑料挤出造粒工艺.40 实验 5 高聚合物熔体流动速率的测定.43 实验 6 模具拆装实验.45 第五章 材料测试方法实验 .47 实验 1 差示扫描量热分析.47 实验 2 热重分析.49 实验 3 氧化诱导期的测定.51 实验 4 动态热机械性能测试.54 实验 5 氧指数的测定.60 实验 6 X 射线衍射分析.65 实验 7 红外光谱分析.70 第六章 专业认识实习 .78 第七章 专业生产实习 .81
第一章聚合物物理化学实验实验1甲基丙烯酸甲酯的本体聚合一、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。二、实验原理本体聚合是指单体在少量引发剂下或者直接在热、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，尤其是可以制得透明样品的优点，其缺点是散热困难，易发生凝胶效应，工业上常采用分段聚合的方式。有机玻璃就是甲基丙烯酸甲酯通过本体聚合方法制成的成品。聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA具有优良的光学性能、密度小、机械性能、耐候性好。在航空、光学仪器，电器工业、日用品方面有着广泛用途。甲基丙烯酸甲酯（MMA）是含不饱和双键、结构不对称的分子，易发生聚合反应，其聚合热为56.5kJ/mo1。MMA在本体聚合中的突出特点是有“凝胶效应”，由于本体聚合没有稀释剂存在，聚合热的排散比较困难，“凝胶效应“放出大量反应热，使产品含有气泡影响其光学性能。因此在生产中要通过严格控制聚合温度来控制聚合反应速率，以保证有机玻璃产品的质量。甲基丙烯酸甲酯本体聚合制备有机玻璃常常采用分段聚合方式，先在聚合釜内进行预聚合，后将聚合物浇注到制品型模内，再开始缓慢后聚合成型。预聚合有几个好处，一是缩短聚合反应的诱导期并使“凝胶效应”提前到来，以便在灌模前移出较多的聚合热，以利于保证产品质量；二是可以减少聚合时的体积收缩，因MMA由单体变成聚合物体积要缩小20%-22%，通过预聚合可使收缩率小于12%，另外浆液粘度大，可减少灌模的渗透损失。三、实验材料及设备锥甲基丙烯酸甲酯（MMA）、过氧化二苯甲酰（BPO）、锥形瓶（5OmL）、恒温水浴、试管夹、硬纸盒。四、实验步骤有机玻璃板的制备一般分为下列几个主要步骤：预聚合（制浆）：灌浆；后聚合：脱模。6
6 第一章 聚合物物理化学实验 实验 1 甲基丙烯酸甲酯的本体聚合 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。 二、实验原理 本体聚合是指单体在少量引发剂下或者直接在热、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，尤其是可以制得透明样品的优点，其缺点是散热 困难，易发生凝胶效应，工业上常采用分段聚合的方式。 有机玻璃就是甲基丙烯酸甲酯通过本体聚合方法制成的成品。聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA) 具有优良的光学性能、密度小、机械性能、耐候性好。在航空、光学仪器，电器工业、日用 品方面有着广泛用途。 