高分子化学与物理实验指导书1. 实验课时间安排高分子化学实验是在学生主修《高分子化学与物理》课程基础上开设的。

其中学时安排如下：2. 预习情况检查方式要求学生在实验前必须做好实验预习，否则不予参加实验。

实验预习主要包括以下两个方面的内容：1、检查实验预习报告（预习报告要求包括实验目的、实验原理、实验所需仪器及药品、实验步骤等）2、老师在实验前要检查学生的实验预习情况，可采取口头提问的方式了解学是对实验的预习情况。

3. 相关知识的讲解针对高分子化学开设的不同实验，指导教师要做好相关的讲解工作。

主要包括：实验一甲基丙烯酸甲酯的本体聚合实验二酚醛树脂的缩聚实验三PP球晶观察实验四PS粘均分子量测定实验一甲基丙烯酸甲酯的本体聚合一、实验目的1. 掌握自由基本体聚合的原理及合成方法；2. 了解有机玻璃的生产工艺。

二、实验原理聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），俗称有机玻璃。

有机玻璃广泛用在工业、农业、军事、生活等的各个领域，如飞机、汽车的透明窗玻璃、罩盖等。

在建筑、电气、医疗卫生、机电等行业也广泛使用，如制造光学仪器、电器、医疗器械、透明模型、装饰品、广告铭牌等。

每年全世界要消耗数以百万吨的有机玻璃及其制品。

工业上制备有机玻璃主要采用本体、悬浮聚合法，其次是溶液和乳液法。

而有机玻璃的板、棒、管材制品通常都用本体浇铸聚合的方法来制备。

如果直接做甲基丙烯酸甲酯的本体聚合，则由于发热而产生气体只能得到有气泡的聚合物。

如果选用其它聚合方法（如悬浮聚合等）由于杂质的引入，产品的透明度都远不及本体聚合方法。

因此，工业上或实验室目前多采用浇注方法。

即：将本体聚合迅速进行到某种程度（转化率 10% 左右）做成单体中溶有聚合物的粘稠溶液（预聚物）后，再将其注入模具中，在低温下缓慢聚合使转化率达到 93 ～ 95% 左右，最后在 100 ℃下聚合至反应完全。

其反应方程式如下：本实验采用本体聚合法制备有机玻璃。

本体聚合是在没有介质存在的情况下进行的聚合反应，体系中可以加引发剂，也可以不加引发剂。

按照聚合物在单体中的溶解情况，可以分为均相聚合和多相聚合两种：聚合物溶于单体，为均相聚合，如甲基丙烯酸甲酯，苯乙烯等的聚合；聚合物不溶于单体，则为多相聚合，如氯乙烯，丙烯腈的聚合。

本体聚合中因为体系中无介质存在，反应是粘度不断增大，反应热不容易排出，局部容易过热，导致单体气化或聚合物裂解，结果产品内有气泡或空心。

在甲基丙烯酸甲酯聚合过程中甚至会使反应进入爆炸聚合阶段（爆聚），所以反应必须严格控制温度。

三、实验仪器及设备1. 调压电炉（加热装置）每组1个2. 大烧杯（水浴）每组1个3. 各种试管（反应器及模具）每人1个4. 与试管配套的橡皮塞及试管夹每人1个5. 温度计每组1个6. 铁架台每组1套四、实验药品1. 甲基丙烯酸甲酯（MMA） 5 g2. 过氧化二苯甲酰（BPO）0.01 g3. 邻苯二甲酸二丁酯（增塑剂）0.3 ml五、实验步骤1、配料及准备首先在大烧杯中加入适量的水（约3/4烧杯体积），置于调压电炉上加热。

然后在试管中加入0.01g的BPO、5g的MMA，0.3ml邻苯二甲酸二丁酯。

（注：由于各试剂加入量较小，实验员老师已按上述比例配好大样，学生实验时只需从配好的试剂瓶中取适量的反应体系即可）。

为了防止反应体系受热后，MMA挥发及气体膨胀而冲开塞子，最好在塞子边缘用锉刀锉一条小缝。

2、预聚合反应用试管夹夹好试管放入水浴中进行预聚（注意水浴液面必须高于反应体系液面），当温度达到90℃时，保温30－45分钟，观察粘度，当物料呈粘稠状（蜜糖状）时，停止加热，用冷水浴骤然降温至40℃以下终止反应。

