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高分子科学实验讲义（内部教材）高分子教研室目录实验一常见塑料和纤维的简易鉴别..............................................1实验二甲基丙烯酸甲酯的本体聚合..............................................4实验三丙烯酰胺的溶液聚合..........................................................6实验四苯乙烯的悬浮聚合..............................................................9实验五熔融缩聚反应制备尼龙-66..............................................12实验六聚氨酯泡沫塑料的制备....................................................16实验七热固性脲醛树脂的制备....................................................19实验八膨胀计法测定高聚物的玻璃化转变温度........................22实验九用偏光显微镜研究聚合物结晶形态................................25实验十粘度法测定聚合物的分子量..........................................28实验十一差示扫描量热法(DSC)测定聚合物热性能..............33实验十二、热失重法（TGA）测定聚合物的热稳定性.............41实验十三DMA测定高聚物的动态力学性能...........................44实验十四用扫描电子显微镜观察聚合物形态..........................48实验十五高聚物熔融指数的测定..............................................51实验十六高聚物熔体流变特性的测定......................................54综合性、设计性实验......................................................................61实验十七改性苯丙乳液的合成与性能分析................................63实验十八丙烯酸脂类压敏胶的制备与性能测试........................681实验一常见塑料和纤维的简易鉴别一、实验目的1．了解聚合物燃烧试验和气味试验的特殊现象，借以初步辨认各种聚合物。2．利用聚合物溶解的规律及溶剂选择的原则，了解并掌握溶解法对常见聚合物的定性分析。二、基本原理聚合物的鉴别，特别对未知聚合物试样的鉴别颇为复杂，即使经纯化处理的聚合物也很难用单一的方法进行鉴别。常见聚合物通常可用红外、质谱、X光衍射、气相色谱等仪器进行不同程度的定性和定量分析。而基于聚合物的特性简单地通过外观、在水中的浮沉、燃烧、溶解性和元素分析的方法进行实验室的鉴别则方便易行。1．根据试样的表观鉴别HDPE、PP、PA66、PA6、PA1010质硬，表面光滑。LDPE、PVF、PA11质较软，表面光滑，有蜡状感觉。硬PVC、PMMA表面光滑，无蜡状感觉。PS质硬，敲打会发出清脆的“打铃声”。2．根据试样的透明程度鉴别透明的聚合物：聚丙烯酸酯类，聚甲基丙烯酸酯类，再生纤维素，纤维素酯类和醚类，聚甲基戊烯类，PC、PS，PVC及其共聚物。半透明的聚合物：尼龙类，PE，PP，缩醛树脂类。透明性往往与样品的厚薄，结晶性，共聚物某些成分的含量等有关。如：EVA中VC的含量大于15％可以从半透明变为透明。半透明的聚合物在薄时变为透明。