实验2苯乙烯的悬浮聚合 一、目的要求 1、了解苯乙烯自山基聚合的基本原理 2、掌捏悬浮聚合的实施方法，了解配方中各组分的作用。 3、了解分散剂、升温速度、搅拌速度对悬浮聚合的影明。 苯乙烯在水和分散剂作用下分散成液滴状，在油溶性引发剂过氧化二苯甲酰引发下进行 自山基聚合，其反应历程如下： -cO O 0-CH, -CH-CH,-CH CH2-CH 2√CH,-CH +入入CH一CH一CHCH入入入 ⊙ ◎O 悬浮聚合是山烯类单体制备高聚物的五要方法，山于水为分散介质，聚合热可以迅速排 除，因而反应温度容易控制，生产工艺简单，制成的成品呈均匀的颗粒状，故又称珠状聚合， 产品不经造粒可直接圳工成型。 苯乙烯是一种比较活泼的单休，容易进行聚合反应。苯乙烯在水中的溶解度很小，将其 倒入水中，体系分成两层，进行搅拌时，在剪切力作用下单体层分散成液滴，界面张力使液 滴保持球形，而且界面张力越大形成的液滴越大，因此在作用方向相反的搅拌剪切力和界面 张力作用下液滴达到一定的大小和分布。而这种液滴在热力学上是不稳定的，当搅拌停止后 液滴将凝聚变大，最后与水分层，同时聚合到一定程度以后的液滴中溶有的发粘聚合物亦可 使液滴相粘结。因此，悬浮聚合体系还需加入分散剂。 悬浮聚合实质上是借助于较强烈的搅拌和悬浮剂的作用，将单体分散在单体不溶的介质 (通常为水)中，单体以小液接的形式讲行本丛聚合，在每个小液滴内.单体的聚合时阿 与本体聚合相似，遵循自山基聚合一般机理，具有与本体聚合相同的动力学过 积 山于单 在体系中被搅拌和悬浮剂作用，被分散成细小液滴，因此悬浮聚合又有其独到之处，即散热 面积大，防止了在木体聚合中出现的不易散热的问题。山于分散剂的采用，最后的产物经分 离纯化后可得到纯度较高的颗粒状聚合物
三、主要试剂和仪器 :要试剂 名称 试剂 规格 用量 单体 苯乙烯 除去阻聚剂 15g 油溶性引发剂 过氧化二苯甲酰CP,重结品精制 0.3g 分散剂 聚乙烯醇 1799水溶液1.5 20m 分散介质 水 去离子水 130m 2、主要仪器 聚合装肾一套（包括：250ml三口烧瓶一只，电动搅拌器一套，冷凝管一只，0~100℃ 温度计一只，加热套一套。1图2-2所示)：表面皿：吸管：20m移液管：布氏漏斗：锥形 瓶。 图22聚合装咒图 1搅拌器：2聚四氟帝封塞：3温度计 4温度计套管：5冷凝管：6二口烧瓶 四、实验步骤 1、安步芳置按图安步好实哈梦置.为吴证搅拌速度均匀，整在梦置安梦票规范。州 其是搅拌器，安装后用手转动要求无阻力，转动轻松自如。本装胃采用调压誉，通过变 压的方式来控制电机转速和加热温度，进而达到控制搅拌速度和聚合物温度的日的。 2、加料用分析天平准确称取0.3g过氧化二苯甲酰放入100ml锥形瓶中，再用移液 管按配方量取苯乙烯，亦加入锥形瓶中，轻轻振荡，待过氧化二苯甲酰完全溶解后加入三口 烧瓶。再加入20ml1.5%的聚乙烯醇落液，最后用1301去离子水分别冲洗推形瓶和量简 后加入三口烧瓶中 3、聚合通冷凝水，启动搅拌并控制在一恒定转速，在20一30分钟内将温度升至85 90℃，开始聚合反应。在反应一个多小时以后，体系中分散的颗粒变得发粘，此时一定要注 意控制好搅拌速度。在反应后期可将温度开全反应温度上限，以加快反应，提高转化率。当 反应1.5~2h后，可用吸管取少量颗粒于表面中进行观察，如颗粒变硬发脆，可结束反应
4、出料及后处理停止加热，撤出电炉，一边搅拌一边用冷水将三口烧瓶冷却全室温， 然后停止搅拌，取下三口烧瓶。产品用布氏漏斗过滤，并用热水洗数次。最后产品在50℃ 鼓风干燥箱中烘干，称量，计算产率。 五、结果与讨论 1、屈隔15n记求一次加热和搅拌电压、搅拌速度、聚合温度.共中升温、取样、期 粒变硬的时间和温度也要记录下来。 想据诉得产物后景计反应率 3、思考题 ()结合悬浮聚合的理论，说明配方中各组分的作用。如将此配方改为苯乙烯的本体或乳 液聚合则需作那些改动，为什么？ (2)分散剂作用原理是什么？其用量大小对产物粒子有何影响？ (3)悬浮聚合对单体有何要求？聚合前单体应如何处理？ (④)根据实验体会，指出在悬浮聚合中应特别注意哪些问题，采取什么措施 六、实验拓展 1、苯乙烯与甲基丙烯酸甲酯可发生悬浮共聚合，其共聚物是制备透明高抗冲性塑料 MBS的原料之一，在恒比点附近投料可可得组成均勾的共聚物。