实验21线型聚苯乙烯的磺化 一、目的要求 1.了解线型聚苯乙烯的磺化反应历程 2.了解线型聚苯乙烯磺化反应的实施方法及磺化度的测定方法。 二、基本原理 线型聚苯乙烯的侧基为苯基，其对位仍具有较高的反应活性，在亲电试剂的作用下可发 生亲巾取代反应，即首先山亲电试剂进攻苯 成活性中间体候正离子，然后失去 子生成苯基磺酸。但线型聚苯乙烯高分子不同于苯类小分子，山于受磺化剂扩散速度、局部 浓度等物理因素和几率效应、邻近基团效应等化学因素的影响，磺化速率要低一些，磺化度 亦不可能达100% 本：哈利用乙陆基陆酸(CH-COOSO H)对线型聚苯乙烯讲行陆化，与常用的陆化为 浓酰酸相比，乙酰基碳酸的反应性能比较温和，碳化所温度比较低，而浓硫酸所需温度较 高，易导致交联或降解等副反应。一般来说线型聚苯乙烯的磺化反应山于磺酸基的引入使聚 苯乙桥侧基史庞大，而且黄酸基之间有缔合作用，因此共玻璃化温度随磺化度的增小而提高。 三、主要试剂和仪器 1、主要试剂： 名称 试剂 规松 用量 原料 线型聚苯乙烯 自制 20g 二氯乙烷 CP 139.5ml 酷酸任 CP 8.2g 浓翻 4.9g 溶剂 苯甲醇混合液 体积比80：20 标准溶液 氢氧化钠-甲醇 0.1moL/L 去离子水 酚酞 pH试纸 2、主要仪举： 500ml更预磨▣瓶一个、 50l消液漏斗一个 0100℃温府计两只、冷凝管 个、 磁力搅拌器 恒温加热装咒 碱式滴定管 烧杯 锥形瓶、 布氏漏斗、研 真空烘箱等 四、实验步骤 1、乙酰基磺酸的配制在150ml烧杯中，加入39.5ml二氯乙烷，再加入8.2g(0.08mol) 醋酸酐，将溶液冷全10℃以下，在搅拌下逐步加入95%的浓硫酸4.9g(0.05mol),即可得到 透明的乙酰基磺酸碳化剂 2、债化按图2-3（见实验4）在500ml川须商中加川入20g聚苯乙烯和100ml二氯乙元 加热使其溶解，将温度升金65℃，慢慢滴加磺化剂，滴速度控制在0.5~1.0ml/min,滴加 完以后，在65℃下搅拌反应90一120mim,得浅棕色液体。然后将此反应液在搅拌下慢慢滴 加入盛有700ml沸水的烧杯中，则磺化聚苯乙以小颗粒形念析出，用热的去离子水反复 洗涤反应液呈中性。 干燥， 研细后在真空烘箱中干燥全恒耳 3、称取1~2g干燥的磺化聚苯乙烯样品，溶于苯.甲醇（体积比80：20）混合液中，配 成约5%的溶液。用约0.1mo/L的NaOH甲醇标准溶液漓定，粉啾为指示剂，直到溶液呈微 红色。滴定过程中不能有聚合物自溶液中析出。如出现此情况，应配制史稀的聚合物溶液滴
定。 五、结果与讨论 1、记录反应配方和反应现象。 2、根据测得的耗用NaOH-CHOH标准溶液体积计算磺化度，磺化度是指1O0个苯乙 烯链节单元中所含的磺酸基个数，其计算公式如下： V×W×0.001 磺化度(%) (w-PxN×811000/104100 式中，V为标准NaOH-CH,OH溶液的体积：N为标准NaOH-CH,OH溶液的体积摩尔 浓度：w为磺化聚苯乙烯质量：104为聚苯乙烯链节分子量：81为磺酸基化学式量。 3、思考题 (1)试山测得的磺化度分析聚合物的化学反应的特点？ (2)采用哪些物理和化学方法可判定聚苯乙烯已被磺化？为什么？ 六.实验拓展 利用磺化聚苯乙稀可制备聚苯乙烯磺酸钠将已知磺化度的碳化聚苯乙烯溶于苯-甲醇 (体积比80：20)混合液中，配成5%的溶液。向此聚合物溶液在磁力搅拌下慢慢滴加等摩 尔的O.1 mol/LNaOH.CH,OH溶液，以水 甲醇为沉淀剂。所得的聚苯乙烯磺酸钠先在室温干 燥，限成粉术，耳在80℃其空干燥48h即得产品。可用差热分析测定其玻璃化温度 七、背景知识： 1、艺被磺化聚合物是活府交联的聚装乙稀，则需以活当的溶剂容胀后耳磺化，立物为 强酸性阳离子交换树脂 ,其中的H可交换水中的金属离子，用于硬水的软化、贵重金属的 富集回收、污水治理等 2、可以利用磺化聚苯乙烯制备离聚物(ioor),离聚物是指碳氢主链上含有少量离于 性侧基的聚合物，山杜邦公可首先提出。当碳氢聚合物中存在一定数量的离子基团时，离了 对之产生偶极偶极相互作用，山于碳氢链与离子对极性差别很大，使一些离子对能松散 地缔结在一起，形成离子微区（称为离子族cus tc),并从周围的碳氢链基质中相分离出来， 山于原聚合物的相念结构被改变，离聚物 支赋子了某些新的优异 。杜邦公可生产的全 氟磺酸型离聚物Nafion)),Exxon公司的磺化乙桥-丙烯共聚物以及山本Asahi Glass公司生 的全氟羧酸型离聚物Flemion)等，作为高分子分离膜具有广泛的应用性。另外，若向两种不 同的聚合物链中分别引入带相反电荷的离子基团，山于离子间的强相互作用，可明显改善两 种不相容聚合物的相容性，甚全可完全相容，这是离聚物的另一个重要用途