加入填料共混后，透明聚合物变为不透明。结晶可使透明聚合物变为半透明。3．根据聚合物燃烧试验的火焰及气味鉴别2样品置火焰边缘，（如不立即燃烧，放入火焰中到10s），检验样品燃烧的火焰及气味。4．根据聚合物的密度鉴别聚合物的密度差别悬殊，有些比水轻，浮于水面，有些则比水重2倍，因此可以通过密度的测定来鉴别一些聚合物。5．根据溶解性试验鉴别溶解性试验的依据是选择溶剂的三原则。6．根据元素定性分析鉴别三、仪器和试剂酒精灯、试管、镊子、乙醇、环己烷、甲苯、氯仿、二甲苯、丙酮等。四、实验步骤1．对已知的样品进行燃烧试验、溶解度试验，训练基本操作。2．取定量未知样品，通过观察外观，燃烧观察火焰颜色及辨别其气味，结合溶解性的试验鉴定其是何种聚合物。五、实验报告内容1．记述已知聚合物燃烧试验时的火焰颜色、现象及气味。填写下表。塑料名称英文简写燃烧情况火焰状态离火后情况气味塑料变化状态易燃、难燃……焰色，发烟情况燃烧、自熄、继续燃烧、离火即灭、熄灭……软化、起泡、熔滴……2．记述未知样品检定的方法、步骤及鉴定的结果，并加以讨论结果是否合理。六、思考题1．为什么要同时做燃烧试验和溶解度试验?2．溶剂和聚合物之间溶度参数相近就足以保证两者相溶吗?在什么情况3下，可应用溶度参数相近的原则来判别聚合物的溶解性能?3．晶态与非晶态的聚合物溶解过程有何区别?学会以燃烧法、溶剂溶解法鉴别一些常见的塑料和纤维。4实验二甲基丙烯酸甲酯的本体聚合一、实验目的了解甲基丙烯酸甲酯的自由基聚合原理，掌握本体聚合的方法；熟悉聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）的制备及成型方法。二、基本原理本体聚合是烯类单体在没有介质的情况下，单体本身在引发剂或催化剂等作用下进行的聚合，而自由基聚合可以通过本体聚合实现。本体聚合的特点是产物纯净，尤其可以得到透明制品，所需设备简单。甲基丙烯酸甲酯（MMA）通过本体聚合方法可以制得有机玻璃。聚甲基丙烯酸甲酯由于有庞大的侧基存在，为无定形固体，其最突出的性能是透明性高，比重小。同时又具有一定的耐冲击强度与良好的低温性能，是航空工业与光学仪器制造工业的重要材料。聚甲基丙烯酸甲酯表面光滑，在一定的弯曲限度内，光线可在其内部传导而不逸出，故外科手术中利用它把光线输送到口腔喉部作照明。聚甲基丙烯酸甲酯的电性能优良，是很好的绝缘材料。甲基丙烯酸甲酯在过氧化苯甲酰引发剂存在下进行如下聚合反应：由于甲基丙烯酸甲酯单体比重只有0.94g/cm3，而聚合物比重为1.17g/cm3，故在聚合过程中有较大的体积收缩。三、仪器和试剂1．试剂：甲基丙烯酸甲酯、过氧化二苯甲酰、邻苯二甲酸二丁酯（DBP）2．主要仪器：试管、四颈瓶、冷凝管、恒温水浴、搅拌器nCH2CH3CCOOCH3CH2CH3CCOOCH3n5四、实验步骤1．单体的洗涤：将一定量的甲基丙烯酸甲酯放进分液漏斗中，分别加入5%NaOH溶液和20%NaCl溶液，加入质量均约为单体质量的20%，用力摇晃震荡1min左右，静止分层，分流出下层液体，相同方法重复三次，洗涤至单体无色，然后用去离子水洗涤单体三次。2．称取洗涤过的60ml甲基丙烯酸甲酯，并用玻璃纸准确称取0.15g（占单体量0.25%）的过氧化二苯甲酰，混合放进四颈瓶中，再加入5ml邻苯二甲酸二丁酯，装上回流冷凝管，以水浴加热保持85～90℃。观察现象，看有无气泡产生。经15～20min后，体系稍有粘稠状时，换冷水浴冷却到40℃左右。将反应物倒入预先洗净烘干的小试管中，密封试管口，移入40～50℃烘箱中放置2～3天。到固化阶段后，再在115℃士5℃处理1h，使聚合达到完全，冷却后脱模。五、注意事项甲基丙烯酸甲酯在本体聚合中的突出特点是有“自动加速效应”，即在聚合过程中，当转化率达到10％～20％时，聚合速率突然加快，物料的粘度骤然上升，以致发生局部过热现象。其原因是由于随着聚合反应的进行，物料的粘度增大，活性增长链移动困难，致使其相互碰撞而产生的链终止下降；相反，单体分子扩散作用不受影响，因此活性链与单体分子结合进行链增长的速率不变，总的结果是聚合总速率增加，若控制不当，则会发生爆发性聚合，即“爆聚”现象。