高分子化学实验教案

高分子化学实验教案前言高分子化学实验是高分子化学课程的重要组成部分，通过实验课程的训练，使学生掌握高分子合成的基本技能和方法，初步培养学生独立操作的能力和创新精神。该讲义的实验内容包含了两类内容。一类是基础性实验，选取了具有代表性的单体，目的是使学生掌握自由基聚合，缩合聚合，高分子反应等化学反应的实施方法以及聚合反应动力学的研究方法。另一类是综合性实验，以研究某种聚合物的合成、改性和材料制备为目的，并非增加了难度，而是让学生学会综合分析问题和全面了解研究方法。这样，原来单个、孤立的实验通过完成某种目标联系在一起，既提高了学生的综合实验技能，也使其学习了基本的科学研究方法，为他们今后完成毕业论文和开展更高层次的研究工作奠定了基础。同时，将高分子化学实验室基本安全与防护的知识也写入了本讲义，这是学生通过实验教学应该学到并牢记的。本讲义所有实验的选取和编排都是基于教学大纲对高分子化学实验课程的要求，在此基础上进行一些知识的扩展。该讲义在编写过程中参考了国内出版的相关院校的实验教材，由于编者水平有限，其中难免存在缺点和不足之处，欢迎各位同仁教师以及学生们的批评指正。此外，本讲义在编写过程中得到了王自为老师，郝俊生老师的指导，他们的宝贵意见和热情鼓励，使这本讲义能够编写完成，在此一并致谢。编者2010年12月3目录第一章高分子化学实验基础.........................................................................错误!未定义书签。一、化学试剂使用中的安全和防范...............................................................错误!未定义书签。二、实验的准备与操作...................................................................................................................1第二章基础高分子化学实验.........................................................................................................3实验1乙酸乙烯酯的乳液聚合---白乳胶的制备........................................................................3实验2乙酸乙烯酯的溶液聚合....................................................................................................5实验3聚乙烯醇的制备................................................................................................................7实验4聚乙烯醇缩甲醛的制备....................................................................................................8实验5脂肪二胺与二元酰氯的界面缩聚....................................................................................9实验6苯乙烯的悬浮聚合..........................................................................................................11实验7甲基丙烯酸甲酯的本体聚合----有机玻璃的制备.........................................................13实验8凝胶渗透色谱法测聚合物的相对分子量及相对分子量分布......................................15实验9膨胀计法测定苯乙烯本体聚合反应速率......................................................................17实验10熔融缩聚制备尼龙---66..................................................................................................19第三章试剂的精制..........................................................................................................................21一、常用单体的精制.....................................................................................................................21二、常用引发剂的提纯.................................................................................................................211第一章高分子化学实验基础一、化学试剂使用中的安全和防范高分子化学实验中所用到的大多数单体和溶剂都是有毒的。许多聚合物尽管无毒，但是合成这些聚合物所用的单体，以及这些聚合物的分解产物常常是有毒的，如单体顺丁烯二酸酐、丙烯腈、丙烯酰胺、氟碳聚合物的热解产物等。