實(shí)驗(yàn)2　苯乙烯的懸浮聚合

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

（1）了解苯乙烯自由基聚合的基本原理。

（2）掌握懸浮聚合的實(shí)施方法，了解配方中各組分的作用。

（3）了解分散劑、升溫速率、攪拌速率對懸浮聚合的影響。

實(shí)驗(yàn)原理

苯乙烯在水和分散劑作用下分散成液滴狀，在油溶性引發(fā)劑過氧化二苯甲酰引發(fā)下進(jìn)行自由基聚合，其反應(yīng)如下：

懸浮聚合是由烯類單體制備高聚物的重要方法，由于水為分散介質(zhì)，聚合熱可以迅速排除，因而反應(yīng)溫度容易控制，生產(chǎn)工藝簡單，制成的成品呈均勻的顆粒狀，故又稱珠狀聚合，產(chǎn)品不經(jīng)造粒可直接加工而成。懸浮聚合時單體以小液滴狀懸浮在水中進(jìn)行聚合，單體中溶有引發(fā)劑，一個小液滴相當(dāng)于本體聚合中的一個單元。從單體液滴轉(zhuǎn)變?yōu)榫酆衔锕腆w粒子，中間經(jīng)過聚合物-單體黏性粒子階段，為了防止粒子相互黏結(jié)在一起，體系中需另加分散劑，以便在粒子表面形成保護(hù)膜。

苯乙烯是一種比較活潑的單體，容易進(jìn)行聚合反應(yīng)。苯乙烯在水中的溶解度很小，將其倒入水中，體系分成兩層，進(jìn)行攪拌時，在剪切力的作用下單體層分散成液滴，界面張力使液滴保持球形，而且界面張力越大形成的液滴越大，因此在作用方向相反的攪拌剪切力和界面張力的作用下液滴達(dá)到一定的大小和分布。而這種液滴在熱力學(xué)上是不穩(wěn)定的，當(dāng)攪拌停止后，液滴將凝聚變大，最后與水分層，同時聚合達(dá)到一定程度以后的液滴中溶有的聚合物也可使液滴相黏結(jié)。因此，懸浮聚合體系還需加入分散劑即聚乙烯醇（PVA）。

儀器與試劑

儀器　機(jī)械攪拌裝置一套、水浴裝置一套、布氏漏斗、抽濾裝置一套、移液管、量筒（100mL、10mL）、燒杯若干、錐形瓶（50mL）。

試劑　過氧化二苯甲酰（BPO）、聚乙烯醇（DP=1799），苯乙烯（>99.5%）、去離子水。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

（1）如圖1所示組裝儀器

注：溫度計(jì)要加溫度計(jì)套管，攪拌器要加四氟密封塞。另外本實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)在于是否恰當(dāng)?shù)剡M(jìn)行攪拌，所以為保證攪拌速度均勻，安裝后機(jī)械攪拌棒要求可自由旋動無阻力。

（2）加料

注意加料順序，特別要注意的是需待過氧化二苯甲酰完全溶解在苯乙烯中再加入其他物質(zhì)。

配制20mL 1.5%的聚乙烯醇溶液并按表1要求添加其他藥品（注：聚乙烯醇溶解時可加熱至90℃并用玻璃棒快速攪拌30min）。

（3）聚合

通水冷凝，啟動攪拌器并控制在一定轉(zhuǎn)速（400轉(zhuǎn)·min-1以上），將溫度升至85～90℃（開始反應(yīng)溫度不要過高）開始聚合。反應(yīng)1～1.5h之后體系中分散的顆粒變得發(fā)黏，此時注意控制攪拌速率。在反應(yīng)后期將反應(yīng)溫度升高至上限，以加快反應(yīng)，提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率。反應(yīng)2h之后用吸管吸取少量顆粒于表面皿，觀察顆粒是否變脆發(fā)硬，待顆粒變脆發(fā)硬便可結(jié)束反應(yīng)。

（4）后處理

停止加熱后，一邊攪拌一邊用水將三口瓶冷卻至室溫（此時千萬不可停止攪拌）。然后停止攪拌，取下三口瓶。產(chǎn)品用布氏漏斗過濾，用熱水洗滌數(shù)次。最后在鼓風(fēng)干燥箱于50℃烘干，稱量計(jì)算產(chǎn)率列于表2。

結(jié)果分析

思考題

（1）結(jié)合懸浮聚合的理論，說明配方中各種組分的作用。如改為苯乙烯的本體聚合或乳液聚合，此配方需做哪些改動，為什么？

（2）分散劑的作用原理是什么？如何確定用量？改變用量會產(chǎn)生什么影響？如不用聚乙烯醇可用什么試劑代替？

（3）懸浮聚合對單體有何要求？聚合前單體應(yīng)如何處理？

（4）根據(jù)實(shí)驗(yàn)體會，結(jié)合聚合反應(yīng)機(jī)理，你認(rèn)為在懸浮聚合的操作中，應(yīng)特別注意哪些問題？