甲基丙烯酸甲酯（MMA）是含不饱和双键、结构不对称的分子，易发生聚合反应，其聚 合热为 56.5kJ/mol。MMA 在本体聚合中的突出特点是有“凝胶效应”，由于本体聚合没有稀 释剂存在，聚合热的排散比较困难， "凝胶效应“ 放出大量反应热，使产品含有气泡影响 其光学性能。因此在生产中要通过严格控制聚合温度来控制聚合反应速率，以保证有机玻璃 产品的质量。 甲基丙烯酸甲酯本体聚合制备有机玻璃常常采用分段聚合方式，先在聚合釜内进行预聚 合，后将聚合物浇注到制品型模内，再开始缓慢后聚合成型。预聚合有几个好处，一是缩短 聚合反应的诱导期并使“凝胶效应”提前到来，以便在灌模前移出较多的聚合热，以利于保 证产品质量；二是可以减少聚合时的体积收缩，因 MMA 由单体变成聚合物体积要缩小 20％ -22％，通过预聚合可使收缩率小于 12%，另外浆液粘度大，可减少灌模的渗透损失。 三、实验材料及设备 锥甲基丙烯酸甲酯（MMA）、过氧化二苯甲酰(BPO)、锥形瓶（50mL）、恒温水浴、试管夹、 硬纸盒。 四、实验步骤 有机玻璃板的制备一般分为下列几个主要步骤： 预聚合(制浆)；灌浆；后聚合；脱模
1.预聚合（制浆）在50mL锥形瓶中加入0.03g过氧化二苯甲酰和30g甲基丙烯酸甲酯，混合均匀，溶解完全后于85℃恒温水浴中加热同时不断摇动，进行预聚合约0.5h，观察反应的黏度变化，直至烧瓶内溶液有一定的黏度（似甘油状或稍粘些），冷却至室温。2.灌浆将上述预聚物缓慢倒入硬纸盒中，注意排净气泡。3.后聚合将硬纸盒放入60℃烘箱中，保持此温度约2h左右，体系固化失去流动性，再将烘箱温度升温至90℃继续反应3小时左右，停止加热，自然冷却至室温。4.脱模破坏硬纸盒即得透明的块状聚合物。五、实验现象观察实验现象。六、问题与讨论1.本体聚合的主要优缺点是什么？2本实验的关键是预聚合，如果预聚合反应进行的不够会出现什么问题？3.为什么要严格控制不同反应阶段的温度？7
7 1.预聚合(制浆) 在 50mL 锥形瓶中加入 0.03g 过氧化二苯甲酰和 30g 甲基丙烯酸甲酯，混合均匀，溶解 完全后于 85℃恒温水浴中加热同时不断摇动，进行预聚合约 0.5h，观察反应的黏度变化， 直至烧瓶内溶液有一定的黏度(似甘油状或稍粘些），冷却至室温。 2.灌浆 将上述预聚物缓慢倒入硬纸盒中，注意排净气泡。 3.后聚合 将硬纸盒放入 60℃烘箱中，保持此温度约 2h 左右，体系固化失去流动性，再将烘箱温 度升温至 90℃继续反应 3 小时左右，停止加热，自然冷却至室温。 4.脱模 破坏硬纸盒即得透明的块状聚合物。 五、实验现象 观察实验现象。 六、问题与讨论 1．本体聚合的主要优缺点是什么？ 2．本实验的关键是预聚合，如果预聚合反应进行的不够会出现什么问题？ 3．为什么要严格控制不同反应阶段的温度？
实验2甲基丙烯酸甲酯的悬浮聚合一、实验目的1．了解悬浮聚合的特点、基本原理，与本体聚合的异同。2.掌握悬浮聚合的实验操作方法。3.了解分散剂、升温速度、搅拌速度对悬浮聚合的影响。二、实验原理聚合通常是依靠较强烈的搅拌和悬浮剂的作用，将不溶于水的单体以小液滴的形式悬浮在水中进行的聚合。体系中主要有4个组分：单体、引发剂、水和分散剂（悬浮剂）。单体被分散剂在搅拌下均匀分散在水中，这样，每一个小液滴都是一个微型聚合场所，每一个小液滴中单体的聚合过程和机理与本体聚合相似。