注意：预聚过程中，必须不时取出试管振摇，以代替是搅拌，排出体系的反应热，避免局部过热引发爆聚。

3、低温聚合反应将水浴再缓慢升温至60℃，并维持在此温度下进行低温聚合，并不时取出振摇，直至体系不能流动为止，（转化率达到80～90％，此时用铁针刺探有机玻璃，应有弹性出现），低温聚合结束。

4、高温聚合反应缓慢升温到100℃，保温20～30分钟后，停止加热，完成全部聚合过程，得到光滑无色透明的有机玻璃。

取出试管，并迅速放于冷水中，倒出产品。

六、实验注意事项1.整个反应过程中，注意控制好温度；2.控制电炉调压器不要超过220V，到了指定温度后，可通过适当调低电压保持改指定温度；3.预聚合反应时，应不时取出试管摇动，及时排出反应热；4.振摇试管时，注意不要将试管从试管夹中甩脱；七、实验有关问题1.本实验也可以在大烧瓶中，在搅拌的条件下完成预聚合，制成具有一定粘度的预聚物，然后再转入各种模具中成型；2.为了提高对本实验的兴趣，同学们可事先准备一些色彩鲜艳、造型精美的小饰物，在低温聚合阶段（有一定粘度时，呈蜜糖状之后）放入到反应体系中，最后制成具有纪念意义的工艺品（类似琥珀）。

注意：小饰物必须干燥，不影响聚合反应的进行，在受热时稳定，不会产生气体。

八、结果与讨论1.自动加速现象在本实验中的体现。

2.如何控制反应速率，杜绝爆聚现象。

3.本体聚合的优缺点。

4.为什么本实验聚合反应分为预聚合、低温聚合和高温聚合几个阶段。

5.PMMA聚合反应的反应热为多少。

6.本实验采用的是什么类型的引发剂，引发剂的选用原则。

实验二酚醛树脂的合成一、实验目的1.学习逐步聚合的原理、实验方法；2.熟悉不同催化条件制备酚醛树脂的方法。

二、实验原理以酚类和醛类化合物缩合聚合得到的树脂。

一般统称为酚醛树脂。

是世界上最早实现工业化的树脂。

由于工艺简单，加工方便，性能优异。

因此，迄今为止仍为工业生产中不可缺少的材料在塑料中仍占有相当重要的地位。

由于树脂的形成反应比较复杂，到现在它的化学过程仍未完全搞清楚，它的结构因而是十分复杂的，但目前已可确认影响树脂形成及性能的因素是：所用原料的化学结构，酚与醛的相对用量（摩尔比），介质的PH值等。

（具体的介绍参考课本逐步聚合一章）。

酸催化时，酚过量，生成线型酚醛树脂；碱催化时，醛过量，生成体型酚醛树脂。

三、实验仪器及设备1. 大试管1个2. 带长玻璃导管（约30cm，回流）的橡皮塞1个3. 温度计（100℃）1个4. 大烧杯（水浴用）1个6. 电炉（加热装置，带调压器）1个7. 量筒1个8. 铁架台1套四、实验药品1. 苯酚（纯度94％）2. 甲醛（36～40％）3. 浓盐酸4. 浓氨水五、实验步骤1.安装仪器；2.在大试管里加入苯酚2.5g和40％的甲醛溶液2.5ml，然后加入1ml浓HCl，用带玻璃导管的塞子塞好；3.在另一支大试管中加入苯酚2.5g和40％的甲醛溶液3－4ml，然后加入用1ml的浓氨水，用带玻璃导管的塞子塞好；4.将两只大试管置于水浴中加热，记录下反应现象。

一会后就可以看到混合物开始剧烈沸腾；5.等反应不再剧烈进行时，继续加热，直到混合物变为混浊，生成不溶于水的树脂；6.从水浴中取出试管，冷却，将试管中的混合物倒入蒸发皿中，使混合物静置分层，倒去上层的水，得到下层的酚醛树脂，观察生成物的形态、颜色。

六、实验注意事项1.由于反应剧烈，反应物可能会从玻璃导管中喷出，所以，反应剧烈时，适当取出试管，减缓反应速度，避免喷液；2.水浴水面要高于体系的液面；七、结果与讨论1.酸催化和碱催化的差别。

