高分子合成实验.doc

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1、第二章 高分子合成实验3实验一 聚乙烯醇缩甲醛的制备3实验二 苯乙烯的聚合方法综合实验5实验三 甲基丙烯酸甲酯的本体聚合10实验四 水溶性酚醛树脂制备及性能测定11实验五 酚醛树脂的合成16实验六 水性丙烯酸树脂的合成18实验七 醋酸乙烯酯的乳液聚合19实验八 膨胀计法测定苯乙烯聚合反应速率22实验九 甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯悬浮共聚合27实验十 乙酸乙烯酯的溶液聚合29实验十一 丙烯酰胺水溶液聚合31实验十二 低分子量聚丙烯酸（钠盐）的合成和分析33实验十三 熔融缩聚反应制备尼龙-6635实验十四 己内酰胺缩聚制备尼龙638实验十五 强酸型阳离子交换树脂的制备及其交换量的测定40实验十六 苯丙

2、乳液的制备44第二章 高分子合成实验实验一 聚乙烯醇缩甲醛的制备一、实验目的 1、加深对高分子化学反应基本原理的理解。2、了解缩醛化反应的主要影响因素。3、掌握聚乙烯醇缩甲醛的制备方法.二、 实验原理早在1931年，人们已经研制出聚乙烯醇的纤维，但由于PVA的水溶性而无法实际应用。利用“缩醛化”减少水溶性，使PVA有了较大的实际应用价值。目前，聚乙烯醇缩醛树脂在工业上被广泛用于生产黏合剂、涂料、化学纤维。品种主要有聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯醇缩乙醛、聚乙烯醇缩甲乙醛、聚乙烯醇缩丁醛等。其中以聚乙烯醇缩甲醛和聚乙烯醇缩丁醛最为重要。前者是化学纤维“维尼纶”和“107”建筑胶水的主要原料，后者可用于制

3、造“安全玻璃”。聚乙烯醇缩甲醛随缩醛度的不同，性质和用途有所不同，缩醛度在35%左右，就得到人们所称为“维尼纶”的纤维，纤维的强度是棉花的1.52.0倍，吸湿性5%，接近天然纤维，故又称为“合成棉花”，如果控制强度在较低水平，由于聚乙烯醇缩甲醛分子中含有羟基、乙酰和醛基，因此有较强的黏结性能，可用作胶水，用来黏结金属、木材、玻璃、陶瓷、橡胶等。聚乙烯醇缩甲醛是由聚乙烯醇在酸性条件下与甲醛缩合而成的。其反应方程式如下：由于几率效应，聚乙烯醇中邻近羟基成环后，中间往往会夹着一些无法成环的孤立的羟基，因此缩醛化反应不完全。为了定量表示缩醛化的程度，定义已缩合的羟基量占原始羟基量的百分数为缩醛度。由于

4、聚乙烯醇溶于水，而反应产物聚乙烯醇缩甲醛不溶于水，因此，随着反应的进行，最初的均相体系将逐渐变成非均相体系。本实验是合成水溶性聚乙烯醇缩甲醛胶水，实验中要控制适宜的缩醛度，使体系保持均相。如若反应过于猛烈，则会造成局部高缩醛度，导致不溶性物质存在于胶水中，影响胶水质量。因此，反应过程中，要严格控制催化剂用量、反应温度、反应时间及反应物比例等因素。四、实验步骤1. 安装好合成装置。2. 250mL三口瓶中加人90mL去离子水,装上搅拌。加入10g聚乙烯醇。3. 加热至95，加温直至聚乙烯醇全部溶解。4. 降温至80，加入4mL甲醛溶液，搅拌15min。滴加0.25 molL-1稀盐酸，控制反应体

5、系pH为13。继续搅拌，反应体系逐渐变稠。当体系中出现气泡或有絮状物产生时，立即迅速加入1.5mL8%NaOH溶液，调节pH值为89。冷却，出料，得无色透明黏稠液体，即为一种化学胶水。5.测定不同温度下的粘度 。五、结果与讨论1. 由于缩醛化反应的程度较低，胶水中尚有未反应的甲醛，产物往往有甲醛的刺激性气味。反应结束后胶水的pH值调至弱碱性有以下作用：可防止分子链间氢键含量过大，体系黏度过大；体系黏度过高；缩醛基团在碱性环境下较稳定。2. 为什么缩醛度增加，水溶性会下降？3. 为什么以较稀的聚乙烯醇溶液进行缩醛化?4. 聚乙烯醇缩醛化反应中，为什么不生成分子间交联的缩醛键？5. 聚乙烯醇缩甲醛

