第一節　基本常識

一、實驗室的安全

圓滿地完成千項高分子化學實驗，不僅僅意味著順利地獲得了預期的產物并對其結構進行了充分的表征，更為重要且往往被忽視的是避免事故的發生。在高分子化學實驗中，經常會使用易燃溶劑，如苯、丙酮、乙醇和烷烴；易燃和易爆的試劑，如堿金屬、金屬有機化合物和過氧化物；有毒的試劑，如硝基苯、甲醇和多鹵代烴；有腐蝕性的試劑，如濃硫酸、濃硝酸及溴等。化學試劑使用不當，就可能引起著火、爆炸、中毒和燒傷等事故。玻璃儀器和電器設備的使用不當也會引發事故。以下為高分子化學實驗中常遇到的幾類安全事故。

1.火警和火災

高分子化學實驗常常使用許多易燃有機溶劑，有時還會使用堿金屬和金屬有機化合物，操作不當就可能引發火警和火災。實驗室出現火警的常見原因如下。

①使用明火（如電爐、煤氣）直接加熱有機溶劑進行重結晶或溶液濃縮操作，而且不使用冷凝裝置，導致溶劑濺出和大量揮發。

②在使用揮發性易燃溶劑時，同伴正在使用明火。

③隨意拋棄易燃、易氧化化學品，如將回流干燥溶劑的鈉連同殘余溶劑倒入水池。

④電器質量存在問題，長時間通電使用引起過熱著火。

因此，應盡可能使用水浴、油浴或加熱套進行加熱操作，避免使用明火。長時間加熱溶劑時，應使用冷凝裝置。濃縮有機溶液，不得在敞口容器中進行，使用旋轉蒸發儀等裝置，避免溶劑揮發并擴散。必須使用明火時（如進行封管和玻璃加工），應使明火遠離易燃有機溶劑和藥品。按常規處理廢棄溶劑和藥品，經常檢查電器是否正常工作，及時更換和修理。要熟悉安全用具（滅火器、石棉布等）的放置地點和使用方法，并妥善保管，不要挪作他用。

如果出現了火警，可以根據不同的情況采取相應對策。

①容器中溶劑發生燃燒：移去或關閉明火，緩慢地將筆記本或書夾等物件蓋于容器之上，隔絕空氣使火焰自熄。

②溶劑濺出并燃燒：移去或關閉明火，盡快移去臨近的其他溶劑，使用石棉布蓋于火焰上或者使用二氧化碳滅火器。

③堿金屬引起的著火：移去臨近溶劑，使用石棉布。由于大多數有機溶劑密度小于水，并且烴類溶劑與水不互溶，因此不要使用水滅火，以免火勢隨水四處蔓延。

2.爆炸

進行放熱反應，有時會因反應失控而導致玻璃反應器炸裂，使實驗人員受到傷害。在進行減壓操作時，玻璃儀器由于存在瑕疵也會發生炸裂。在這種情況下應特別注意對眼睛的保護，防護眼鏡等保護眼睛的用品應成為實驗室的必備品。高分子化學實驗中所用到的易爆物有偶氮類引發劑和有機過氧化物，在進行純化過程時，應避免高濃度高溫操作，盡可能在防護玻璃后進行操作。進行真空減壓實驗時，應仔細檢查玻璃儀器是否存在缺陷，必要時在裝置和人員之間放置保護屏。有些有機化合物遇氧化劑會發生猛烈爆炸或燃燒，操作時應特別小心。鹵代烴和堿金屬應分開存放，以免兩者接觸發生反應。

3.中毒

過多吸入常規有機溶劑會使人產生諸多不適，有些毒害性物質如苯胺、硝基苯和苯酚等可很快通過皮膚和呼吸道被人體吸收，造成傷害。在不經意時，手會粘有毒害性物質，經口腔而進入人體。因此在使用有毒試劑時應認真操作，妥善保管；殘留物不得亂扔，必須做有效處理。在接觸有毒和腐蝕性試劑時，必須帶橡膠等材質的防護手套，操作完畢后應立即洗手，切勿讓有毒試劑粘及五官和傷口。在進行產生有毒氣體和腐蝕性氣體反應的實驗時，應在通風柜中操作，并盡可能在排到大氣之前做適當處理，使用過的器具應及時清洗。在實驗室內不得飲食，養成工作完畢、離開實驗室之前洗手的習慣。皮膚上濺有毒害性物質，應根據其性質，采取適當方法進行處理。

