2014高分子化学与高分子物理综合实验讲义

分批加料比一次性加料产生更小的聚合物乳胶粒,且聚合反应更易控制;分批滴加单体比滴加单体预乳液可得到更小的乳胶粒,但乳液体系相对不稳定,不易控制,因此多用滴加预乳液的方式。

不同单体在水中的溶解度不一样,如乙酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯等,这会影响到乳液聚合反应。极少部分单体溶解在水中,另有小部分在增溶胶束中。

乙酸乙烯酯乳液聚合机理与一般乳液聚合机理相似,但乙酸乙烯酯在水中有较高的溶解度,而且容易水解,产生的乙酸会干扰聚合,因而具有一定的特殊性,且乙酸乙烯酯的自由基比苯乙烯自由基更活泼,链转移反应更加显著。工业生产使用聚乙烯醇来保护胶体同时使用乳化剂,以起到更好乳化效果和稳定性。

本实验采用聚乙烯醇作为胶体稳定剂,乳化剂OP-10起辅助作用。使用的引发剂为过硫酸盐,为了聚合反应进行得较平稳,单体和引发剂均需分批加入。 三、乙酸乙烯酯的乳液聚合

1. 试剂与仪器

聚乙烯醇1788,乳化剂OP-10,乙酸乙烯酯,过硫酸铵,碳酸氢钠,去离子水;

100mL三口烧瓶,搅拌器,恒温水浴,球形冷凝管,温度计,量筒,烧杯,电子天平 。 2. 实验步骤

(1)在三口烧瓶上装上搅拌杆、球形冷凝管,为保证搅拌速度均匀,整套装置安装要规范,尤其是搅拌器,安装后用手转动要求无阻力,转动轻松自如。

(2)100 mL三口烧瓶中加入1.5 g聚乙烯醇和0.25 g乳化剂OP-10,以及22mL去离子水,加热升温,搅拌,在80~90℃保持0.5 h左右,使其全部溶解,冷却备用。

(3将0.15 g过硫酸铵(APS)溶解于蒸馏水中,配成5%溶液。

(4)将已配制好的乳化剂溶液加入三口烧瓶中,温度升到50℃,量取5 mL乙酸乙烯酯及1 mL APS溶液,加入到三口烧瓶中,开动搅拌器,将单体、乳化剂、引发剂和水混合均匀,逐步升温至74℃(升温速度不宜过快,否则容易起泡,恒温水浴温度不够准确,需要用温度计矫正)。调整搅拌速度,使液面平稳不飞溅,明显出现回流。

(5)待回流停止后,恒温30min,量取12mL乙酸乙烯酯,加入到恒压滴液漏斗中,在1~1.5 h内缓慢滴加到四口烧瓶中,控制单体滴加速度为1滴/4~5s,剩余的引发剂从另一个滴液漏斗中加入,并使剩余的引发剂滴加速度与单体滴加速度相匹配(大约6滴单体/1滴引发剂),整个过程中控制单体回流速度1~2滴/s为宜,在第二阶段单体滴加开始时,逐步升温至81℃,单体滴加完毕后恒温1h。

(6)反应至无单体回流为止,冷却至50℃;加入质量分数为5%的碳酸氢钠水溶液,调整溶液pH值(边滴加边测定pH值)为5~6,得到白色乳液。

(7)测定固含量:观察乳液外观,取3 g乳液(精确到0.002 g)置于烘至恒重的玻璃表皿上,放于95℃烘箱中烘至恒重计算固含量(约4 h)。

固含量?干燥后样品重?100% (5-4)

干燥前样品重(8)稳定性。在100 mL量筒中加入10 mL乳液和90 mL蒸馏水搅拌后静置一天,观察乳胶粒子的沉降情况。

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3. 实验注意事项

(1)按要求严格控制滴加速度,如果开始阶段滴加过快,乳液中出现块状物,使实验失败。 (2)严格控制搅拌速度,否则将使料液乳化不完全。 4. 数据记录与处理

聚乙烯醇/g 乳化剂OP-10/g 去离子水/mL 过硫酸铵/g 乙酸乙烯酯/g 碳酸氢钠/g 含固量/% 转化率/% 稳定性 五、聚乙酸乙烯酯的酯交换制备聚乙烯醇

1. 试剂与仪器

氢氧化钠;甲醇;聚乙酸乙烯酯;

100 mL三口烧瓶,搅拌器,恒温水浴,球形冷凝管,温度计,量筒,烧杯,电子天平 。 2. 实验步骤

在一个装有搅拌器球形回流冷凝管的100 mL三口烧瓶中,把10 mL 1%的氢氧化钠溶液加热到50℃,把3g聚乙烯乙酸酯的20mL甲醇溶液在剧烈搅拌下一小时内滴加进去,从沉淀的聚乙烯醇可见立即发生了酯交换反应。所有的聚乙烯乙酸酯加完后继续搅拌30min,然后滤出粉末状沉淀,用甲醇洗涤以除去碱,真空干燥后即得聚乙烯醇。 五、思考题

1. 乳液聚合时,为什么要控制乳液的pH值?如何控制?

