实验三-苯乙烯悬浮聚合

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1、1、悬浮聚合的简介：悬浮聚合是以小液滴状悬浮在水中的聚合方法，单体溶有引发剂，一个小液滴就相当于一个小本体聚合单元，它是在较强烈的机械搅拌力作用下，借着分散剂的帮助，将溶有引发剂的单体分散在与单体不相溶的介质中（通常为水）所进行的悬浮聚合。因此，悬浮聚合体系一般由单体、引发剂、水、分散剂四种基本成分组成。悬浮聚合产物的颗粒粒径一般在0.05～0.2mm，其形状、大小随搅拌强度和分散剂的性质而定。悬浮聚合实际上是单体小液滴内的本体聚合，聚合机理和本体聚合相似。它的优点是：1.体系粘度低，传热和温度易控制

2、，产品分子量及其分布比较稳定。2.产品分子量较溶液聚合高，杂质含量比乳液聚合少。3.产品易分离清洗，后处理工序比乳液聚合和溶液聚合简单简单。其缺点是产品中含有少量的分散剂残留物，影响纯度。因此比较悬浮聚合的优缺点可知，这是一种极有实用价值的高分子合成工艺。根据聚合物在单体中的溶解与否，悬浮聚合的产物可以分为透明和不透明两类。氯乙稀的聚合物不溶于其单体，产品是不透明的。苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯的聚合物溶于其单体，产品都是透明的，这类聚合又叫珠状聚合。目前的悬浮聚合多采用间歇法，连续法尚在研究之中。2、悬浮

3、聚合的工艺：悬浮聚合法的典型生产工艺过程是将单体、水、引发剂、分散剂等加入反应釜中，加热，并采取适当的手段使之保持在一定温度下进行聚合反应，反应结束后回收未反应单体，离心脱水、干燥得产品。　　悬浮聚合所使用的单体或单体混合物应为液体，要求单体纯度＞99.98%。　　在工业生产中，引发剂、分子量调节剂分别加入到反应釜中。引发剂用量为单体量的0.1%～1%。　　去离子水、分散剂、助分散剂、pH调节剂等组成水相。水相与单体之比一般在75：25～50：50范围内。3、实验方案的设计：一、目的要求1.了解悬浮聚

4、合的原理以及配方中各组分的作用。2.了解悬浮聚合的工艺特点，掌握悬浮聚合的操作方法。二、实验原理苯乙烯是一种比较活泼的单体，容易进行聚合反应。在引发剂或热的作用下，可通过自由基的连锁反应生成聚合物。因此，在储存过程中，常常加入阻聚剂以防止自聚。苯乙烯的自由基不太活泼，因此，聚合过程中的副反应较少，不易发生链转移反应，支链较少。此外，苯乙烯单体是其聚合物的良溶剂，因此，聚合过程中的凝胶化现象不十分显著。在本体聚合或悬浮聚合中，仅当转化率达到50％~70％，略有自动加速的现象发生。所以，一般来说，聚合物的

5、聚合速度比较缓慢。苯乙烯的聚合反应如下：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，单体分散成液滴。单体和水两种液体之间存在一定的界面张力，界面张力力图使液体保持球形。界面张力越大，保持成球形的能力就越大，所形成的液滴就越大。搅拌剪切力和界面张力对液滴成球能力的作用影响相反，构成动态平衡，使液滴达到一定的大小和分布。这种剪切力和液面张力形成的液滴在热力学上是不稳定的。当搅拌停止以后，液滴将凝聚变大，最后仍与水分层。另外当聚合反应达到一定的程度以后，单体液滴中溶有的

6、聚合物使液滴表面发粘。这时候，如果两个液滴碰撞，往往容易粘结在一起。在这种情况下，搅拌反而促进粘结。为了避免这种情况发生，必须在聚合体系中加入一定量的分散剂。加有分散剂的悬浮聚合体系在一定的聚合程度时（如转化率20％～70％），如果停止搅拌，仍有粘结成块的危险。因此，在悬浮聚合的过程中，搅拌和分散剂是两个不可缺少的工艺条件。用于悬浮聚合的分散剂可以分为两大类。一类是水溶性高分子物质，如聚乙烯醇、马来酸酐－苯乙烯共聚物、甲基纤维素、淀粉等其作用机理是高分子物质吸附在液滴表面，形成一层保护膜，使液滴连接时

7、不会粘结。同时加入水溶性高分子物质以后，介质粘度增加，也有碍于液滴的粘连。另外，有些水溶性高分子物质还有降低界面张力的作用，有利于液滴变小。另一类是不溶于水的无机粉末，如碳酸镁、碳酸钙、碳酸钡、硫酸钙、滑石粉、高岭土等。其作用机理是细微的粉末吸附在液滴的表面上，起着机械隔离的作用。而聚苯乙烯的产品要求透明，以选用无机分散剂为宜。本实验中可选用磷酸钙和碳酸镁。分散剂的用量一般是单体用量的0.1％左右。苯乙烯悬浮聚合可在120到150℃下进行。苯乙烯具有热聚合的他点，不加引发剂，在120℃以上，就有较高的

8、聚合速率，在150℃聚合2h，转化率可达85%。如果加入适当的引发剂，还可以进一步提高聚合速率。分散剂在聚合结束后，可在后处理工序中用酸洗去。一、仪器与药品1、仪器标准磨口三颈瓶(500ml/24mm*3)一只；球形冷凝器(300ml)一只；温度计(100℃)一只；分液漏斗(125ml)一只；布氏漏斗(8mm)一只；真空装置（含真空泵，缓冲瓶，硅胶干燥塔）一套；烧杯(100ml)两只；恒温水浴槽一台；电动搅拌器一套。1、药品苯乙烯45g，聚合级；氢氧化钠