4.外傷

除玻璃儀器破裂會造成意外傷害外，將玻璃棒（管）或溫度計插入橡皮塞或將橡皮管套入冷凝管或三通時也會引起玻璃的斷裂，造成事故。因此，在進行操作時，應檢查橡皮塞和橡皮管的孔徑是否合適，并將玻璃切口熔光，涂少許潤滑劑后再緩緩旋轉而入，切勿用力過猛。如果造成機械傷害，應取出傷口中的玻璃或固體物，用水洗滌后涂上藥水，用繃帶扎住傷口或貼上創可貼；大傷口則應先按住主血管以防大量出血，稍加處理后去就醫診治。

發生化學試劑灼傷皮膚和眼睛的事故時，應根據試劑的類型，在用大量水沖洗后，再用弱酸或弱堿溶液清洗。

為了處理意外事故，實驗室應備有滅火器、石棉布、硫磺和急救箱等用具。同時需要嚴格遵守實驗室安全規則，養成良好的實驗習慣，在從事不熟悉和危險的實驗時更應該小心謹慎，防止因操作不當而造成實驗事故。

二、試劑的存放和廢棄試劑的處理

1.化學試劑的保管

實驗室所用試劑，不得隨意散失、遺棄。有些有機化合物遇氧化劑會發生猛烈爆炸或燃燒，操作時應特別小心。鹵代烴遇到堿金屬時，會發生劇烈反應，伴隨大量熱產生，也會引起爆炸。因此化學試劑應根據它們的化學性質分門別類，妥善存放在造當場所。如烯類單體和自由基引發劑應保存在陰涼處（如冰箱），光敏引發劑和其他光敏物質應保存在避光處，強還原劑和強氧化劑、鹵代烴和堿金屬應分開放置，離子型引發劑和其他吸水易分解的試劑應密封保存（充氮的保干器），易燃溶劑的放置場所應遠離熱源。

2.廢棄試劑的處理

高分子化學實驗中產生的廢棄試劑大多來源于聚合物的純化過程，如聚合物的沉淀、分級和抽提。廢棄的化學試劑不可倒入下水道中，應分類加以收集、回收再利用。有機溶劑通常按含鹵溶劑和非鹵溶劑分類收集，非鹵溶劑還可進一步分為烴類、醇類、酮類等。無機液體往往分為酸類和堿類廢棄物，中性的鹽可以經稀釋后倒入下水道，但是含重金屬的廢液不屬此類。無害的固體廢棄物可以作為垃圾倒掉，如色譜填料和干燥用的無機鹽；有害的化學藥品則進行適當處理。對反應過程中產生的有害氣體，應按規定進行處理，以免污染環境，影響身體健康。

在回流干燥溶劑過程中，往往會使用鈉、鎂和氫化鈣。后兩者反應活性較低，加入醇類使其緩慢反應完畢即可。鈉的反應活性較高，加入無水乙醇使其轉變成醇鈉，但是不溶的產物會導致鈉粒反應不完全，需加入更多的醇稀釋后繼續反應。經常需要使用無水溶劑時，這樣處理鈉會造成浪費，可以使用高沸點的二甲苯來回收。收集每次回流溶劑殘留的鈉，置于干燥的二甲苯中（20g鈉/100mL二甲苯），在開口較大的燒瓶中用加熱套使鈉緩慢融化。輕輕晃動燒瓶，分散的鈉球逐漸聚集成較大的球，趁熱將鈉和二甲苯倒入一個干燥的燒杯中，冷卻后取出鈉塊，保存于煤油中。切記，操作過程要十分小心，不可接觸水。

三、常用實驗儀器

化學反應的進行、溶液的配制、物質的純化以及許多分析測試都是在玻璃儀器中進行的，另外還需要一些輔助設施，如金屬用具和電學儀器等。

1.玻璃儀器

玻璃儀器按接口的不同可以分為普通玻璃儀器和磨口玻璃儀器。普通玻璃儀器之間的連接是通過橡皮塞進行的，需要在橡皮塞上打出適當大小的孔，有時孔道不直，和橡皮塞不配套，給實驗裝置的搭置帶來許多不便。磨口玻璃儀器的接口標準化，分為內磨接口和外磨接口，燒瓶的接口基本是內磨的，而回流冷凝管的下端為外磨口。為了方便接口大小不同的玻璃儀器之間的連接，還有多種轉換口可以選擇。