2.反应过程中可能会形成的中间产物。

3.人造木芯板中采用的酚醛树脂大致配方。

4. 操作指导分析1、甲基丙烯酸甲酯的本体聚合正常现象实验过程中试管中的溶液粘度随反应时间的增加而逐渐增大，使物料呈蜜糖状，最后变硬。

非正常现象实验过程中，易发生暴聚而使产物结块，造成出料困难，最终使实验仪器报废。

非正常现象产生的原因由于升温过快或搅拌速度太慢，易发生暴聚而使产物结块。

2、酚醛树脂的合成正常现象1.实验过程中反应物颜色逐渐发生变化，溶液逐渐分层。

2.不同催化剂条件下，反应速度不同，剧烈层都不同。

非正常现象1.反应过于剧烈，反应液从导管喷出。

非正常现象产生的原因1.由于温度过高，反应过快。

5. 实验数据处理高分子化学实验主要是要求学生掌握由单体到聚合物的几种工艺实施方法，通过实验现象的观察可以看到实验的最终结果。

因此高分子化学的数据处理相对比较简单。

一般只是简单地计算产物的收率。

实验三球晶的制备与观察一、目的及要求1.了解偏光显微镜的结构和使用方法。

2.了解球晶形态与结晶温度的关系3.计算球晶的平均直径。

二、偏光显微镜观察球晶的原理。

用偏光显微镜来观察球晶结构尺寸是根据聚合物晶体具有双折射的原理。

当一束光线进入各向同性的均匀介质中时，光速不随传播方向面改变。

因此，在各方面都具有相同的折射率。

换言之。

均匀介质只有一个折射率。

而对晶体来说，其光学性质是随方向而异的。

当光线通过晶体时就会分解为平面互相垂直的两束光，它们的传播速度除光轴方向外，一般是不相等的。

于是，产生了两条折射率不同的光线，这种现象称为双折射。

晶体的一切光学性质都与双折射有关。

偏光显微镜是研究晶体形态的有效工具之一。

许多重要的晶体光学研究都是在偏光镜的正交场下进行的。

起偏镜和检偏镜相互垂直。

在正交偏光镜间可以观察到球晶的形状、大小、数目等。

高聚物从熔体冷却后，成为光学各向异体，当结晶体的振动方向与起偏镜的检偏镜振动方向不一致时，视野明亮，就可以观察到晶。

其原因可简述如下：P-P代表起偏镜振动方向：A-A代表检偏镜振动方向：N、M是晶体内某一切面内的两个振动方向。

由图可知，晶体切面内的振动方向与偏光镜的振动方向不一致。

设N振动方向与偏光镜振动方向P-P间的夹角为a，光先进入起偏镜。

自起偏镜透出的平面光的振幅为OB，光继续射至晶片上，由于切面内两振动方向不与P-P一致，因此，要分解到晶体的两振动画中，分至N方向上光的振幅为OD。

分至N方向上光的振幅为OD，分至M 方向的光的振幅为OE ，自晶片透出的两平面偏光继续至检偏镜上，由于检偏镜的振动方向与晶体切面内的两振动方向不一致，故每一平面偏光都要一分为二，OD 振幅的光分解为OF 与DF 振幅的光。

OE 分解为OG 和GE ，振幅为DF 和EG 的光由于垂直于检偏镜的振动方向，故不能透过，而OG 和OF 的光，它们在检偏镜的振动(方面)面内，因而可以透过。

两个光波在同一平面内振动，必然要发出干涉，它们的合成波为： y=OF-OG=ODSina-OECosa ………………(1) OD=OBCosa OB=ASinwt又因晶片内N 和M 方向振动的两光波的速度不相等，折射率也不一样，设其相位差为δ，则OD=OBCosa=AsinwtCosa...........(2) OE=OBSina=Asin(wt-δ)Sina. (3)将(2)、(3)式代入(1)得：)2(22δα-=wt Cos b Sin ASin y (4)因各束光的强度与各束光振幅的平方成正比，故由(4)式得出： Ｉ＝A 2sin 22aSin 2δ/2式中A 为入射光的振幅，a 是晶片内振动方向与起偏镜方向的夹角。