高分子科学实验.doc

高分子科学实验
材料科学与工程学院
高分子教研室
2015-01-01
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(一)高分子化学实验目录
实验一甲基丙烯酸甲酯的本体聚合
实验二界面聚合
实验三乙酸乙烯酯的乳液聚合
实验四乙酸乙烯酯的溶液聚合
实验五聚乙酸乙烯酯的碱解实验六聚乙烯醇的缩甲醛反应
实验七苯乙烯悬浮聚合
实验八强酸离子交换树脂的合成及性能测定实验九-氰基丙烯酸酯的阴离子聚合
实验十植物废弃物中提取果胶
实验十一丙烯酰胺溶液聚合
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实验一甲基丙烯酸甲酯的本体聚合
一、目的要求


二、基本原理
本体聚合又称为块状聚合,它是在没有任何介质的情况下,单体本身在微量引发剂的引发下聚合,或者直接在热、光、辐射线的照射下引发聚合。本体聚合的优点是: 生产过程比较简单,聚合物不需要后处理,可直接聚合成各种规格的板、棒、管制品,所需的辅助材料少,产品比较纯净。但是,由于聚合反应是一个链锁反应,反应速度较快,在反应某一阶段出现自动加速现象,反应放热比较集中;又因为体系粘度较大,传热效率很低,所以大量热不易排出,因而易造成局部过热,使产品变黄,出现气泡,而影响产品质量和性能,甚至会引起单体沸腾爆聚,使聚合失败。因此,本体聚合中严格控制不同阶段的反应温度,及时排出聚合热,乃是聚合成功的关键问题。
当本体聚合至一定阶段后,体系粘度大大增加,这时大分子活性链移动困难,但单体分子的扩散并不受多大的影响,因此,链引发、链增长仍然照样进行,而链终止反应则因为粘度大而受到很大的抑制。这样,在聚合体系中活性链总浓度就不断增加,结果必然使聚合反应速度加快。又因为链终止速度减慢,活性链寿命延长,所以产物的相对分子质量也随之增加。这种反应速度加快,产物相对分子质量增加的现象称为自动加速现象(或称凝胶效应)。反应后期,单体浓度降低,体系粘度进一步增加,单体和大分子活性链的移动都很困难,因而反应速度减慢,产物的相对分子质量也降低。由于这种原因,聚合产物的相对分子质量不均一性(相对分子质量分布宽)就更为突出,这是本体聚合本身的特点所造成的。
对于不同的单体来讲,由于其聚合热不同、大分子活性链在聚合体系中的状态(伸展或卷曲)的不同;凝胶效应出现的早晚不同、其程度也不同。并不是所有单体都能选用本体聚合的实施方法,对于聚合热值过大的单体,由于热量排出更为困难,就不易采用本体聚合,一般选用聚合热适中的单体,以便于生产操作的控制。 kJ/ kJ/mol,它们的聚合热是比较适中的,工业上已有大规模的生产。大分子活性链在聚合体系中的状态,是影响自动加速现象出现早晚的重要因素,比如,在聚合温度50 ℃时,甲基丙烯酸甲酯聚合出现自动加速现象时的转化率为10%~15%,而苯乙烯在转化率为30%以上时,才出现自动加速现象。这是因为甲基丙烯酸甲酯对它的聚合物或 3
大分子活性链的溶解性能不太好,大分子在其中呈卷曲状态,而苯乙烯对它的聚合物或大分子活性链溶解性能要好些,大分子在其中呈比较伸展的状态。以卷曲状态存在的大分子活性链,其链端易包在活性链的线团内,这样活性链链端被屏蔽起来,使链终止反应受到阻碍,因而其自动加速现象出现的就早些。由于本体聚合有上述特点,在反应配方及工艺选择上必然是引发剂浓度和反应温度较低,反应速度比其他聚合方法为低,反应条件有时随不同阶段而异,操作控制严格,这样才能得到合格的制品。
在聚合过程中,引发剂的比例越高,在同等条件下生成的初级自由基越多,从而导致聚合的速度也越快。
链引发:
COO
OO
2
3
CO.
33
.
+
H2C3
.COCH2C
链增长:
COCH2
CH3
.+
CH3
nH2C
3
CH3
3
C22C
33
.
链终止:
2
CH3
C22C333
3
3
.
HC
3333
聚甲基丙烯酸甲酯为无定形聚合物,具有高度的透明性,因此又称为有机玻璃。聚甲基丙烯酸甲酯具有较好的耐冲击强度与良好的耐低温性能,是航空工业与光学仪器制造业的重要材料。三、仪器与药品
药品:甲基丙烯酸甲酯MMA(分析纯已精制)、过氧化苯甲酰BPO(分析纯用重结晶
4
法已精制)。
仪器:水浴锅、天平(准确到万分之一克)、烧杯、量筒10ml、试管5支、试管架、胶头滴管。
四、试验步骤
。
,其重量分别为甲基丙烯酸甲酯的
%、%、0.