1、高分子化学实验报告08 高分子材料与工程（1）班刘奕衫 0814121024刘 莹 0814121025苯乙烯乳液聚合一 实验目的1. 通过实验对比不同量乳化剂对聚合反应速度和产物的相对分子质量的影响，从而了解乳液聚合的特点，了解乳液聚合中各组分的作用，尤其是乳化剂的作用。2. 掌握制备聚苯乙烯胶乳的方法，以及用电解质凝聚胶乳和净化聚合物的方法二 实验原理乳液聚合是指单体在乳化剂的作用下，分散在介质中加入水溶性引发剂，在机械搅拌或振荡情况下进行非均相聚合的反应过程。它不同于溶液聚合，又不同于悬浮聚合，它是在乳液的胶束中进行的聚合反应，产品为具有胶体溶液特征的聚合物胶乳。乳液聚合体系主要包括:单
2、体、分散介质(水)、乳化剂、引发剂，还有调节剂、pH 缓冲剂及电解质等其他辅助试剂，它们的比例大致如下:水(分散介质) ： 60%80% (占乳液总质量) 单体： 20%40% (占乳液总质量)乳化剂： 0.1%5% (占单体质量) 引发剂： 0.1%0.5%(占单体质量)调节剂： 0.1%1% (占单体质量) 其他： 少量当乳化剂水溶液超过临界胶束浓度时，开始形成胶束。在一般乳液配方条件下，由于胶束数量极大，胶束内有增溶的单体，所以在聚合早期链引发与链增长绝大部分在胶束中发生，以胶束转变为单体。在一定范围内，乳化剂用量越多、反应速度越快，产物相对分子质量越大。乳化剂的另一作用是减少分散相与分
3、散介质间的界面张力，使单体与单体-聚合物颗粒分散在介质中形成稳定的乳浊液。三 实验药品及器材三口瓶，回流冷凝管，电动搅拌器，恒温水浴，温度计，量筒，移液管，烧杯，布氏漏斗，抽滤瓶，水泵苯乙烯，过硫酸钾，十二烷基磺酸钠，乙醇，蒸馏水四 实验步骤（1）称取K 2S2O80.3000g，放于干净的50 ml 烧杯中，用10ml 蒸馏水配成溶液；（2）在装有温度计、搅拌器、水冷凝管的150 ml 三颈瓶中加入50 ml 去离子水(或蒸馏水 )、乳化剂。开始搅拌并水浴加热，当乳化剂溶解后，瓶内温度达80 左右时，用移液管准确加入10 mLlK 2S2O80 溶液及10 ml 苯乙烯单体，迅速升温至 88
4、 90 ，并维持此温度1.5 h，而后停止反应；（3）将乳液倒入150 ml 烧杯中，加NaCl ，迅速搅拌使乳液凝聚。(4)将第二步反应后乳液取一滴至于显微镜下观察颗粒大小。五 实验注意事项1 乳化剂要限量加入，不可过多。2 保证乳化剂充分溶解，使其形成大量的胶束。单体滴加要慢使其形成小液滴与乳化剂形成稳定的大量的单体胶束或胶粒包。3 保持转速稳定。六 实验现象及分析在（2）中应现加单体再加引发剂，且溶液为白色，微带蓝色，这是因为苯乙烯由于乳化剂的存在，形成乳浊液，表现为白色液体，但苯乙烯单体原有颜色为蓝色。在（3）中当把乳液倒入 NaCl 后有白色絮状物产生，在溶液的上层，搅拌一段时间后，
5、溶液固化，再搅拌后又变成糊状。产生这种现象是因为加入 NaCl 之后，破坏了乳化剂和水形成的氢键，聚合物和胶束不能继续溶解于水中，NaCl起到破乳的作用。而产品很多的原因为产品中含有大量的乳化剂，NaCl，以及水分，并不是单一的聚合物。根据颗粒图像分析（粒度）报告可知产品颗粒偏小，是因为引发剂用量过多，且温度对对乳液聚合的影响比较复杂。乳液聚合单体在乳化剂作用和机械搅拌下，在水中分散成乳液状态进行的聚合反应。聚合场所 在胶束内乳液聚合的优缺点优点水做分散介质，传热控温容易；可在低温下聚合；聚合速率快，分子量高；可直接得到聚合物乳胶；缺点要得到固体聚合物，后处理麻烦；成本较高；难以除尽乳化剂残留