将65ml蒸馏水和50▣浆状品 酸镁加入装有搅拌器、温度计和回流冷凝管的250ml三口瓶中，搅拌， 加热95℃，使浆 状破酸钱均匀分散并活化约半小时。 停止 遂步冷却 700 次性向反应瓶中加 含有引发剂的单体混合液(14g甲基丙烯酸甲酯，16.5g苯乙烯，0.3g过氧化二苯甲酰)，控 制搅拌速度使单体分散呈珠状，反应温度保持在70~75℃之间反应。然后吸取少量反应液 滴入清水中，若有白色沉淀产生，则可以开始缓慢升温企95℃再反应3h,使珠状产物进 步硬化。结束反应，将反应液的上层清液倒出，加入适量稀硫酸，调p日至1一1.5，此时有 大最气泡产生，静 段时间后，倾去上层酸液，用大量蒸馏水冲洗余 下的珠状产物企中性 过滤，干燥，即得产品。将产物分别经氯仿溶解和在乙醇苯(95：5)混合液中沉淀，重复4一 次以除去引发剂和未反应单体，所得沉淀物骨于烘箱中60℃干燥金恒重。然后将样品配制 成不同浓度的二硫化碳溶液，在红外光谱仪上测定650~750c'范围内的红外谱图，山 699cm处的吸光度查聚苯乙烯的标准浓度工作曲线，求得共聚物共聚组成。 2、亦可采用乳液聚合方法合成聚苯乙烯。将0,3g二烷基磺酸钠和125g去离子水依 次加入装有搅拌器、温度计和回流冷凝管的250ml 口瓶中，搅拌并升温，待完全溶解后 加入10g苯乙烯和0.3g过硫酸铵，升温至85~90℃反应1.5h,冷却金30~40℃时即可出料 产物可直接应用，也可破乳后得到固体产品：将乳液倒入烧杯，边搅拌边加20一30ml饱和 CC,溶液进行破乳全无聚合物析出，抽滤，热水冲洗，干燥。 七、背景知识 1、苯乙稀自1930年工业化以来已有70多年的历史，山于它有很高的介屯性能，在电 器工业中有者广泛的应用，尤其是它的高频绝缘性能优异，因此它是很好的高顿材料。山于 其具有良好的透明性和力学强度及耐热性，因此在许多工业部门和山用品中也是用途极为广 泛的一种高分子材料.它已成为什界上仪次干聚乙稀和聚氨乙璃的第一大期料品种。采用自 山基悬浮法合成的聚苯乙烯称为发泡级聚苯乙烯(EPS),最典型的配方是： 100份单体、200 300份水、0.3一0.4份过氧化二苯甲酰、0.02~0.045份聚乙烯醇和1份滑石粉，在85℃下反 应8h,而后在105~110℃下熟化h,即可得相对分子质量4~5方的聚苯乙烯。产物用低 沸点烃类发泡剂（石油醚、戊烷、卤代烃等）浸渍制成可发性珠粒，当其受热全90~110℃
体积可增大5一0倍，成为泡沫塑料。泡沫聚苯乙烯导热系数低，吸水性小，防震性好，抗 老化，且具有较高的抗压强度和良好的力学强度，加工方便，成本较低。聚苯乙烯泡沫塑料 制品可用于建筑工业作顶层和隔层， 令藏工业作隔热材料及包装业作防震隔离材料 2、苯乙烯类树脂按结构可划分成20多种，主要有通用级聚苯乙烯(GPS) 发泡级聚苯 乙烯(ES)、高抗冲聚苯乙烯(HIPS)等。用于挤塑或注射成型的通用级聚苯乙烯主要采用自 山基连续本体聚合或加有少量溶剂的溶液聚合法生产，相对分子质量100000一400000，相 对分子质量分布2，且有利性大、透明性好、由绝缘性优良、吸湿性低、表面光洁度高 易成型等特点。高抗冲聚苯乙烯是山苯乙烯与顺丁橡胶或丁苯橡胶通过本体-悬浮法自山基 接枝共聚而制成。它拓宽了通用级聚苯乙烯的应用范围，广泛用作包装材料，在、仪表、汽 车零件以及医疗设备方面占有很大的市场，尤其在家用电器方面有取代AS树脂的趋势。此 外，还可用苯乙烯制备离子交换树脂（苯乙烯-二乙烯基苯共聚物）AAS树脂（丙烯酸丁酯 丙烯睛-苯乙烯共聚物)、MS树脂（基乙烯甲基丙烯酸甲脂共聚物）。 八、注意事项 1、开始时，搅拌速度不宜太快，避免颗粒分散的太细。 2、保温反应一个多小时时，山于此时颗粒表面钻度较大，极易发生粘结。故此时必须 【分仔细的调节搅拌速度，千力不能使搅摔停止，否则颗粒将粘结成块。 3、悬罗警合的产物项粒的大小与分散剂的用量及橙弹速度有关，严格控生制搅拌速度知温度 是实验成功的关健。为了防止产物结团，可加入极少量的乳化剂以稳定 颗粒。若反应中苯乙 烯的转化率不够高，则在干燥过程中会出现小气泡，可利用在反应后期提高反应温度并适当 延长反应时间来解决