悬浮聚合解决了本体聚合中不易散热的问题，反应温度容易控制，生产工艺简单，产物呈颗粒状，后处理简单，产品不经造粒可直接加工成型。悬浮聚合的不足是体系组成复杂，导致产物纯度不如本体聚合法高，残留的分散剂等难以除去。悬浮聚合的分散剂主要有两类，即水溶性有机高分子和非水溶性无机粉末，它们的作用机理是不同的。水溶性有机高分子有部分醇解的聚乙烯醇、聚（甲基）丙烯酸盐、纤维素衍生物、明胶和淀粉等，一方面它在单体液珠表面形成了保护膜，另一方面它溶于水，增大了介质的黏度，减少了两个液珠碰撞的机会。非水溶性无机粉末有碳酸镁、碳酸钙、碳酸钡、滑石粉、高岭土和白垩等，它们能被吸附在液珠表面，起着机械隔离作用。实现悬浮聚合的关键是使小液滴稳定的分散在介质中，这主要取决于单体和介质的用量比，分散剂的用量和种类、搅拌器形状和搅拌速度等条件。搅拌速率越高，产品颗粒越细，搅拌速率越低，产品颗粒直径就偏大，但搅拌速率不能太低，因为悬浮聚合体系中的单体颗粒存在着相互结合形成大颗粒的倾向，特别是随着单体向聚合物的转化，颗粒黏度增大，颗粒间的粘结就越容易。因此实验中自始至终都不能停止搅拌。三、实验材料及设备甲基丙烯酸甲酯（MMA）、偶氮二异丁腈（AIBN）、蒸馏水、1%聚乙烯醇水溶液、三颈瓶（250mL）、恒温水浴、冷凝管、搅拌器、量筒、温度计。四、实验步骤1、在三颈瓶中依次加入2mL1%的聚乙烯醇水溶液、40mL水，搅拌加热（注意温度不要超过70℃)。加入预先已溶解引发剂的甲基丙烯酸甲酯10mL，再用剩余的20mL水分两次洗涤盛单体的容器，并倒入三颈瓶内，加料完毕后升温至70℃。小心调节搅拌速度，观察单体8
8 实验 2 甲基丙烯酸甲酯的悬浮聚合 一、实验目的 1. 了解悬浮聚合的特点、基本原理，与本体聚合的异同。 2. 掌握悬浮聚合的实验操作方法。 3. 了解分散剂、升温速度、搅拌速度对悬浮聚合的影响。 二、实验原理 聚合通常是依靠较强烈的搅拌和悬浮剂的作用，将不溶于水的单体以小液滴的形式悬浮 在水中进行的聚合。体系中主要有 4 个组分：单体、引发剂、水和分散剂（悬浮剂）。单体 被分散剂在搅拌下均匀分散在水中，这样，每一个小液滴都是一个微型聚合场所，每一个小 液滴中单体的聚合过程和机理与本体聚合相似。悬浮聚合解决了本体聚合中不易散热的问 题，反应温度容易控制，生产工艺简单，产物呈颗粒状，后处理简单，产品不经造粒可直接 加工成型。悬浮聚合的不足是体系组成复杂，导致产物纯度不如本体聚合法高，残留的分散 剂等难以除去。 悬浮聚合的分散剂主要有两类，即水溶性有机高分子和非水溶性无机粉末，它们的作用 机理是不同的。水溶性有机高分子有部分醇解的聚乙烯醇、聚（甲基）丙烯酸盐、纤维素衍 生物、明胶和淀粉等，一方面它在单体液珠表面形成了保护膜，另一方面它溶于水，增大了 介质的黏度，减少了两个液珠碰撞的机会。非水溶性无机粉末有碳酸镁、碳酸钙、碳酸钡、 滑石粉、高岭土和白垩等，它们能被吸附在液珠表面，起着机械隔离作用。 实现悬浮聚合的关键是使小液滴稳定的分散在介质中，这主要取决于单体和介质的用量 比，分散剂的用量和种类、搅拌器形状和搅拌速度等条件。搅拌速率越高，产品颗粒越细， 搅拌速率越低，产品颗粒直径就偏大，但搅拌速率不能太低，因为悬浮聚合体系中的单体颗 粒存在着相互结合形成大颗粒的倾向，特别是随着单体向聚合物的转化，颗粒黏度增大，颗 粒间的粘结就越容易。