实验二:苯乙烯的悬浮聚合
一、实验目的
1． 通过对苯乙烯单体的悬浮聚合实验，了解自由基悬浮聚合的方法和配方中各组分的作用；
2．学习悬浮聚合的操作方法；
3．通过对聚合物颗粒均匀性和大小的控制，了解分散剂、升温速度、搅拌形式与搅拌速度对悬浮聚合的重要性。 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，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，制成的成品呈均匀的颗粒状，故又称珠状聚合，产品不经造粒可直接加工成型。悬浮聚合得到珠状的聚合物颗粒，常常作为离子交换树脂和高分子试剂、高分子催化剂的载体。
苯乙烯是一种比较活泼的单体，容易进行聚合反应。苯乙烯在水中的溶解度很小，将其倒入水中，体系分成两层，进行搅拌时，在剪切力作用下单体层分散成液滴，界面张力使液滴保持球形，而且界面张力越大形成的液滴越大，因此在作用方向相反的搅拌剪切力和界面张力作用下液滴达到一定的大小和分布。而这种液滴在热力学上是不稳定的，当搅拌停止后，液滴将凝聚变大，最后与水分层，同时聚合到一定程度以后的液滴中溶有的发粘聚合物亦可使液滴相粘结。因此，悬浮聚合体系还需加入分散剂。
悬浮聚合实质上是借助于较强烈的搅拌和悬浮剂的作用，将单体分散在单体不溶的介质（通常为水）中，单体以小液滴的形式进行本体聚合，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。由于单体在体系中被搅拌和悬浮剂作用，被分散成细小液滴，因此悬浮聚合又有其独到之处，即散热面积大，防止了在本体聚合中出现的不易散热的问题。由于分散剂的采用，最后的产物经分离纯化后可得到纯度较高的颗粒状聚合物。
悬浮聚合主要组分有四种：单体，分散介质（水），悬浮剂，引发剂。 1．单体:单体不溶于水，如：苯乙烯（styrene），醋酸乙烯酯（vinyl acetate），甲
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基丙烯酸酯（methyl methacrylate）等。
2．分散介质:分散介质大多为水，作为热传导介质。
3．悬浮剂：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。 a．水溶性高分子，如天然物明胶（gelatin），淀粉（starch）；合成物聚乙烯醇（PVA）等。
b．难溶性无机物，如：BaSO4，BaCO3，CaCO3，滑石粉，粘土等。 c．可溶性电介质：NaCl，KCl，Na2SO4等。
4．引发剂:主要为油溶性引发剂，如：过氧化二苯甲酰（benzoyl peroxide，BPO），偶氮二异丁腈（azobisisobutyronitrile，AIBN）等。
苯乙烯（St）通过聚合反应生成如下聚合物。反应式如下：
CH=CH2CH-CH2 n
本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。
三、实验仪器及设备
分液漏斗 搅拌电机、调压器、500ml、三口瓶、回流冷凝器、水浴、烧杯、吸滤瓶、抽气管、表皿 四、实验药品
St(精制品)、过氧化苯甲酰（BPO）、明胶、0.1%次甲基兰水溶液、蒸馏水5%NaOH 五、实验步骤
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图2 悬浮聚合装置图
1、单体精制
45g苯乙烯，每次用10ml 5%NaOH洗涤，分液漏斗分液，至无色（3次），再用去离子水洗至中性（10-20mlH2O,3-4次）。 2、安装仪器
3、溶解明胶：置2g明胶于三角瓶中，加蒸馏水50ml，室温浸1小时以上（可在前一夜浸水），在80℃左右水浴中溶解至澄清透明。
4、根据实验要求加入单体St（45g）,BPO 0.45g，搅动至全溶。
5、三口瓶中中投入蒸馏水150ml和明胶水溶液，再加入2ml次甲基蓝水溶液，搅拌下升温到40－50℃,停止搅拌,待水面上泡沫消失,将上述混合单体加入三口瓶，开动搅拌，以1度／1分钟的速度升温到60℃，取样观察粒度，维持次转速和升温速度，升温到80?1℃，在此温度下反应3小时。
6、半小时升温到95?1℃，保温反应1小时，然后升温到98℃以上老化反应2小时，停止搅拌。
7、将生成物倒入500ml大烧杯中，用沸水洗珠体5次，以除去珠体表面粘着的明胶，真空抽滤，把滤干珠体均匀摊在表皿上，置于100～105℃烘箱中烘干1小时。
8、用标准筛筛选20～80目的珠体、称重、计算收率。 六、实验注意事项
1.反应时搅拌要快，均匀，使单体能形成良好的珠状液滴。
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2.80+1℃保温阶段是实验成败的关键阶段，此时聚合热逐渐放出,油滴开始变粘易发生粘连，需密切注意温度和转速的变化。
3.如果聚合过程中发生停电或聚合物粘在搅拌棒上等异常现象，应及时降温终止反应并倾出反应物，以免造成仪器报废。 七思考题
1.结合悬浮聚合的理论,说明配方中各组分的作用。如将此配方改为苯乙烯的本体或乳液聚合则需作那些改动，为什么？
2.分散剂作用原理是什么？其用量大小对产物粒子有何影响？ 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，指出在悬浮聚合中应特别注意哪些问题，采取什么措施？
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