6、黏合剂在冬季极易凝胶，怎样使其在低温时同样具有很好的流动性和黏合性？实验二 苯乙烯的聚合方法综合实验 一、实验目的1、了解苯乙烯自由基聚合的基本原理。2、掌握悬浮聚合的实施方法，了解配方中各组分的作用。3、了解分散剂、升温速度、搅拌速度对悬浮聚合的影响。4、了解苯乙烯本体聚合的实验方法。5、了解苯乙烯溶液聚合的实验方法。6、掌握苯乙烯乳液聚合的实验方法。7、通过本综合实验，提高学生的学习兴趣、提高动手能力及综合分析问题解决问题的能力。二、实验原理1. 悬浮聚合：苯乙烯在水和分散剂作用下分散成液滴状，在油溶性引发剂过氧化二苯甲酰引发下进行自由基聚合，其反应历程如下：悬浮聚合是由烯类单体制备高聚物

7、的重要方法，由于水为分散介质，聚合热可以迅速排除，因而反应温度容易控制，生产工艺简单，制成的成品呈均匀的颗粒状，故又称珠状聚合，产品不经造粒可直接加工成型。苯乙烯是一种比较活泼的单体，容易进行聚合反应。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层分散成液滴，界面张力使液滴保持球形，而且界面张力越大形成的液滴越大，因此在作用方向相反的搅拌剪切力和界面张力作用下液滴达到一定的大小和分布。而这种液滴在热力学上是不稳定的，当搅拌停止后，液滴将凝聚变大，最后与水分层，同时聚合到一定程度以后的液滴中溶有的黏性聚合物亦可使液滴相黏结。因此，悬浮聚合体系还需加入分散剂

8、。悬浮聚合实质上是借助于较强烈的搅拌和悬浮剂的作用，将单体分散在单体不溶的介质（通常为水）中，单体以小液滴的形式进行本体聚合，在每一个小液滴内，单体的聚合过程与本体聚合相似，遵循自由基聚合一般机理，具有与本体聚合相同的动力学过程。由于单体在体系中被搅拌和悬浮剂作用，被分散成细小液滴，因此悬浮聚合又有其独到之处，即散热面积大，防止了在本体聚合中出现的不易散热的问题。由于分散剂的采用，最后的产物经分离纯化后可得到纯度较高的颗粒状聚合物。2. 微乳液聚合：微乳液指的是由油、水、乳化剂（许多场合下还需要加入助乳化剂）组成的各向同性、热力学稳定透明或半透明胶体分散体系，其分散相尺寸为纳米级。自Stoff

9、er、Atik等于1980年代早期首次报道微乳液聚合反应以来，由于微乳液的特殊性能，在医药、生物、工业等方面具有广泛的潜在应用，因而受到人们的极大关注。应用领域包括制备多孔材料用于高效分离膜，制备聚合物纳米粒子用于油墨、高性能吸附材料等，制备高档涂料以及制备用于原油开采的乳液、提高采收率等。微乳液聚合可很方便地得到纳米级的高分子量聚合物乳胶粒，但是由于典型的微乳液聚合通常固含量都很低，一般低于10%，且需使用较高的乳化剂/单体比，如制备固含量为2%5%的微乳通常需加入5%的乳化剂，因而大大地限制了微乳液聚合的商业应用。如何提高固含量、降低乳化剂用量是近年来微乳液聚合研究的关键问题之一。目前报道

10、的方法主要有三种：半连续法，或称多步加料法，即单体在聚合反应过程中的特定时段分批加入；连续法，即单体在聚合反应过程中连续地加入正在反应的聚合体系；类Winsor I体系法，聚合体系的组成类似Winsor I型分散体系，由清澈的两相组成，上层油相为纯的单体，下层为含阳离子乳化剂的微乳液相，水溶性的氧化还原引发剂溶于微乳液相，在温和搅拌下，单体由过量的油相吸收到胶束内进行聚合反应。最后所得的聚合物乳胶粒子的大小取决于所用的微乳液体系及聚合反应方法。有些情况下，所加单体多数是在已存在的乳胶粒子内聚合，因而随着所加单体的增加，乳胶粒子显著增大；有些情况下，乳胶粒子的大小则几乎保持不变。影响粒子尺寸的可

11、能因素包括单体的溶解性、扩散限制以及单体的用量等。本实验采用半连续法制备聚苯乙烯微乳液，最后可得到固含量约为40%，聚合物粒子粒径小于40nm，相对分子质量大于106g/mol的微乳液。3. 苯乙烯的本体聚合：苯乙烯的本体聚合是按自由基机理进行的均相聚合反应。4.苯乙烯的溶液聚合：苯乙烯的溶液聚合是按自由基机理进行的均相聚合反应。三、主要试剂和仪器1、主要试剂苯乙烯：除去阻聚剂 ；油溶性引发剂 ：过氧化二苯甲酰 （ C.P.重结晶精制 ）；聚乙烯醇 ：1799水溶液1.5% ；过硫酸钾； NaH2PO4；油酸钠；十二烷基硫酸钠；甲醇；偶氮二异丁腈（AIBN）2、主要仪器聚合装置一套（包括250

