高分子实验教案-2010

1高分子实验内容授课顺序第几周授课时间实验内容需要学时数16星期六全天高分子实验室的基本知识、仪器交接227星期六全天乙酸乙烯酯的溶液聚合638星期六全天ST/DVB的分散聚合849星期六全天苯乙烯的悬浮聚合6510星期六全天乙酸乙烯酯的乳液聚合（白乳胶的制备）6611星期六全天粘度法测定聚合物的粘均分子量6712星期六全天文献实验8813星期六全天纤维细度、强度的测定4914星期六全天GPC法测定聚合物的分子量及分子量分布41015星期六全天光学显微镜法观察聚合物的结晶形态42高分子实验教案授课题目一．乙酸乙烯酯的溶液聚合授课类型实验课首次授课时间年月日学时6教学目标1、掌握高分子溶液聚合的原理和特点；2、掌握通过溶液聚合法制备聚乙酸乙烯酯的操作过程。重点与难点重点：溶液聚合的特点难点：溶液聚合中溶剂的选择教学手段与方法教学手段——板书教学方法——指导练习法教学过程：（包括授课思路、过程设计、讲解要点及各部分具体内容、时间分配等）一.实验目的1、了解高分子溶液聚合的原理和特点；2、掌握通过溶液聚合法制备聚乙酸乙烯酯的操作过程。二.原理溶液聚合一般具有反应均匀、聚合热易散发、反应速度及温度易控制、分子量分布均匀等优点。在聚合过程中存在向溶剂链转移的反应，使产物分子量降低。因此，在选择溶剂时必须注意溶剂的活性大小。各种溶剂的链转移常数变动很大，水为零，苯较小，卤代烃较大。一般根据聚合物分子量的要求选择合适的溶剂。另外还要注意溶剂对聚合物的溶解性能，选用良溶剂时，反应为均相聚合，可以消除凝胶效应，遵循正常的自由基动力学规律。选用沉淀剂时，则成为沉淀聚合，凝胶效应显著。产生凝胶效应时，反应自动加速，分子量增大。聚醋酸乙烯酯在轻工、造纸、建筑等工业部门有着广泛的应用。目前合成聚醋酸乙烯酯多采用乳液聚合、分散聚合等，如要进一步醇解成聚乙烯醇,则采用溶液聚合的方法。本实验以甲醇为溶剂进行醋酸乙烯酯的溶液聚合。根据反应条件的不同，如温度、引发剂量、溶剂等的不同可得到分子量从2000到几万的聚醋酸乙烯酯。聚合时，溶剂回流带走反应热，温度平稳。但由于溶剂引入，大分子自由基和溶剂易发生链转移反应使分子量降低。醋酸乙烯酯在溶液聚合中分子量的控制是关键。由于醋酸乙烯酯自由基活性较高，容易发生链转移，反应大部分在醋酸基的甲基处反应，形成支链或交联产物。除此之外，还向单体、溶剂等发生链转移反应。所以在选择溶剂时，必须考虑对单体、聚合物、分子量的影响，选取适当的溶剂。溶剂的选择要注意对单体及引发剂溶解性，链转移常数，沸点等条件。温度对聚合反应也是一个重要的因素。随温度的升高，反应速度加快，分子量降低，同时引起链转移反应速度增加，所以必须选择适当的反应温度。三.仪器和试剂1.仪器三口瓶1支磨口冷凝管1支搅拌器1套聚四氟乙烯搅拌套管1套超级恒温槽1个搅拌桨（聚四氟乙烯）1支温度计1支量筒1支2.试剂醋酸乙烯酯（VAC）化学纯偶氮二异丁腈（AIBN）化学纯甲醇化学纯四.实验步骤1、安装置：三颈瓶(250mL)、搅拌器、温度计、冷凝管、恒温水浴装置。32、加料：50mL新鲜蒸馏的醋酸乙烯酯，AIBN的甲醇溶液（0.21gAIBN溶于40mL甲醇）依次加入三颈瓶中。3、反应：开动搅拌，加热升温，恒温控制在62℃，反应3小时；之后升温到65℃，继续反应半小时。反应完毕迅速将产物倒在干净烧杯中冷却停止反应，并及时用甲醇等溶剂清洗烧瓶。实验过程中注意控制温度，温度对溶液聚合的速度有重要影响。4、后处理：取2g左右产物在干燥箱中烘干至恒重（100℃,30～60min），计算固含量与单体转化率。也可以取一滴（需准确测定质量）用两块玻璃板压膜，这样可以干燥的更快。%100干燥前样品重干燥后样品重固含量五.实验结果和处理1、产品外观：产量：2、固含量与单体转化率的计算：项目结果干燥的样品质量固含量单体转化率思考题、讨论题、作业1、溶液聚合的特点及影响因素？溶液聚合一般具有反应均匀、聚合热易散发、反应速度及温度易控制、分子量分布均匀等特点。