因此实验中自始至终都不能停止搅拌。 三、实验材料及设备 甲基丙烯酸甲酯（MMA）、偶氮二异丁腈（AIBN）、蒸馏水、1%聚乙烯醇水溶液、三颈瓶 （250mL）、恒温水浴、冷凝管、搅拌器、量筒、温度计。 四、实验步骤 1、在三颈瓶中依次加入 2mL1%的聚乙烯醇水溶液、40mL 水，搅拌加热（注意温度不要 超过 70o C）。加入预先已溶解引发剂的甲基丙烯酸甲酯 10mL，再用剩余的 20mL 水分两次洗 涤盛单体的容器，并倒入三颈瓶内，加料完毕后升温至 70o C。小心调节搅拌速度，观察单体
液滴大小，调至合适液滴大小后，保持搅拌速度恒定将反应温度升至78℃左右。2、反应约1.5h后，用滴管吸取少量珠状物，冷却后观察是否变硬。若变硬，可减慢搅拌，等珠状物全部沉积，可在缓慢搅拌下升温至85℃继续反应0.5h，以使单体反应完全。停止反应，将产物抽滤，聚合物珠粒用水反复洗涤几次后，至于表面血中自然风干，观察聚合物珠粒的形状，称重，计算产率。聚合物产量产率二×100%原料单体重五、实验现象观察实验现象。六、问题与讨论1、悬浮聚合与本体聚合有哪些异同？2、悬浮聚合反应中影响分子量及分子量分布的主要因素？3、在悬浮聚合反应中期易出现珠粒粘结，这是什么原因引起的？应如何避免？9
9 液滴大小，调至合适液滴大小后，保持搅拌速度恒定将反应温度升至 78o C 左右。 2、反应约 1.5h 后，用滴管吸取少量珠状物，冷却后观察是否变硬。若变硬，可减慢搅 拌，等珠状物全部沉积，可在缓慢搅拌下升温至 85o C 继续反应 0.5h，以使单体反应完全。 停止反应，将产物抽滤，聚合物珠粒用水反复洗涤几次后，至于表面皿中自然风干，观察聚 合物珠粒的形状，称重，计算产率。 五、实验现象 观察实验现象。 六、问题与讨论 1、悬浮聚合与本体聚合有哪些异同？ 2、悬浮聚合反应中影响分子量及分子量分布的主要因素？ 3、在悬浮聚合反应中期易出现珠粒粘结，这是什么原因引起的？应如何避免？
实验3醋酸乙烯酯的溶液聚合一、实验目的1.了解溶液聚合的特点、基本原理，与乳液聚合的不同；2.通过本实验掌握醋酸乙烯酯溶液的聚合方法。二、实验原理溶液聚合是将单体和引发剂溶于适当的溶剂中进行的聚合反应，生成的聚合物能溶于溶剂的叫均相溶液聚合，聚合物不溶于溶剂而析出者，称异相溶液聚合或沉淀聚合。溶液聚合一般具有反应均匀、聚合热易散发、反应速度及温度易控制、分子量分布均匀等优点。在聚合过程中存在向溶剂链转移的反应，使产物分子量降低。因此，在选择溶剂时必须注意溶剂的活性大小。各种溶剂的链转移常数变动很大，水为零，苯较小，卤代烃较大。一般根据聚合物分子量的要求选择合适的溶剂。另外还要注意溶剂对聚合物的溶解性能，选用良溶剂时，反应为均相聚合，可以消除凝胶效应，遵循正常的自由基动力学规律。选用沉淀剂时，则成为沉淀聚合，凝胶效应显著。产生凝胶效应时，反应自动加速，分子量增大，劣溶剂的影响介于其间，影响程度随溶剂优劣程度和浓度而定。本实验选用乙醇作溶剂进行醋酸乙烯酯的溶液聚合。根据反应条件的不同，如温度、引发剂用量、溶剂等的不同可得到分子量从2000到几万的聚醋酸乙烯酯。聚合时，溶剂回流带走反应热，温度平稳。但由于溶剂引入，大分子自由基和溶剂易发生链转移反应使分子量降低。