12、ml三口烧瓶一个，电动搅拌器一套，冷凝管一支，0100温度计一支，加热水浴一套，如图2-1所示），表面皿，吸管，20ml移液管，布氏漏斗，锥形瓶。 图2-1 聚合装置图 1-搅拌器；2-聚四氟乙烯密封塞；3-温度计； 4-温度计套管；5-冷凝管；6-三口烧瓶四、实验步骤（一）悬浮聚合：1、安装装置 按图安装好实验装置，为保证搅拌速度均匀，整套装置安装要规范。尤其是搅拌器，安装后用手转动要求无阻力，转动轻松自如。本装置采用调压器，通过改变电压来控制电机转速和加热温度，进而达到控制搅拌速度和聚合物温度的目的。2、加料 用分析天平准确称取0.3g过氧化二苯甲酰放入100ml锥形瓶中，再用移液管按配方

13、量取苯乙烯15g，亦加入锥形瓶中，轻轻振荡，待过氧化二苯甲酰完全溶解后加入三口烧瓶。再加入1.5%的聚乙烯醇溶液20ml，最后用130ml去离子水分别冲洗锥形瓶和量筒后加入三口烧瓶中。3、聚合 通冷凝水，启动搅拌并控制在一恒定转速下，在2030min内将温度升至8590，开始聚合反应。在反应一个小时以后，体系中分散的颗粒变得发黏，此时一定要注意控制好搅拌速度。在反应后期可将温度升至反应温度上限，以加快反应，提高转化率。当反应1.52h后，可用吸管取少量颗粒于表面皿中进行观察，如颗粒变硬发脆，可结束反应。4、出料及后处理 停止加热，撤出电炉，一边搅拌一边用冷水将三口烧瓶冷却至室温，然后停止搅拌，

14、取下三口烧瓶。产品用布氏漏斗过滤，并用热水洗数次。最后产品在50鼓风干燥箱中烘干，称量，计算产率。5、注意事项开始时，搅拌速度不宜太快，避免颗粒分散得太细。保温反应1个多小时后，由于此时颗粒表面黏度较大，极易发生黏结。故此时必须十分仔细的调节搅拌速度，千万不能使搅拌停止，否则颗粒将黏结成块。悬浮聚合的产物颗粒的大小与分散剂的用量及搅拌速度有关，严格控制搅拌速度和温度是实验成功的关键。为了防止产物结团，可加入极少量的乳化剂以稳定颗粒。若反应中苯乙烯的转化率不够高，则在干燥过程中会出现小气泡，可利用在反应后期提高反应温度并适当延长反应时间来解决。（二）乳液聚合：方法1：将0.3g十二烷基磺酸钠和1

15、25g去离子水依次加入装有搅拌器、温度计和回流冷凝管的250ml三口瓶中，搅拌并升温，待完全溶解后，加入10g苯乙烯和0.3g过硫酸铵，升温至8590反应1.5h，冷却至3040时即可出料。产物可直接应用，也可破乳后得到固体产品。乳液粘度的测定：涂-4杯法。方法2：将一个装有搅拌器、温度计和氮气入口的50mL三口瓶抽空、充氮3次。然后在氮气保护下加入24.4mg（0.9mmol）过硫酸钾，10mgNaH2PO4，0.2g油酸钠（或十二烷基硫酸钠）和20mL水（在氮气下煮沸过的）。溶解后，在搅拌下加入10mL除阻聚剂的苯乙烯，把水包油的乳液在缓慢的氮气流下，在60下以均匀速度搅拌6h。然后使反应

16、物冷却下来，吸取5mL聚苯乙烯胶乳放到烧杯中，加入等体积的浓硫酸铝溶液进行沉淀（必要时煮沸）。另取5mL试样，加入60mL甲醇进行沉淀。最后，向仍留在烧瓶中的胶乳加入浓盐酸，使之凝聚。将所获得的聚合物样品用水和甲醇洗，吸滤，并在50下真空干燥。测定总产率，并测定其中一个样品的黏度值（聚合度）。把实验结果与本体聚合和溶液聚合的结果进行比较。（三）本体热聚合：苯乙烯单体用10%氢氧化钠水溶液振荡两次，再用蒸馏水洗涤3次，以除去酚类阻聚剂。然后将其用氯化钙或硅胶干燥，并减压蒸馏（沸点82/100kPa，46/20kPa）到一个接受瓶中，使用前储藏在冰箱中。在5个聚合管中（容积510mL），各称入1g

17、（9.6mmol）除掉阻聚剂的苯乙烯。把这些接有适宜接头的管子放入二氯甲烷-干冰浴中（苯乙烯的熔点30.6），待管内物凝固后，用水泵抽空，化冻后管内充氮。如此再重复两次，然后在氮气下封管。各试样分别在80、100、110、120和130恒温浴或相应温度的蒸气浴中进行聚合（聚合管可能爆炸，一定要放在保护罩后或用布盖上！）。3h后，将管子浸入冷水中（戴上防护眼镜），使其迅速冷却，然后开管。把每个试样分别溶解在2030mL苯中，用滴液漏斗慢慢滴入200300mL甲醇，使所生成的聚苯乙烯沉淀出来。沉淀用烧结玻璃漏斗吸滤出后，在50下真空干燥至恒重。以转化率（%）对聚合温度作图。用奥氏黏度计（毛细管直径