六、讨论与思考1．甲基丙烯酸甲酯的本体聚合中“自动加速效应”的产生原因？有何特点？制造有机玻璃的步骤有哪些？2．本体聚合工艺中的关键是什么？采用什么措施来解决这些问题？6实验三丙烯酰胺的溶液聚合一、实验目的：1．了解溶液聚合的原理和溶剂选择的原则。2．掌握丙烯酰胺溶液聚合方法。二、实验原理将单体溶解于溶剂之中而进行的聚合反应为溶液聚合，自由基聚合，离子聚合和缩聚反应皆可以采用溶液聚合的方法。在自由基均相溶液聚合中，聚合物链处于比较伸展的状态，活性中心相互靠近而进行双基终止。只有在高转化率，体系粘度增加到一定程度，才开始出现自动加速效应。但是，如果单体浓度较低，则自动加速效应可能不再出现，整个聚合过程都遵循常见的自由基聚合动力学方程，因此溶液聚合是实验室研究聚合机理及聚合动力学等常用的方法。溶液聚合中溶剂的存在对聚合反应有或多或少的影响，溶剂的选择是相当重要的，一般遵循以下要求。（1）对引发剂的诱导分解作用小，以提高引发剂的引发效率溶剂对偶氮类引发剂的影响很小，对有机过氧化物引发剂有较大的诱导分解作用，顺序为：芳烃，烷烃，醇，胺。（2）溶剂的链转移常数应低，以获得较高分子量的聚合物。（3）尽量使用聚合物的良溶剂，以便控制聚合反应。与本体聚合相比，溶液聚合具有黏度低，混合和传热容易以及反应温度容易控制等优点。但是，存在聚合物分离和溶剂回收等问题，因此在聚合物溶液直接使用的情况，如涂料，黏合剂，浸渍剂和合成纤维的纺丝液等，才采用溶液聚合。丙烯酰胺为水溶性单体，其聚合物也溶于水。本实验采用水作为溶剂进行溶液聚合，存在无毒，价廉和链转移常数小的优点。聚丙烯酰胺是一种优良的7絮凝剂，水溶性好，被广泛应用于石油开采，选矿和污水处理等方面。三、仪器和试剂1．试剂：丙烯酰胺、甲醇、过硫酸铵、去离子水。2．主要仪器：三颈瓶、回流冷凝管、搅拌器、温度计、台称、加热及控温装置、滴液漏斗、滴管、量筒、布氏漏斗，恒温水浴装置如右图所示。1．搅拌器；2四氟密封塞；3温度计；温度计套管；5．球型冷凝管；6三口烧瓶图3-l通用聚合装置图四、实验步骤1．在250mL三口瓶的中间口装机械搅拌器，一侧口装回流冷凝管，另一侧口安装温度计。2．将10g丙烯酰胺（0.14mol）和90mL蒸馏水加入到反应瓶中，开动搅拌，通氮气，水浴加热至30℃，使单体完全溶解。3．将0.05g过硫酸铵溶解于10mL蒸馏水中，溶液加入到反应瓶中，逐步升温到90℃，反应2-3h，冷却至室温。4．在500mL烧杯中加入150mL甲醇，在搅拌下缓缓加入上述溶液，有聚合物沉淀出现。5．静置片刻，加入少量甲醇，观察是否再有沉淀出现。如果有，再加入甲醇使聚合物完全沉淀出。86．用布氏漏斗过滤，沉淀用少量甲醇洗涤三次，在30℃真空干燥至恒重，称重计算产率。五、思考题1．从环境保护的角度考虑，应尽量避免使用有机溶剂。那么，对于涂料和黏合剂（特别是不溶于水的聚合物）而言，可采取那些措施？2．对于苯乙烯，甲基丙烯酸和丙烯腈的溶液聚合，可选择哪些溶剂？9实验四苯乙烯的悬浮聚合一、实验目的苯乙烯的悬浮聚合是自由基聚合反应，属连锁聚合反应，活性中心是自由基。自由基聚合是合成高分子化学中极为重要的反应。其合成产物约占总聚合物的60％、热塑性树脂的80％以上，是许多大品种通用塑料、合成橡胶及某些纤维的合成方法。本实验将通过对苯乙烯单体的悬浮聚合，学习悬浮聚合的原理和实验技术，了解自由基聚合的实施方法。二、实验原理苯乙烯在水和分散剂作用下分散成水和液滴状，在油溶性引发剂过氧化二苯甲酰引发下，进行自由基聚合，反应历程如下：COOCOCOOCOOCHH2C+COOCH2CHCOOCH2CHCHH2C+COOCH2CHCH2CHO2……CH2CHCH2CH2CH2CHCHCH210悬浮聚合是烯类单体制备高聚物的重要方法。悬浮聚合是依靠激烈的机械搅拌将含有引发剂的单体分散到与单体互不相溶的介质中实现的。由于大多数烯类单体只微