苯乙烯悬浮聚合研究

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1、苯乙烯悬浮聚合研究悬浮聚合一、悬浮聚合的目的和意义：聚苯乙烯(Polystyrene,PS)在合成树脂屮有重耍地位，已成为当今世界五大通用塑料之一。聚苯乙烯合成多釆用悬浮聚合工艺，以水作为反应介质，温度易于控制;产品分子量比容易聚合的高，杂质含量比乳液聚合的少;生产工艺简单，后续处理工序也简单，制成的成品呈均匀的珠状颗粒，较理想的珠状树脂可以直接用來加工成型【1】。其工业应用比较广泛，80%聚氯乙烯，全部苯乙烯型离子交换树脂和可发性聚苯乙烯，部分聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯用悬浮法牛产【2】。二、课题任务①了解悬浮聚合过程。②利用悬浮聚合法实验室合成聚苯乙烯。

2、③讨论分析聚苯乙烯悬浮聚合的条件。三、实验原理及条件选择1・悬浮聚合原理悬浮聚合实质上是借助于较强烈的机械搅拌和悬浮剂的作用，通常是将不溶于水的单体(苯乙烯)分散在介质水中，利用机械搅拌，将单体打散成直径为0.01-5mm的小液滴的形式进行本体聚合。在每个小液滴内，单体的聚合过程和机理与本体聚合相似。在苯乙烯悬浮聚合过程中，引发剂和分散剂的用量、温度与搅拌速度、单体和水的比例对珠体的粒度分布影响显著，若控制不当，易引起粒料的粘结，甚至粘结成块，影响单体聚合。2•苯乙烯悬浮聚合条件选择2.1悬浮剂选择及用量悬浮剂又叫分散剂。工业上常用的分散剂分为水溶性有机高分

3、子化合物、非[3]水溶性无机粉。图1悬浮单体液滴分散■聚并模拟图加入分散剂可以减小或阻止③、④、⑤过程的发生，防止液滴之间粘接。【2】表1悬浮聚合中常用分散剂从分散剂用量及实验室条件考虑本实验采用聚乙烯醇为分散剂。图2聚乙烯醇分散保护作用模型【2】憎水基团吸附在单体形成液滴的表面，形成一层保护膜。随着分散剂用量的增加，聚合物微球粒子周I韦I的分散剂浓度增大，从而对粒子的凝聚产生阻碍作用。在分散聚合中，分散剂含量过低，将使分散体系不稳定，聚合物微球容易发生粘结；分散剂用量过高，体系粘度过大，会使成核数目增多，阻碍核聚合，影响聚合物微球的生长。所以分散剂选择应适

4、量。有文献表明，在实验条件如：苯乙烯20mL、蒸憾水100mL、搅拌速度400r•min-l>BPOO・7g、反应温度80°C。考察分散剂聚乙烯醇用量对聚合反应的影响，结果如下表表2分散剂用量对聚合反应的影响【1】1.2引发剂选择1.2.1自由基聚合机理在一般条件下，大部分烯类不能自动打开兀键而聚合，而是有赖于引发剂或外加能。引发剂一般带有弱键，易分解，能通过均裂和异裂形成中性自由基，而自由基可以作为活性种打开烯类的n键，引发聚合。简示如下式［2］：链引发2R-0RM•2•R-（单体活性种）链增长RM2•3•RMn-1-n•（活性链R〜•）链转移RMn-1•

5、n+M•链终止RMn死聚合物1.2.2引发剂的选择及用量表3常见引发剂过氧二苯甲酰（BPO）分解反应式引发剂可以加快聚合反应，但含量过大时会导致聚合过快，体系来不及放热且引发剂分解剧烈可能会发有文献表明，在实验条件如：苯乙烯20ml。、蒸憾水100ml。、聚乙烯醇0.063g、搅拌速度300r•min-1.反应温度80°Co考察引发剂BPO的用量对聚合反应的影响，结果见表【2】：表4引发剂用量对聚合反应的影响【1】由上表可知：随着引发剂BPO用量的增加，聚合物颗粒变大、反应时间缩短。其原因是：引发剂用量增加，可参与反应的自由基浓度也增大,反应速率加快，使得单

6、体的聚合屮心增长加快，从而有利于颗粒直径的增大、沉淀聚合物浓度的增大，加上相对低的稳定剂吸附速度使得聚集过程加快，也易产生较大的珠体粒子。综合考虑聚合物产率及颗粒大小，20ml单体聚合选择引发剂用量以0.7g为宜。1.3温度选择苯乙烯的悬浮聚合是以水为介质、以口由基反应机理进行的.口由基聚合反应是放热反应,温度过高容易发牛爆聚,但温度低时,会造成部分聚合物分子量过大.在苯乙烯聚合过程中，开始时若升温过慢，往往会使部分聚合物分子量过大，以致造成高分子物的多分散性增大，分子量大小不齐.为了使聚苯乙烯的分子量均匀，聚合初期要迅速升温，60°C以后应缓慢升温，特别是

7、在75°C-90°C要分段逐步升温.第三阶段是实验成败的关键，由于聚合热的逐渐放出，油滴开始变粘，易发生粘连，此时需密切注意温度和转速的变化，恰当地控制与调节温度，降低体系粘度，控制聚合物分子量，防止聚合颗粒粘结.聚合反应温度控制如下[4]：表5乙烯聚合反应的温度与时间【4】1.4搅拌速度选择有文献实验表明，搅拌速度越高，制得的聚苯乙烯珠体平均粒径越小,其原因是：在聚合初始阶段，液滴的存在是一个动态的过程，液滴不断集聚又不断地重新生成.搅拌速度增大，剪切力增强，反应体系处于剧烈湍流状态，液滴周围存在着较强的压力波动和相对速度波动，当液滴和周围流体相对速度大到

8、足以使液滴边缘不稳定时，小液滴就会从大液滴上剥离,形