18、0.3mL），在20下在苯中测定样品的黏度值，以计算平均聚合度。然后以所得数据对聚合温度作图。（四）溶液聚合：向7个带磨口接头的聚合管中加入23mg（0.14mmol）偶氮二异丁腈，接上适当接头，然后抽空、充氮几次。在氮气流下用移液管向聚合管中分别加入0.5mL，1.0mL、1.5mL、2.0mL、2.5mL、3.0mL（4.36mmol，3.72mmol，13.07mmol，17.42mmol，21.76mmol，26.13mmol）除去稳定剂的苯乙烯，分别用氮下蒸馏过的纯甲苯稀释至15mL。最后一个管中仅加入15mL苯乙烯（本体聚合）。将聚合管从接头上取下，马上用磨口玻璃塞子塞好，塞子用弹

19、簧固定。然后将聚合管放入沸腾水浴中，6h后，取出聚合管冷却，然后用上述方法处理（必要时用甲苯稀释）。将测得的转化率和聚合度对单体浓度作图。注意无溶剂聚合样品的差异。五、结果与讨论1、每隔15min记录一次加热和搅拌电压、搅拌速度、聚合温度，其中升温、取样、颗粒变硬的时间和温度也要记录下来。2、根据所得产物质量计算反应产率。3、思考题（1）结合悬浮聚合的理论，说明配方中各组分的作用。如将此配方改为苯乙烯的本体或乳液聚合则需作哪些改动，为什么？（2）分散剂作用原理是什么？其用量大小对产物粒子有何影响？（3）悬浮聚合对单体有何要求？聚合前单体应如何处理？（4）根据实验体会，指出在悬浮聚合中应特别注意

20、哪些问题，采取什么措施？实验三 甲基丙烯酸甲酯的本体聚合一、实验目的1、了解甲基丙烯酸甲酯的本体聚合的原理。2、熟悉型材有机玻璃的制备方法。二、实验原理聚甲基丙烯酸甲酯具有优良的光学性能、密度小、机械性能好、耐候性好。在航空、光学仪器、电器工业、日用品等方面又有广泛的用途。为保证光学性能，聚甲基丙烯酸甲酯多采用本体聚合法合成。甲基丙烯酸甲酯的本体聚合是按自由基聚合反应历程进行的，其活性中心为自由基。反应包括链引发、链增长和链终止，当体系中含有链转移剂时，还可发生链转移发应。本体聚合是不加其他介质，只有单体本身在引发剂或催化剂、热、光作用下进行的聚合，又称块状聚合。本体聚合具有合成工序简单，可直

21、接形成制品且产物纯度高的优点。本体聚合的不足是随聚合的进行，转化率提高，体系黏度增大，聚合热难以散出，同时长链自由基末端被包裹，扩散困难，自由基双基终止速率大大降低，致使聚合速率急剧增大而出现自动加速现象，短时间内产生更多的热量，从而引起相对分子质量分布不均，影响产品性能，更为严重的则引起爆聚。因此甲基丙烯酸甲酯的本体聚合一般采用三段法聚合，而且反应速率的测定只能在低转化率下完成。三、主要试剂和仪器1.主要试剂甲基丙烯酸甲酯（精 制），偶氮二异丁腈（AR），聚乙烯醇稀溶液（0.1%）2、主要仪器100mL三口瓶， 冷凝管，试管，恒温水浴，0100温度计，玻璃板（两块），橡皮条。恒温装置（玻璃缸

22、水槽、加热棒、控温仪、搅拌器），秒表（最小单位0.01s），吸耳球，夹子，250mL容量瓶，500mL烧杯，砂芯漏斗（5#）。四、实验步骤（一）、预聚体的制备1、取0.02g偶氮二异丁腈、30g甲基丙烯酸甲酯混合均匀，投入到100mL装有冷凝管、温度计的磨口三口瓶中开搅拌、开冷凝水。2、水浴加热，升温至7580，反应20min后取样。注意观察聚合体系的黏度，当体系具有一定黏度（预聚物转化率约7%10%）时，则停止加热，并将聚合液冷却至50左右。（二）、聚甲基丙烯酸甲酯的制备-有机玻璃薄棒的成型1、将试管洗净、烘干，把预聚体加入至试管的2/3，把试管放入试管架中，在6065水浴中恒温反应2h。2