聚醋酸乙烯酯适于制造维尼纶纤维，分子量的控制是关键。由于醋酸乙烯酯自由基活性较高，容易发生链转移，反应大部分在醋酸基的甲基处反应，形成链或交链产物。除此之外，还向单体、溶剂等发生链转移反应。所以在选择溶剂时，必须考虑对单体、聚合物、分子量的影响，从而选取适当的溶剂。温度对聚合反应也是一个重要的因素。随温度的升高，反应速度加快，分子量降低，同时引起链转移反应速度增加，所以必须选择适当的反应温度。三、实验材料及设备酸酸乙烯酯（50mL）、乙醇（30mL）、偶氮二异丁腈（0.21g）、250mL三口瓶、回流冷凝管、搅拌器、恒温水浴、温度计、量筒。四、实验步骤在三颈瓶中依次加入50mL醋酸乙烯酯、30mL溶有0.21g偶氮二异丁睛的乙醇，开动搅拌，加热升温，将反应物逐步升温到62℃左右，反应约1.5h后，升温至65℃左右，继续反10
10 实验 3 醋酸乙烯酯的溶液聚合 一、实验目的 1. 了解溶液聚合的特点、基本原理，与乳液聚合的不同； 2. 通过本实验掌握醋酸乙烯酯溶液的聚合方法 。 二、实验原理 溶液聚合是将单体和引发剂溶于适当的溶剂中进行的聚合反应，生成的聚合物能溶于溶 剂的叫均相溶液聚合，聚合物不溶于溶剂而析出者，称异相溶液聚合或沉淀聚合。溶液聚合 一般具有反应均匀、聚合热易散发、反应速度及温度易控制、分子量分布均匀等优点。在聚 合过程中存在向溶剂链转移的反应，使产物分子量降低。因此，在选择溶剂时必须注意溶剂 的活性大小。各种溶剂的链转移常数变动很大，水为零，苯较小，卤代烃较大。一般根据聚 合物分子量的要求选择合适的溶剂。另外还要注意溶剂对聚合物的溶解性能，选用良溶剂时， 反应为均相聚合，可以消除凝胶效应，遵循正常的自由基动力学规律。选用沉淀剂时，则成 为沉淀聚合，凝胶效应显著。产生凝胶效应时，反应自动加速，分子量增大，劣溶剂的影响 介于其间，影响程度随溶剂优劣程度和浓度而定。 本实验选用乙醇作溶剂进行醋酸乙烯酯的溶液聚合。根据反应条件的不同，如温度、引 发剂用量、溶剂等的不同可得到分子量从 2000 到几万的聚醋酸乙烯酯。聚合时，溶剂回流 带走反应热，温度平稳。但由于溶剂引入，大分子自由基和溶剂易发生链转移反应使分子量 降低。 聚醋酸乙烯酯适于制造维尼纶纤维，分子量的控制是关键。由于醋酸乙烯酯自由基活性 较高，容易发生链转移，反应大部分在醋酸基的甲基处反应，形成链或交链产物。除此之外， 还向单体、溶剂等发生链转移反应。所以在选择溶剂时，必须考虑对单体、聚合物、分子量 的影响，从而选取适当的溶剂。 温度对聚合反应也是一个重要的因素。随温度的升高，反应速度加快，分子量降低，同 时引起链转移反应速度增加，所以必须选择适当的反应温度。 三、实验材料及设备 酸酸乙烯酯（50mL）、乙醇（30mL）、偶氮二异丁腈（0.21g）、250mL 三口瓶、回流冷凝 管、搅拌器、恒温水浴、温度计、量筒。 四、实验步骤 在三颈瓶中依次加入 50mL 醋酸乙烯酯、30mL 溶有 0.21g 偶氮二异丁腈的乙醇，开动搅 拌，加热升温，将反应物逐步升温到 62o C 左右，反应约 1.5h 后，升温至 65o C 左右，继续反
应0.5h后，冷却结束聚合反应。在烘箱中烘干（80℃），计算固含量和单体转化率。五、实验现象观察实验现象。六、问题与讨论1、本实验能否选用高效的引发剂，为什么？2、溶液聚合反应的溶剂应如何选择？3、影响溶液聚合的因素有哪些？11