6、物；七 思考题1. 根据乳液聚合机理和动力学解释乳液聚合反应速度快和相对分子质量高的特点在乳液聚合体系中，引发剂溶于水相，且在水相中分解成自由基。自由基由水相扩散到胶束中或乳胶粒中，在其中引发聚合。聚合反应就发生在一个个被此孤立的乳胶粒中。假如由水相向某一乳胶粒中扩散进束一个自由基，那么就在这个乳胶检中进行链引发链增长，形成一个大分子链。当第二个自由基由水相扩散进入这个乳胶粒中以后，就和这个乳胶牧中原来的那个自由基链发生碰撞而终止。就是说，在第二个自由基扩散进来以前，在这个乳胶粒中链增长反应一直在进行。在本体聚合体系中，任意两个自由基都有相互碰撞而彼终止的可能性。而在乳液聚合体系中，一个个自由
7、基链被封闭在彼此孤立的乳胶粒中，由于乳胶粒表面带电而产生乳胶粒间的静电斥力作用，使乳胶粒不能碰撞到一起面聚并，就是说，不同乳胶粒中的自由基链之间碰撞到一起而进行终止的几率等于零。也就是说，不同乳胶粒中的自由基链不能相互终止，只能和由水相扩散进来的韧始自由基发生链终止反应。故在乳液聚合中自由基链的平均寿命比用其他聚合方法时要长，自由基有充分的时间增长到很高的分子量。另外，在乳液聚合体系中有着巨大数量的乳胶粒，其中封闭着巨大数量的自由基进行链增长反应，自由基的总浓度比其他聚合过程要大。故乳液聚合反应比其他聚合过程的反应速率要高。2. 为了做好条件对比实验，在实验中应特别注意那些问题 ?答：要准确并
8、迅速的添加药品，且要先加单体再加引发剂，加入单体和引发剂后要迅速升温至 88 90 ，在添加药品是要先加单体之后再添加引发剂，防止引发剂到热水当中大量的分解而降低其效率。并要立刻开动搅拌器，使引发剂，乳化剂和单体混合分散开，反应过程中保持搅拌速度均匀。3. 试说明在后处理中聚合物用热水及乙醇处理的目的是什么 ?答：因为乳液聚合得到的产物当中还有 NaCl，乳化剂等杂质。用热水可以将 NaCl 洗涤。乙醇可溶解乳化剂，将其尽量洗涤干净。4. 根据实验结果，讨论乳化剂在乳液聚合中的作用答：首先在乳液聚台体系中乳化剂以四种形式存在：以单分子的形式存在于水中形成真溶液；以胶束的形式存在于溶液中；被吸附
9、在单体球滴表面上，使单体珠滴稳定地悬浮在介质中；吸附在乳胶粒表面上顺聚合物乳液体系稳定。其次，乳胶粒主要是由胶束形成的，叫作乳胶粒形成的胶束机理。乳液聚合的聚合反应实际上发生在乳胶粒中。5. 试对比本体聚合、悬浮聚合、溶液聚合和乳液聚合的特点 。答本体聚合是单体本身或单体再加入少量引发剂(或催化科) 的聚合；溶液聚合是在单体和引发剂溶于某种溶剂所构成的溶液中所进行的聚合，悬浮聚合是在悬浮于水中的单体珠滴中的聚合，体系主要由单体、水、溶于单体的引发剂及分散介质四种基本组分组成；乳液聚合则是由单体和水在乳化剂作用下配制成的乳状液中进行的聚合，体系主要由单体、水、乳化剂及溶于水的引发刑四种基本组分组成。