23、、升温至95100保持1h，即得到一根透明光洁的有机玻璃棒。实验四 水溶性酚醛树脂制备及性能测定一、实验目的1、了解缩聚反应的特点及反应条件对产物性能的影响。2、掌握碱催化条件下酚醛树脂的合成方法。3、掌握水溶性酚醛树脂的合成方法。4、掌握酚醛树脂液的固含量的测定方法。5、掌握树脂水溶性的测定方法。二、实验原理由酚类化合物与醛类化合物缩聚反应得到的酚醛树脂已经具有悠久的历史酚醛树脂是最早实现工业化的树脂，它具有很多优点，如抗湿、抗电、耐腐蚀等，模制器件有固定形状、不开裂等优点，是现代工业中应用广泛的塑料之一。在树脂与塑料行业内，人们对纯油溶性或半油溶性酚醛树脂做了很多研究并获得广泛应用。水溶性

24、酚醛树脂属于酚醛树脂的甲阶产品，其分子上含有羟甲基官能团或二亚甲基醚键结构，并具有自固化性能，是热固型酚醛树脂的活性中间体 由于苯环上的羟甲基官能团具有很强的反应活性，在一定温度和弱碱性或中性条件下，其相互间就可发生脱水缩合反应或与酰胺基团的脱水缩合反应。酚醛树脂是由酚类和醛类物质在酸或碱催化剂下合成的缩聚物，在合成过程中原料官能度的数目，两种原料的物质的量之比以及催化剂的类型对生成树脂有很大影响。 为了得到具有体型结构的高聚物，两种原料的官能度总数应不少于5。由于醛类物质为2官能度的单体，因此要求所用的酚必须有3个可以反应的活性点 。苯酚和问苯二酚都是羟基取代的苯衍生物，在与甲醛进行亲电取代

25、反应时，反应主要发生在酚羟基的邻、对位，所以苯酚和问苯二酚都可看作具有3官能度的单体，它们均可作为合成热固型酚醛树脂的原料。因选择苯甲醛物质的量之比为1：3，故采用两步碱催化合成酚醛树脂的原理为：1)第一步碱催化生成具有更强亲核性的苯氧负离子2)与甲醛初步反应生成一羟甲基苯酚3)第二步碱催化继续生成一羟甲基苯氧负离子4)继续与甲醛反应生成二羟甲基苯酚、三羟甲基苯酚和含二亚甲基醚的多羟甲基苯酚以及水溶性(甲阶)酚醛树脂5)水溶性酚醛树脂进一步自缩聚就可得到网状体型酚醛树脂为了使苯酚苯环上的邻、对位都能进行羟甲基化反应，除了物料酚与醛摩尔比应该达到1：3的比例外，还需要采用两步碱催化法，才能较好地

26、实现苯酚的多元羟甲基化反应通过对产品残留甲醛量的测定(GB554485)分析说明，二步碱催化法有利于甲醛参加苯酚的羟甲基化反应，残留甲醛量是12 (质量分数)，而一步碱催化法产品残留甲醛量高达165 (质量分数)。固体含量的测定 试样在135温度下聚合时，有部分物质被挥发，其残余物即为固体含量。固体含量式中：m1为烘干后试样的质量，g；m2为烘干前试样的质量，g。 水倍率的测定 单位质量树脂液能溶解水的量即为水倍率。计算水倍率式中：m1滴加消耗的蒸馏水质量，g； m试样质量，g。三、主要试剂和仪器1、主要试剂 苯酚 ： AR ； 甲醛： AR ； 氢氧化钠 ： AR。2、主要仪器聚合装置一套（

27、包括250mL三口烧瓶一个，电动搅拌器一套，冷凝管一支，0-100温度计一支，加热套一个），表面皿，吸管，20mL移液管，布氏漏斗，锥形瓶。四、实验步骤1 、树脂合成方法一水溶性酚醛树脂的合成：按 (苯酚)： (甲醛)=l：3的比例称取适量的苯酚，倒入反应釜，加热至50，使其熔融成液体；按苯酚和甲醛纯物质总量5的比例称取催化剂，并将其分为35和15两份，先将35的催化剂加入已熔融好苯酚的反应釜，剩余15的催化剂备用；将反应釜恒温50，搅拌反应20 min后，把已称好的甲醛80倒入反应釜，升高反应釜温度至60，继续搅拌反应50 min；将剩余15的催化剂加入反应釜，升高反应釜温度至70，恒温继续

28、搅拌反应20 min；最后加入剩余20的甲醛，升高反应温度至90，并恒温继续搅拌反应30 min最终得到的产品为透亮棕红色，浓度45，并完全溶于水，作为水溶性酚醛树脂。方法二反应物用量此实验在5OO ml三颈瓶中进行三颈瓶装料系数约为50 ，各物质用量如下：氢氧化钠水溶液(01 molL)125 ml ，蒸馏水68 mI；苯酚47 g；甲醛(37)605 g酚醛树脂胶的制备将针状无色苯酚晶体加热到43 ，熔化后将它加入到三颈瓶中，搅拌，加入氢氧化钠水溶液和水，溶液呈粉红色，并出现少许颗粒，升温至45 并保温25 min；加入甲醛总量的80，溶液呈现棕红色，固体颗粒减少，约3 min后，溶液为深