11 应 0.5h 后，冷却结束聚合反应。在烘箱中烘干（80o C），计算固含量和单体转化率。 五、实验现象 观察实验现象。 六、问题与讨论 1、本实验能否选用高效的引发剂，为什么？ 2、溶液聚合反应的溶剂应如何选择？ 3、影响溶液聚合的因素有哪些？
实验4醋酸乙烯酯的乳液聚合一、实验目的1.学习乳液聚合方法，制备聚醋酸乙烯酯乳液2.了解乳液聚合机理及乳液聚合中各个组分的作用。二、实验原理乳液聚合是以水为分散介质，单体在乳化剂的作用下分散，并使用水溶性的引发剂引发单体聚合的方法，所生成的聚合物以微细的粒子状分散在水中的乳液。乳化剂的选择对稳定的乳液聚合十分重要，起到降低溶液表面张力，使单体容易分散成小液滴，并在乳胶粒表面形成保护层，防止乳胶粒凝聚。常见的乳化剂分为阴离子型、阳离子型和非离子型三种，一般使用离子型和非离子型配合使用。市场上的“白乳胶”就是乳液聚合方法制备的聚醋酸乙烯酯乳液。乳液聚合通常在装备回流冷凝管的搅拌反应釜中进行：加入乳化剂、引发剂水溶液和单体后，一边进行搅拌，一边加热便可制得乳液。乳液聚合温度一般控制在70～90℃之间，pH值在2～6之间。由于醋酸乙烯酯聚合反应放热较大，反应温度上升显著，一次投料法要想获得高浓度的稳定乳液比较困难，故一般采用分批加入引发剂或者单体的方法。醋酸乙烯酯乳液聚合机理与一般乳液聚合机理相似，但是由于醋酸乙烯酯在水中有较高的溶解度，而且容易水解，产生的乙酸会干扰聚合；同时，醋酸乙烯酯自由基十分活泼，链转移反应显著。因此，除了乳化剂，醋酸乙烯酯乳液生产中一般还加入聚乙烯醇来保护胶体。醋酸乙烯酯也可以与其他单体共聚合制备性能更优异的聚合物乳液，如与氯乙烯单体共聚合可改善聚氯乙稀的可塑性或改良其溶解性；与丙烯酸共聚合可改善乳液的粘接性能和耐碱性。三、实验材料及设备醋酸乙烯酯、聚乙烯醇-1788、十二烷基磺酸钠、OP-10、过硫酸铵、碳酸氢钠、去离子水、pH试纸、机械搅拌器、球形冷凝管、三口烧瓶、100mL滴液漏斗、恒温水槽、温度计、回流冷凝管、搅拌器、旋转粘度计、烘箱。四、实验步骤首先在四口烧瓶内加入去离子水90克、聚乙烯醇5克，5克OP一10，开启搅拌，水浴加热至80～90℃使其溶解。降温至70℃，停止搅拌，加入十二烷基磺酸钠1克及碳酸氢钠0.26克后，开启搅拌，再加入7克醋酸乙烯酯（约1/10单体量），最后加入过硫酸铵0.4克，反应开始。12
12 实验 4 醋酸乙烯酯的乳液聚合 一、实验目的 1.学习乳液聚合方法，制备聚醋酸乙烯酯乳液。 2.了解乳液聚合机理及乳液聚合中各个组分的作用。 二、实验原理 乳液聚合是以水为分散介质，单体在乳化剂的作用下分散，并使用水溶性的引发剂引发 单体聚合的方法，所生成的聚合物以微细的粒子状分散在水中的乳液。 乳化剂的选择对稳定的乳液聚合十分重要，起到降低溶液表面张力，使单体容易分散成 小液滴，并在乳胶粒表面形成保护层，防止乳胶粒凝聚。常见的乳化剂分为阴离子型、阳离 子型和非离子型三种，一般使用离子型和非离子型配合使用。 市场上的“白乳胶”就是乳液聚合方法制备的聚醋酸乙烯酯乳液。乳液聚合通常在装备回 流冷凝管的搅拌反应釜中进行：加入乳化剂、引发剂水溶液和单体后，一边进行搅拌，一边 加热便可制得乳液。