使用磨口玻璃儀器，由于接口處已經細致打磨和聚合物溶液的滲入，有時會發生黏結，難以分開不同的組件。為了防止出現這種麻煩，儀器使用完畢后應立即將裝置拆開；較長時間使用，可以在磨口上涂敷少量硅脂等潤滑脂，但是要避免污染反應物。潤滑脂的用量越少越好，實驗結束后，用吸水紙或脫脂棉沾少量丙酮擦拭接口，然后再將容器中的液體倒出。

大部分高分子化學實驗是在攪拌、回流和通惰性氣體的條件下進行的，有時還需附加溫度計（測溫）、滴液漏斗（加液體反應物）和取樣裝置，因此反應最好在多口反應瓶中進行。下圖為幾種常見的磨口反應燒瓶，高分子化學實驗中多用三口和四口燒瓶（圖1-1），容量大小根據反應液的體積決定，燒瓶的容量一般為反應液總體積的1.5～3倍。

可拆卸的反應釜用于聚合反應，可以很方便地清除粘在壁上的堅韌聚合物或者高黏度的聚合物凝膠，尤其適用于縮合聚合反應，如聚酯和不飽和樹脂的合成。為了保持高真空條件，可在兩部分之間加密封墊，并用旋夾擰緊。

進行聚合反應動力學研究時，特別是本體自由基聚合反應，膨脹計是非常合適的反應器，如圖1-2所示。它是由反應容器和標有刻度的毛細管組成，好的毛細管應具有操作方便、不易泄露和易于清洗的特點。通過標定，毛細管可以直接測定聚合反應過程中體系的體積收縮，從而獲得反應動力學方面的數據。

一些聚合反應需要在隔絕空氣的條件下進行，使用封管或聚合管比較方便，如圖1-2所示。封管宜選用硬質、壁厚均勻的玻璃管制作，下部為球形，可以盛放較多的樣品，并有利于攪拌；上部應拉出細頸，以利于燒結密閉。封管適用于高溫、高壓下的聚合反應。帶翻口橡皮塞的聚合管，適用于溫和條件下的聚合反應，單體、引發劑和溶劑的加入可以通過干燥的注射器進行的。

除了上述反應器以外，高分子化學實驗經常使用到冷凝管、蒸餾頭、接液管和漏斗等玻璃儀器（如圖1-3），大家在有機化學實驗中已經接觸到這些儀器，在此不多加敘述。進行離子聚合反應，對實驗條件的要求很高，往往需要根據聚合反應設計和制作特殊的玻璃反應裝置。

2.輔助器件

進行高分子化學實驗，需要用鐵架臺和鐵夾將玻璃儀器固定并適當連接，實驗過程中經常需要進行加熱、溫度控制和攪拌，應選擇合適的加熱、控溫和攪拌設備。液體單體的精制往往需要在真空狀態下進行，需要使用不同類型的減壓設備，如真空油泵和水泵。許多聚合反應在無氧的條件下進行，需要氮氣鋼瓶和管道等通氣設施，在以下章節中將陸續介紹。

3.玻璃儀器的清洗和干燥

玻璃儀器的清潔干燥是避免引入雜質的關鍵。清洗玻璃儀器最常用的方法是使用毛刷和清潔劑，清除玻璃表面的污物，然后用水反復沖洗，直至器壁不掛水珠，烘干后可供一般實驗需用。盛放聚合物的容器往往難以清洗，擱置時間過長則清洗更加困難，因而要養成實驗完畢立即清洗的習慣。除去容器中殘留聚合物的最常用方法是使用少量溶劑來清洗，最好使用回收的溶劑或廢溶劑。帶酯鍵的聚合物（如聚酯、聚甲基丙烯酸甲酯）和環氧樹脂殘留于容器中，將容器浸泡于乙醇-氫氧化鈉洗液之中，可起到很好的清除效果。含少量聚合物而不易清洗的容器，如膨脹計和容量瓶，可用鉻酸洗液來洗滌，熱的洗液效果會更好，但是要注意安全。總之，應根據殘留物的性質，選擇適當的方法使其溶解或分解而達到除去的效果。離子聚合反應所使用的反應器要求更加嚴格，清洗時應避免雜質的引入。

洗凈后的儀器可以晾干或烘干，干燥儀器有烘箱和氣流干燥器。臨時急用，可以加入少量乙醇或丙酮沖刷水洗過的盛皿加速烘干過程，電吹風更能加快烘干過程。對于離子聚合反應，實驗裝置需絕對干燥，往往儀器裝配完畢后，于高真空下加熱除去玻璃儀器的水氣。