29、棕色透明液体，并于4550保温30 min，在80 min内由50升至87，再在25 min内由87升至95，在此温度保温20min；在30 min内由95冷却至82，加入剩下的甲醛，溶液少许浑浊随后又马上消失，于82保温15min；在30 min内把温度从82升至92，溶液在约6 min后呈现胶状，颜色为深棕色。于9296 之间保温20 min后，立即通冷却水，温度降至40时，出料。产品为深棕色粘稠状液体。2、固体含量的测定 准确称取1克试样于已知质量的瓷坩锅中，放入烘箱中从低温开始升温，至135温度时，保温2小时，取出冷却，称重。计算固体含量式中：m1为烘干后试样的质量，g；m2为烘干前试

30、样的质量，g。注意事项 测定时温度必须从室温开始，以免试样起泡、飞溅。3、 水倍率的测定用托盘天平称取10克试样于50毫升烧杯中，插入搅拌棒，用蒸馏水滴定（边滴定边搅拌）直到试样呈乳白色为止，记下蒸馏水的毫升数。计算水倍率式中：m1滴加消耗的蒸馏水质量，g； m试样质量，g。4、粘度的测定方法：涂-4杯法温度：25；单位：S样品加入涂-4杯，加满，多余的用玻璃棒赶入涂-4杯的沟槽中，放开出口，同时开始计时，直至第一次断线计时结束。 反复3次，取平均。五、结果讨论1、计算苯酚、甲醛加料量之摩尔比，苯酚过量的目的何在？2、讨论实验结果及意义。3、讨论反应结果好坏的原因。4、 对碱催化合成酚醛树脂的

31、结果进行讨论。实验五 酚醛树脂的合成一、实验目的1、学习缩聚反应的特点及反应条件对产物性能的影响。2、学会酸催化条件下酚醛树脂的合成方法。二、实验原理酚醛树脂是最早实现工业化的树脂，它具有很多优点，如抗湿、抗电、耐腐蚀等，模制器件有固定形状、不开裂等优点，是现代工业中应用广泛的塑料之一。本实验是在酸性催化剂存在下，使甲醛与过量苯酚缩聚而得到热塑性酚醛树脂，其反应方程式如下：继续反应生成线形大分子。线形酚醛树脂相对分子质量在1000以下，聚合度约为410。分析甲醛含量的方法是根据甲醛与亚硫酸钠作用生成氢氧化钠的量来计算甲醛含量。其反应方程式如下：三、主要试剂和仪器1、主要试剂 苯酚 ： AR ；

32、 甲醛： AR ； 盐酸 ： AR。2、主要仪器聚合装置一套（包括250mL三口烧瓶一个，电动搅拌器一套，冷凝管一支，0-100温度计一支，加热套一个），表面皿，吸管，20mL移液管，布氏漏斗，锥形瓶。四、实验步骤将25g苯酚及20.5g甲醛溶液在250mL三口瓶中混合。然后固定在固定架上，装好回流冷凝器及搅拌器、温度计，在加热套中缓缓加热，使温度保持在602。加1.0mL盐酸，反应即开始。反应3h后，将反应瓶中的全部物料倒入蒸发皿中。冷却后倒去上层水，下层缩合物用水洗涤数次，至呈中性为止。然后用小火加热，由于有水存在，树脂在开始加热时有泡沫产生。当水蒸发完后，冷却，称量。计算产率。五、结果讨

33、论1、计算苯酚、甲醛加料量之摩尔比，苯酚过量的目的何在？2、讨论实验结果及意义。3、讨论反应结果好坏的原因。4、 对碱催化合成酚醛树脂的结果进行讨论。实验六 水性丙烯酸树脂的合成一、实验目的1、熟悉苯乙烯自由基聚合的基本原理。2、掌握丙烯酸乳液聚合的实验方法。二、实验原理在乳化剂，引发剂作用下，使甲基丙烯酸酯在强力搅拌下与丙烯酸和苯乙烯等在一定温度下共聚而得，其机理是自由基反应历程。即比较稳定的引发剂分子，受热而产生自由基，随后单体加到这个自由基上，实现链引发，接着引发剂自由基连续地与单体分子作用，实现链增长。增长的链自由基之间相互反应，形成聚合物分子链，自由基消失而终止。在乳液聚合过程中，胶

34、乳颗粒的生成过程可分为胶乳颗粒成核和颗粒的增长两个阶段。实际上两个阶段可同时发生，即在第一颗粒成核后立即增长，同时有新的核心生成。通常人为地划分为成核阶段和增长阶段，成核阶段生成的颗粒数目决定于乳化剂的种类和浓度，自由基产生的速度，体系中存在的电解质种类与浓度，温度，搅拌强度等。本反应的特点是：采用乳液聚合方法，以达到散热快，反应迅速，聚合物分子量高的目的。这种聚合方法工艺简单，易于控制。所制得的乳液是以水为介质，无毒，不燃，无环境污染等优点。三、实验试剂甲基丙烯酸甲酯，丙烯酸，苯乙烯，碳酸氢钠，过硫酸铵，十二烷基硫酸钠 。四、实验步骤1.工艺流程简图 单体 引发剂 乳化剂 乳化 聚合 冷却