乳液聚合温度一般控制在 70～90℃之间，pH 值在 2～6 之间。由于醋 酸乙烯酯聚合反应放热较大，反应温度上升显著，一次投料法要想获得高浓度的稳定乳液比 较困难，故一般采用分批加入引发剂或者单体的方法。 醋酸乙烯酯乳液聚合机理与一般乳液聚合机理相似，但是由于醋酸乙烯酯在水中有较高 的溶解度，而且容易水解，产生的乙酸会干扰聚合；同时，醋酸乙烯酯自由基十分活泼，链 转移反应显著。因此，除了乳化剂，醋酸乙烯酯乳液生产中一般还加入聚乙烯醇来保护胶体。 醋酸乙烯酯也可以与其他单体共聚合制备性能更优异的聚合物乳液，如与氯乙烯单体共 聚合可改善聚氯乙稀的可塑性或改良其溶解性；与丙烯酸共聚合可改善乳液的粘接性能和耐 碱性。 三、实验材料及设备 醋酸乙烯酯、聚乙烯醇-1788、十二烷基磺酸钠、OP-10、过硫酸铵、碳酸氢钠、去离子 水、pH 试纸、机械搅拌器、球形冷凝管、三口烧瓶、100mL 滴液漏斗、恒温水槽、温度计、 回流冷凝管、搅拌器、旋转粘度计、烘箱。 四、实验步骤 首先在四口烧瓶内加入去离子水 90 克、聚乙烯醇 5 克，5 克 OP－10，开启搅拌，水浴 加热至 80～90℃使其溶解。 降温至 70℃，停止搅拌，加入十二烷基磺酸钠 1 克及碳酸氢钠 0.26 克后，开启搅拌， 再加入 7 克醋酸乙烯酯（约 1/10 单体量），最后加入过硫酸铵 0.4 克，反应开始
15分钟后再开始缓慢滴加剩余的醋酸乙烯酯63g，于一个小时内加完。滴加完毕后继续搅拌，保温反应0.5小时，撤除恒温浴槽，继续搅拌冷却至室温。表1聚醋酸乙烯酯乳液实验试剂用量表试剂名称用量（g）单体70醋酸乙烯酯保护胶体5.0聚乙烯醇-1788十二烷基磺酸钠1.0乳化剂5OP-10（20%水溶液）0.4过硫酸铵引发剂缓冲剂0.26碳酸氢钠介质90去离子水五、实验结果pH值测定：以pH试纸测定乳液pH值；固含量测定：在培养皿（预先称重mo）中倒入2克左右的乳液并准确记录（mi），于105℃烘箱内烘烤2小时，称量并计算干燥后的重量（m2），测其固含量wt%：固含量wt%=((m2-mo)(m-mo))x100%六、问题与讨论1、为什么要严格控制单体滴加速度和聚合反应温度？2、为什么要加两种乳化剂？3、市售的醋酸乙烯酯单体一般需要蒸馏后才容易发生聚合反应，为什么？13
13 15 分钟后再开始缓慢滴加剩余的醋酸乙烯酯 63g，于一个小时内加完。滴加完毕后继续 搅拌，保温反应 0.5 小时，撤除恒温浴槽，继续搅拌冷却至室温。 表 1 聚醋酸乙烯酯乳液实验试剂用量表 试剂 名称 用量（g） 醋酸乙烯酯 单体 70 聚乙烯醇-1788 保护胶体 5.0 十二烷基磺酸钠 乳化剂 1.0 OP－10（20％水溶液） 5 过硫酸铵 引发剂 0.4 碳酸氢钠 缓冲剂 0.26 去离子水 介质 90 五、实验结果 pH 值测定：以 pH 试纸测定乳液 pH 值； 固含量测定：在培养皿（预先称重 m0）中倒入 2 克左右的乳液并准确记录（m1），于 105℃烘箱内烘烤 2 小时，称量并计算干燥后的重量（m2），测其固含量 wt%； 固含量 wt% = ((m2-m0)/(m1-m0))×100% 六、问题与讨论 1、为什么要严格控制单体滴加速度和聚合反应温度？ 2、为什么要加两种乳化剂？ 3、市售的醋酸乙烯酯单体一般需要蒸馏后才容易发生聚合反应，为什么？