苯乙烯悬浮聚合及性能

苯乙烯悬浮聚合及性能一、实验目的1.学习悬浮聚合的实验方法，了解悬浮聚合的配方及各组分的作用。2.了解控制粒径的成珠条件及不同类型悬浮剂的分散机理。二、实验原理悬浮聚合是由烯类单体制备高聚物的重要方法之一。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；制成的成品呈均匀颗粒状，故又称为珠状聚合；产品不经造粒即可直接成型加工。悬浮聚合是将单体以微珠形式分散于介质中进行的聚合。从动力学的观点来看，悬浮聚合与本体聚合完全一样，每一个微珠相当于一个小的本体。悬浮聚合克服了本体聚合中散热困难的问题，但因珠粒表面附有分散剂，使纯度降低。当微珠聚合到一定程度时，珠子内粒度迅速增大，珠与珠之间很容易碰撞粘结，不易成珠子，甚至粘成一团，为此必须加入适量分散剂，选择适当的搅拌器和搅拌速率。由于分散剂的作用机理不同，在选择分散剂的种类和确定分散剂用量时，要随聚合物种类和颗粒要求而决定，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的转速，水与单体比等。实验要求聚合物体具有一定的粒度。粒度的大小通过调节悬浮聚合的条件来实现。苯乙烯（ST）通过聚合反应生成聚苯乙烯（PS），反应式如下：通常的聚苯乙烯为非晶太无规聚合物，具有优良的绝热、绝缘和透明性，长期使用温度0-70℃，胆脆，低温易开裂。此外还有全同和间同立构聚苯乙烯。全同聚合物有高度结晶性，聚苯乙烯材料包括普通聚苯乙烯、发泡聚苯乙烯（EPS）、高抗冲聚苯乙烯（HIPS）及间规聚苯乙烯（SPS）。普通聚苯乙烯树脂属于无定型高分子聚合物，聚苯乙烯大分子链的侧基为苯环，大体积侧基为苯环的无规排列决定了聚苯乙烯的物理化学性质，如透明度高、刚度大、玻璃化温度高、性脆等。其制品具有极高的透明度，透光率可达90％以上，电绝缘性能好，易着色，加工流动性好，刚性好及耐化学腐蚀性好等；不足之处在于性脆，抗冲击性能的低，易出现应力开裂，耐热性差及不耐沸水等。可发泡聚苯乙烯未在普通聚苯乙烯中浸渍低沸点的物理发泡剂制成，加工过程中受热发泡，专用于制作泡沫塑料产品。高抗冲聚苯乙烯为苯乙烯和丁二烯的共聚物，丁二烯为分散相，提高了材料的抗冲击强度，但产品不透明。间规聚苯乙烯为间同结构，采用茂金属催化剂生产，是近年来发展的聚苯乙烯新品种，性能好，属于工程塑料。聚苯乙烯经常被用来制作泡沫塑料制品。聚苯乙烯还可以和其他橡胶类型高分子材料共聚生成各类不同力学性能的产品。日常生活中常见的应用有各种一次性塑料餐具，透明C盒等。三、仪器及试剂1.实验设备：250ml三口瓶，100ml锥形瓶，温度计，球形领凝管，机械搅拌器，表面皿，吸管，移液管，搅拌器，水浴，布氏漏斗。2.实验材料：苯乙烯，聚乙烯醇，过氧化苯甲酰（BPO），去离子水。四、实验内容与步骤准确称取0.3gBPO放于100ml锥形瓶中。再用移液管量取16ml苯乙烯，加入锥形瓶中。轻轻振荡，待BPO完全溶解于苯乙烯后，将溶液加入三口瓶中。再加入20ml1.5％的聚乙烯醇溶液。最后用130ml无离子水分别冲洗锥形瓶和量筒后加入250ml三口瓶中。将温度计、球形领凝管、机械搅拌器和三口瓶安装成反应装置，通领凝水，启动搅拌器并控制在一恒定转速，在20-30min内将温度升至85-90℃，开始聚合反应。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率。尤其是反应一个多小时以后，体系中分散的颗粒变得发黏，这时搅拌速率如果变得忽快忽慢或者停止都会导致颗粒粘在一起，或粘在搅拌器上形成结块，致使反应失败。所以反应中一定要控制好搅拌速率。可在反应后期将温度升至反应温度上限，以加快反应，提高转化率。反应1.5-2h后，可用吸管吸取少量颗粒与表面皿中进行观察，如颗粒变硬发脆，可结束反应。停止加热，撤去加热器，搅拌以便用冷水将聚合体系冷却至室温（为什么？）。停止搅拌，取下三口瓶。产品用布氏漏斗虑干，并用热水洗数次（为什么？）。最后在鼓风干燥箱烘干（50℃），称量并计算产率。五、实验结果与讨论1.按上述测定内容撰写实验报告。2.悬浮聚合的液滴可以视为本体聚合的单元，讨论苯乙烯单体转化率与反应时间间的关系，与悬浮聚合的搅拌速率是否有关系？六、问题与讨论1.结合悬浮聚合的理论，说明配方中各种组分的作用。如改为苯乙烯的本体聚合或乳液聚合，此配方需要做哪些改动？2.分散剂作用原理是什么？如何确定用量？改变用量会产生什么影响？如不用聚乙烯醇可用什么代替？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，结合聚合反应机理，你认为悬浮聚合的操作中，应特别注意哪些问题？