影响因素有温度、引发剂量、溶剂等。2、如何选择溶剂，本实验为什么选择甲醇作为溶剂？溶剂选择的要求：1）对单体及引发剂溶解性好，2）链转移常数不大；3）合适的沸点以满足聚合反应条件，一般通过溶剂回流移除反应热；4）溶剂易从聚合产物中除去；5）毒性小。3.聚合过程中，哪些因素会导致聚合物支化度的增加？教学后记反应完毕迅速将产物倒在干净烧杯中冷却停止反应，并及时用甲醇等溶剂清洗烧瓶。100%单体重量产品量固含量转化率4授课题目二．ST/DVB的分散聚合授课类型实验课首次授课时间年月日学时8教学目标1.掌握高分子分散聚合的原理和特点。2.掌握通过分散聚合法制备苯乙烯/二乙烯基苯的共聚物的操作过程。重点与难点重点：分散聚合的原理难点：分散聚合中微粒粒径的控制教学手段与方法教学手段——板书教学方法——指导练习法教学过程：（包括授课思路、过程设计、讲解要点及各部分具体内容、时间分配等）一、实验目的1.掌握高分子分散聚合的原理和特点。2.掌握通过分散聚合法制备苯乙烯/二乙烯基苯的共聚物的操作过程。二、实验原理分散聚合是一种广泛适用的获得形态可控聚合物分散体系的聚合反应方法。分散聚合是一种特殊类型的沉淀聚合反应，开始前单体、引发剂和分散剂均溶解在反应介质中，一旦反应开始聚合物就以类似于乳液聚合中粒子形成的方式均相成核。当聚合物链达到临界值后便会从反应介质中分离出来，并借助于分散剂稳定地悬浮在有机溶剂中。反应结束时整个体系呈有机溶剂和聚合物粒子均匀分散的多相状态。聚合物粒子的大小主要取决于所形成的聚合物在介质中的溶解性。分散聚合生成聚合物粒子的大小主要取决于所形成的聚合物在介质中的溶解性。介质对聚合物的溶解性越好，聚合物链的凝聚越迟发生，所得聚合物粒子尺寸越大；介质对聚合物的溶解性越差，聚合物链的凝聚越易发生，所得聚合物粒子尺寸越小。微米级的聚合物粒子很难由传统的乳液聚合（0.05～0.7μm）和悬浮聚合（50～1000μm）来获得，而利用分散聚合则很容易获得微米级的聚合物粒子。用分散聚合法制备的单分散微米级聚合物微球不但广泛应用于高档涂料特种粘合剂及精细化工产品等，而且在某些高新技术领域，如生物工程医学处理免疫检验信息产业高效液相色谱等，也显示出了良好的应用前景。分散聚合具有与沉淀聚合及乳液聚合相类似的特点，但又完全不同于这两种聚合方法。沉淀聚合既可以在有机溶剂中进行又可以在纯单体液中进行，并在体系中产生不溶性聚合物。例如甲基丙烯酸甲酯可以在环己烯丙烯腈或氯乙烯中进行沉淀聚合，反应在聚合过程中可以观察到自加速聚合反应，这是由于在反应体系中增长的聚合物链粘度增大限制了正常的链终止过程而引起凝胶化效应的结果。在分散聚合反应中由于用两亲性接枝或嵌段共聚物作分散剂可以使不溶性的聚合物稳定地分散于连续相中，实际上一般分散聚合都可以看作是一种特殊的沉淀聚合，只是在分散聚合体系中可以阻止微粒聚集并控制微粒尺寸。本实验以乙醇/水混合溶剂为介质，以聚乙烯吡咯烷酮为稳定剂来进行苯乙烯/二乙烯苯的分散聚合，以获得单分散聚合物粒子。三、仪器和试剂1.仪器：三口瓶1只量筒2只搅拌器1套磨口冷凝管1只超级恒温槽1只聚四氟乙烯搅拌套管1套温度计1支搅拌桨（不锈钢）1支2.试剂：苯乙烯化学纯聚乙烯吡咯烷酮化学纯偶氮二异丁腈化学纯乙醇化学纯二乙烯基苯化学纯去离子水四、实验步骤1.安装置：三颈瓶（250ml）、搅拌器、导气管、温度计、冷凝管。52.加料：称量0.36g聚乙烯吡咯烷酮（PVP）于250ml三口烧瓶中，加入42ml无水乙醇和8ml蒸馏水于三口瓶中。搅拌使溶液澄清后，加入溶有0.12g偶氮二异丁腈（AIBN）和1.5ml二乙烯基苯（DVB）的苯乙烯单体(13.2mL)溶液，再搅拌使之形成均相体系。3.反应：通氮气10min后，将反应瓶置于70℃恒温水浴中，开动搅拌器，持续反应4h。4.后处理：用去离子水与无水乙醇各洗涤一遍，抽滤，干燥（100℃,30～60min），称重计算单体转化率。