35、调节pH值 出料 水 2.合成工艺 将甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、苯乙烯按量装进恒压漏斗中以备用；将十二烷基硫酸钠、碳酸氢钠加入三口烧瓶中搅拌510分钟,然后边搅拌边加入恒压漏斗中1/3的单体，搅拌510分钟使单体充分乳化，此时可以看到三口烧瓶中小液滴开始增多，且没有颜色的变化；然后在恒温下开始滴加过硫酸铵和剩余的单体，乳液逐渐变成乳白色；剩下的原料在一个半小时左右滴加完毕。待滴加完毕后升温到75左右恒温反应23个小时，升温到80反应完30分钟后自然冷却到室温，出料。3.性能测定测定黏度（涂-4杯法）。测定固含量。 五、问题讨论 1.为使乳液稳定，出料时应如何操作？2.如何减少单体残留？实验七 醋

36、酸乙烯酯的乳液聚合一、实验目的1、掌握实验室制备聚醋酸乙烯酯胶乳的方法。2、了解乳液聚合的配方及乳液聚合中各组分的作用。3、参照实验现象对乳液聚合各个过程的特点进行对比、认证。二、实验原理单体在水相介质中，由乳化剂分散成乳液状态进行的聚合，称乳液聚合。其主要成份是单体、水、引发剂和乳化剂。引发剂常采用水溶性引发剂。乳化剂是乳液聚合的重要组份，它可以使互不相溶的油水两相，转变为相当稳定难以分层的乳浊液。乳化剂分子一般由亲水的极性基团和疏水的非极性基团构成，根据极性基团的性质可以将乳化剂分为阳离子型、阴离子型、两性和非离子型四类。乳化剂的选择对稳定的乳液聚合十分重要，它起到降低溶液表面张力，使单体

37、容易分散成小液滴，并在乳胶粒表面形成保护层，防止乳胶粒凝聚的作用。醋酸乙烯酯（VAc）的乳液聚合最常用的乳化剂是非离子型乳化剂聚乙烯醇（PVA）。聚乙烯醇主要起保护胶体作用，防止粒子相互合并。由于其不带电荷，对环境和介质的pH不敏感，形成的乳胶粒较大。而阴离子型乳化剂，如烷基磺酸钠RSO3Na（RC12C18）或烷基苯磺酸钠RPhSO3Na（RC7C14），由于乳胶粒外负电荷的相互排斥作用，使乳液具有较大的稳定性，形成的乳胶粒子小，乳液粘度大。本实验将非离子型乳化剂聚乙烯醇/OP-10和离子型乳化剂十二烷基磺酸钠按一定的比例混合使用，以提高乳化效果和乳液的稳定性。醋酸乙烯酯胶乳广泛应用于建材、

38、纺织、涂料等领域，主要作为粘合剂使用，既要具有较好的粘接性，而且要求粘度低，固含量高，乳液稳定。聚合反应采用过硫酸盐为引发剂，按自由基聚合的反应历程进行聚合,主要的聚合反应式如下：为使反应平稳进行，单体和引发剂均需分批加入。此外，由于醋酸乙烯酯聚合反应放热较大，反应温度上升显著，也应采用分批加入引发剂和单体的方法。本实验分两步加料反应。第一步加入少许的单体、引发剂和乳化剂进行预聚合，可生成颗粒很小的乳胶粒子。第二步，继续滴加单体和引发剂，在一定的搅拌条件下使其在原来形成的乳胶粒子上继续长大。由此得到的乳胶粒子，不仅粒度较大，而且粒度分布均匀。这样保证了胶乳在高固含量的情况下，仍具有较低的粘度。

39、三、 实验仪器及试剂1.主要试剂名称试剂纯度用量单体醋酸乙烯酯聚合级64.2mL乳化剂聚乙烯醇工业级(1788号)5.0g乳化剂十二烷基磺酸钠AR1.0g乳化剂OP-10工业级（20%水溶液）5mL引发剂过硫酸铵AR（20%水溶液）5mL增塑剂邻苯二甲酸二丁酯AR5mL去离子水90mL图2-2 乳液聚合装置1四口瓶；2球形冷凝管；3温度计；4滴液漏斗；5搅拌马达及搅拌器2.主要仪器如图2-2所示，250mL四口瓶一个，温度计一支，冷凝管一支，搅拌器一套，100mL滴液漏斗一个，加热水浴一台。四、实验步骤1. 实验装置如图5-1所示，在装有搅拌器、球型冷凝管和温度计的250 mL四口瓶中，加入9