有机溶剂均是脂溶性的，对皮肤和黏膜有强烈的刺激作用。例如，常用的溶剂苯会积累在体内，对造血系统和中枢神经系统造成严重损害；甲醇可损害视神经；苯酚灼伤皮肤后可引起皮炎或皮肤坏死；苯胺及其衍生物吸入人体内或被皮肤吸收可引起慢性中毒而导致贫血。毒物对人体危害的途径是多方面的，它可以通过呼吸道、消化道及皮肤进入体内。因此，实验中转移易挥发性试剂最好在通风橱内进行，实验室内应保持良好的通风；禁止在实验室内进食，离开实验室时要洗手；转移大量有毒试剂时应戴防护眼镜和手套，万一有试剂溅到皮肤上，应立即清洗掉；使用的仪器及沾污的台面都应及时清洗干净。对于易燃性试剂，如乙醚、丙酮、乙醇、苯及二硫化碳等均不能使用明火加热。用剩的试剂要及时加塞放回原处，这类易燃试剂在实验室内不宜存放过多。作为引发剂使用的过氧化物，都是容易分解爆炸的（烯类单体暴露在空气中或日光下也会有过氧化物产生），处理和使用时要特别小心，应置于阴凉干燥处储存，防止受热、受光照、受研磨。过氧化物需干燥时，应在较低温度下真空干燥。作为离子型聚合催化剂使用的若干金属和有机金属化合物，遇水会猛烈分解，其残渣的处理需十分小心，不能随便乱丢。总之，在实验室中使用试剂必须十分小心，实验前要了解所用试剂的性能和毒性，掌握使用的注意事项。二、实验的准备与操作1.预习报告预习报告是在实验开始前，在对实验讲义及有关的操作技术认真预习的基础上写出的提纲性小结，应包括实验目的、基本原理、操作步骤、大致的时间安排，以及预习中有疑问的地方。2.实验记录实验记录是实验工作的第一手资料，是写出实验报告的基本依据。实验数据要记入专用的记录本上。实验记录要简明扼要，大体上应包括实验日期、实验题目、原料的规格和用量、简单的操作步骤、详细的实验现象及数据。记录要求完全、准确、整洁。尽量用表格形式记录数据。23.实验数据处理和实验报告完成整个实验后，要及时处理实验数据，完成实验报告。实验报告的内容应包括实验题目、实验者、日期、简要的目的和原理、操作步骤、数据处理结果（或图表）、对思考题的回答，以及讨论和建议。对多人合作进行的实验，应各自独立进行数据处理，分别写出实验报告。3第二章基础高分子化学实验实验1乙酸乙烯酯的乳液聚合----白乳胶的制备实验目的：1.了解乙酸乙烯酯乳液聚合体系与典型乳液聚合体系的区别。2.掌握实验室制备聚乙酸乙烯酯乳胶的方法。实验原理：白乳胶，或称PVAC乳液，化学名称聚醋酸乙烯胶黏剂，是一种水溶性胶黏剂，由乙酸乙烯酯单体在引发剂作用下经聚合反应而制得的一种热塑性粘合剂。白乳胶可常温固化，固化速度快、粘接强度较高，粘接层具有较好的韧性和耐久性且不易老化。可广泛应用于粘接纸制品（墙纸），也可作防水涂料和木材的胶粘剂。它是以水为分散剂，使用安全、无毒、不燃、清洗方便，常温固化，对木材、纸张和织物有很好的黏着力，胶接强度高，固化后的胶层无色透明，韧性好，不污染被粘接物；乳液稳定性好，储存期可达半年以上。因此，广泛地用于印刷装订和家具制造，用作纸张、木材、布、皮革、陶瓷等的黏合剂，还可作酚醛树脂、脲醛树脂等黏合剂的改性剂，用于制造聚醋酸乙烯乳胶漆等。本实验设计的乙酸乙烯酯乳液聚合将制得一种乳液型粘合剂，由于加入了一定量的高分子表面活性剂---聚乙烯醇，体系粘度较大；为了缩短反应时间，聚合在较高的温度下进行，这样反应热不易释放。在反应过程中，如果不严格控制聚合温度和加料速度，将会出现“爬杆”和局部“暴聚”现象。因此，本实验中采用了种子乳液聚合方法，单体和引发剂都分两次加入，第二步加料时，单体采用滴加方式，有效避免了大量聚合热的产生。而且由于分散介质水的存在，即使出现了“爬杆”和“暴聚”现象，也可以通过降温等手段予以改善。乙酸乙烯酯乳液聚合在传统乳液聚合中是比较特殊的，它的聚合体系与实施方法都与乙酸乙烯酯本身的特性有关。乙酸乙烯酯容易水解，水解产生的乙酸会干扰聚合，且乙酸乙烯酯的自由基比苯乙烯自由基具有更大的反应活性，链转移明显。所以乙酸乙烯酯乳液聚合必须加入如聚乙烯醇这类稳定剂，反应才可顺利进行。聚乙烯醇主要起到保护胶体的作用，防止粒子相互聚并，但形成的乳胶粒粒径较大，不利于长期稳定。因此还会加入少量的离子型乳化剂，使乳胶粒外带有电荷，电荷的相互排斥作用，有利于乳液稳定，且乳胶粒的粒径也会相对减小。仪器与试剂：试剂：单体乙酸乙烯酯40ml引发剂过硫酸铵乳化剂十二烷基磺酸钠聚乙烯醇（5%）OP-10（20%）增塑剂邻苯二甲酸二丁酯仪器：机械搅拌器，球形冷凝管，温度计，温度计套管，三颈瓶，恒压滴液漏斗实验步骤：1.聚乙烯醇的溶解称3g聚乙烯醇溶于60ml蒸馏水中，搅拌，缓慢升温至90℃左右，恒温搅拌半小时，使聚乙烯醇完全溶解为澄清溶液，冷却至室温备用。2.过硫酸铵的配制4准确称取1g过硫酸铵于50ml容量瓶中，加入去离子水定容。3.聚合反应在装有搅拌器，回流冷凝管的250ml三颈瓶中加入聚乙烯醇溶液60ml，开动搅拌，再加入0.6g十二烷基磺酸钠，3mlOP-10，待乳化剂溶解后再加入13ml乙酸乙烯酯，搅拌乳化20min，并将水浴温度升至68-70℃，然后用移液管移取1.5ml过硫酸铵溶液加入其中，在此温度下反应半小时后，再加入过硫酸铵溶液1.5ml。在滴液漏斗中加入27ml单体并开始向三颈瓶中滴加，滴加速度控制在30-40d/min，滴加时尽量保持温度不变。滴加完毕，继续在此温度下反应30min后，再加入3ml邻苯二甲酸二丁酯，搅拌20min，结束反应降温至20-30度，即可出料。注意事项：1.加入乳化剂后，一定要使其充分溶解后再加单体，此时还要搅拌一定的时间以保证单体充分乳化后再加引发剂。2.一定要控制好滴加速度和温度，以免出现暴聚现象。3.邻苯二甲酸二丁酯用量不可过多，不要超过单体的10%，否则白乳胶成品的胶粘性下降，且成本增加。它的主要作用是增加乳液的韧性和降低乳液的成膜温度。5实验2乙酸乙烯酯的溶液聚合实验目的：1.通过乙酸乙烯