假若生成的产品粒度非常小，则要将生成的聚合物乳液先用超声波清洗器震荡15min，然后用离心机离心沉降，倾去上层清液，下层微球再用无水乙醇分散、离心沉降，倾去上层清液，如此重复三次得到聚合物微球。五、实验结果和处理1.产品外观：产量：2.固含量与单体转化率的计算：项目结果干燥的样品质量单体转化率思考题、讨论题、作业1．分散聚合与沉淀聚合有哪些不同？分散聚合具有与沉淀聚合相类似的特点，但又完全不同于这种聚合方法。分散聚合是一种特殊类型的沉淀聚合反应，开始前单体引发剂和分散剂均溶解在反应介质中，一旦反应开始聚合物就以类似于乳液聚合中粒子形成的方式均相成核。当聚合物链达到临界值后便会从反应介质中分离出来，并借助于分散剂稳定地悬浮在有机溶剂中。反应结束时整个体系呈有机溶剂和聚合物粒子均匀分散的多相状态。而沉淀聚合既可以在有机溶剂中进行又可以在纯单体液中进行，并在体系中产生不溶性聚合物。2．分散聚合所得粒子大小主要取决于何种因素？聚合物粒子的大小主要取决于所形成的聚合物在介质中的溶解性。教学后记6授课题目三．苯乙烯的悬浮聚合授课类型实验课首次授课时间年月日学时6教学目标1、掌握高分子悬浮聚合的原理和特点；2、掌握通过悬浮聚合法制备聚苯乙烯的操作过程。重点与难点重点：悬浮聚合的聚合机理难点：分散剂的选择教学手段与方法教学手段——板书教学方法——指导练习法教学过程：（包括授课思路、过程设计、讲解要点及各部分具体内容、时间分配等）一.实验目的1、掌握高分子悬浮聚合的原理和特点；2、掌握通过悬浮聚合法制备聚苯乙烯的操作过程。二.实验原理悬浮聚合是工业生产常用的一种聚合方式。悬浮聚合实质上是借助于较强烈的搅拌和悬浮剂的作用，将不溶于水的单体分散在介质，单体分散成直径为0.01～5mm的小液滴的形式进行的本体聚合，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。悬浮聚合一般由单体、引发剂、水、分散剂四个基本组分组成。从单体液滴转变为聚合物固体粒子,中间经过聚合物－单体粘性粒子阶段,为了防止粒子相互粘接在一起，体系中需另加分散剂，以便在粒子表面形成保护膜。分散剂能够调节聚合体系的表面张力、粘度、避免单体液滴在水相中粘结。分散剂类型有水溶性高分子物质与不溶于水的无机物，由于分散剂的作用机理不同，在选择分散剂的各类和确定分散剂用量时，要随聚合物种类和颗粒要求而定，如颗粒大小、形状、树脂的透明性和成膜性能等。同时也要注意合适的搅拌强度和转速，水与单体比等。悬浮聚合的优点：易散热，反应温度便于控制；所得聚合物分子量较溶液聚合产物高；产物中杂质含量较乳液聚合时低；后处理工序比溶液聚合、乳液聚合简单，球状或珠状产物可直接加工使用。本实验采用苯乙烯为单体，偶氮二异丁腈（AIBN）为引发剂、聚乙烯醇为悬浮剂、水为介质，按自由基历程进行悬浮聚合。三.仪器和药品1.仪器三口瓶1只电炉1只球形冷凝管1支温度计1支平板搅拌器1副玻璃棒1根烧杯2只玻璃漏斗1只量筒2只吸滤纸、布氏漏斗公用1套2.试剂苯乙烯（新鲜蒸馏）化学纯1%的聚乙烯醇溶液化学纯AIBN（重结晶）化学纯蒸馏水四.实验步骤1、安装置：三颈瓶(250mL)、搅拌器、导气管、温度计、冷凝管、恒温水浴装置。安装时搅拌器装在支管正中，不要与壁碰撞，搅拌时要平稳，支管下装有加热水浴，(冷凝管可待料加入支管后再安上)。72、加料：准确称取0.22gAIBN放于100ml锥形瓶中。再用移液管按配方量取8ml苯乙烯，加入锥形瓶中。轻轻振动，待AIBN完全溶解于苯乙烯后将溶液加入三口瓶中。再加入15ml的浓度为1%的聚乙烯醇溶液。最后用60ml无离子水分别冲洗锥形瓶和量筒后加入三口瓶中。3、反应：启动搅拌器并控制在一恒定转速，在20-30分钟内将温度升至85-90℃，开始聚合反应。反应时注意调整搅拌器转速，保持速度快而均匀，使单体在水中分散成为大小均匀的珠粒。通过冷凝水。在整个过程中除了要控制好反应温度外，关键是要控制好搅拌速度。