40、0mL去离子水、5.0g乳化剂聚乙烯醇(（PVA）开始搅拌，并水浴加热，冷凝管通冷却水冷却，水浴温度控制在80左右，使PVA完全溶解。2.当乳化剂PVA溶解后，将体系冷却至6870 ，依次加入1.0g十二烷基磺酸钠、5mL OP-10、2.5mL过硫酸铵水溶液引发剂和21.4mL醋酸乙烯酯单体。反应30 min后，加入另一半2.5mL过硫酸铵水溶液，并开始滴加剩余42.8mL醋酸乙烯酯单体，滴加速度控制在3040滴/min，滴加时注意控制反应温度不变。 3. 当单体加入完毕，继续反应30 min，再加入5.0mL邻苯二甲酸二丁酯，搅拌20 min，充分混合后停止搅拌。4. 将反应体系降至室温，

41、出料，即得到白色粘稠的、均匀而无明显粒子的聚醋酸乙烯酯胶乳(即市售的白乳胶)。五、 固含量的测定将已干燥好的培养皿称重（m0），向培养皿中加入1.0g左右样品（精确至0.0001g）并准确记录（m1），在烘箱中烘烤至恒重，称量（m2）。按下式计算固含量：固含量（wt） 100%式中，m0为培养皿质量；m1为干燥前样品质量与培养皿质量之和；m2为干燥后样品质量与培养皿质量之和。六、思考题1. 在实验操作中，单体为什么要分批加入?2. 为什么要严格控制单体滴加速度和聚合反应温度？3. 影响聚醋酸乙烯酯胶乳产品质量的主要因素有哪些？实验八 膨胀计法测定苯乙烯聚合反应速率一、实验目的1 了解膨胀计法测

42、定聚合反应速率的原理。2 掌握膨胀计的使用方法。3 掌握动力学实验的操作及数据处理方法。二、实验原理自由基聚合反应是现代合成聚合物的重要反应之一，目前世界上，由自由基聚合反应得到的合成聚合物的数量居多。因此，研究自由基反应动力学具有重要意义。聚合速率可由直接测定来反应的单体或所产生的聚合物的量求得。这被称为直接法；也可以从伴随聚合反应的物理量的变化求出。此即被成为间接法。前者适用于各种聚合方法，而后者只能用于均一的聚合体系。它能够连续地、精确的求得聚合物初期的聚合反应速率。对于均一的聚合体系，在聚合反应进行的同时，体系的密度、粘度、折光度、介电常数等也都发生变化。本实验就是依据密度随反应物浓度

43、变化的原理而测定聚合速率的。聚合物的密度通常也比其单体大，通过观察一定量单体在聚合时的体积收缩就可以计算出聚合速率。一些单体和聚合物的密度变化如下表所示：单体和聚合物的密度单体密度g/ml 25oC体积收缩单体聚合物氯乙烯0.9191.40634.4丙烯0.8001.1731.0甲基丙烯1.1027.0丙烯酸甲酯0.9521.22322.1醋酸乙烯*0.9341.19121.6甲基丙烯酸甲酯0.9401.17920.6苯乙烯0.9051.06214.5丁二烯*0.62760.90644.4*为20oC数据为了增大比容随温度变化的灵敏度，观察体积收缩是在一个很小的毛细管中进行，测定所用的仪器称为

44、膨胀计（如图所示）。其结构主要由两部分组成，下部是聚合容器，上部连有带有刻度的毛细管。将加有定量引发剂的单体充满膨胀计，在恒温水浴中聚合，单体转变为聚合物时密度增加，体积收缩，毛细管内液面下降。每隔一定时间记录毛细管内聚合混合物的弯月面的变化，可将毛细管读数按一定关系式对时间作图。再根据单体浓度，从而求出聚合总速率的变化情况。动力学研究一般限于低转化率，在5-10以下。根据等活性理论，稳态，大分子链很长三个基本假定，在引发速率与单体浓度无关时，引发剂引发的聚合反应速率方程式如下： （1）式中：Kp、Kd、Kt分别为链增长反应，引发剂分解和链终止反应速率常数I为引发剂浓度，M为单体浓度，f为引发

45、效率。在低转化率下，假定I保持不变，并将诸常数合并，得到： （2）其中：经积分得： （3）式中：M0、Mt各为单体的起始浓度，t时浓度。设膨胀计的体积（即苯乙烯的起始体积）为V0，苯乙烯完全聚合后的体积为V，则（V0 -V）就是苯乙烯转化成聚苯乙烯总的体积收缩量，而t时刻所能达到的体积收缩量为（Vt -V），由于（V0 -V）和（Vt -V）分别与单体的起始浓度M0和t时剩下的苯乙烯浓度Mt，将它们分别代入（3）式得： （4）由于膨胀计毛细管的刻度是长度单位，故将上式分子、分母分别除以毛细管的横截面积即变换成长度： （5）由（1）式可知，聚合反应速率对单体浓度为一级反应。则对t作图为一直线，其斜率等于K，而单体浓度已知，这样根据（2）式就可以计算出反应速率Rp，又因为： （6）假定引发效率f为0.8，Kd值在偶氮二异丁腈分解速率的测定的实验中已测得，I的浓度已知。将这些数值代入上式，就可以求得值。这是一个重要数值