2. PVA在反应中起什么作用?为什么与乳化剂OP—10混合使用?

3. 乳化剂有哪些类型,各有什么结构特点?乳化剂浓度对乳胶粒大小及聚合物分子量有何影响? 4. 要保持乳液体系的稳定,应采取什么措施?

每组:三口烧瓶、球冷、烧杯2、滴管2(玻璃塑料各1)、表面皿、塞子、玻璃棒

公用:量筒(50,10各2) pH试纸、一次性杯子、一次性手套、药勺、剪刀、称量纸、滴管

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实验五 三聚氰胺-甲醛树脂及其层压板的制备

三聚氰胺-甲醛树脂是三聚氰胺和甲醛(一般用甲醛水溶液)缩合得到的热固性树脂,是氨基树脂中的一个重要品种。它主要用于涂料及粘合剂,用于粘结木材(如胶合板)和层压塑料,三聚氰胺-甲醛树脂吸水性低,耐热性高,在潮湿情况下,仍有良好的电气性能,常用于制造一些质量要求较高的日用品和电气绝缘零件。 一、实验目的

本实验将通过三聚氰胺-甲醛树脂的合成方法及层压板制备,了解氨基酚醛一类树脂的合成及一般层压板的加工工艺。 二、实验原理

三聚氰胺-甲醛树脂的缩合反应及其结构非常复杂,它受到配料比、反应液的pH值以及反应温度等各种因素的影响。根据要求可控制缩聚反应进行的程度,在碱性介质中,先生成可溶的“预缩合物”,这些缩合物以三聚氰胺的三羟甲基化合物,在pH值为8~9时特别稳定。进一步缩合(N-羟甲基和NH基的失水)成为微溶并最后变成不溶的交联产物。

在实际生产中,首先生成可溶的预聚物,然后在产品成型中使预聚物缩聚形成体型交联产物。 三、仪器与试剂

三聚氰胺、甲醛水溶液、三乙醇胺,乌洛托品

三口瓶、搅拌口、回流冷凝管,油压机、铝合金板(15×15cm2) 四、实验步骤

1. 合成树脂

在250 mL三口烧瓶上装上搅拌杆、球形冷凝管,为保证搅拌速度均匀,整套装置安装要规范,尤其是搅拌器,安装后用手转动要求无阻力,转动轻松自如。在三口瓶中先后加入50.7 g甲醛水溶液(浓度为37%)和0.5%的NaOH水溶液(调节反应的pH值在9左右),开动搅拌使其溶解。在搅拌下加入31.5 g三聚氰胺,搅拌5 min后加热至80℃,反应进行1.5h后加入稀盐酸将反应的pH值调到7-8,继续反应10分钟后测定沉淀比。沉淀比符合要求后,加入0.15 g三乙醇胺,搅拌均匀。

沉淀比的测定:从反应混合物中精确称取1mL样品,样品冷却至20℃,在搅拌下向其中滴加去离子水,当加入1mL H2O使样品变的浑浊时,停止缩合反应。

2. 浸渍干燥

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将所得溶液倾于培养皿中,用滤纸浸渍1 min,分张进行并保持浸匀,浸透树脂,用镊子取出滤纸,使过剩树脂滴掉后,用夹子固定在拉直绳子上干燥至即不粘手也不脆折,约需15张浸渍过的滤纸。

3. 层压

将浸好干燥的纸张叠整齐,置于预涂硅油的铝合金板上,在油压机上135℃、4~10MPa加热加压15 min,打开压机,趁热取出样品,可制得透明层压塑料板。 五、结果与讨论

缩聚反应的目的在于制备可溶的“预缩合物”,因此反应的时间不宜过长,温度不宜过高,以免形成不溶物。在层压过程中可放气一次,以免层压板中有气泡。

六、思考题

1. 为什么要调解反应的pH值?

2. 结合氨基树脂的结构特点,说明其生产工艺条件的选择依据。 3. 三乙醇胺的作用是什么?

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