苯乙烯悬浮聚合
学时
8学时
目的
1.了解悬浮聚合的反应原理及配方中各组分的作用。

2.了解悬浮聚合的工艺特点，掌握悬浮聚合的操作方法。

实验原理
苯乙烯是一种比较活泼的单体，容易进行聚合反应。

在引发剂或热的引发下，可通过自由基型连锁反应生成聚合物。

因此，在储存过程中，常需加入阻聚剂以防止自聚。

苯乙烯的自由基不太活泼，因此，聚合过程中副反应较少，不易发生链转移反应，支链较少。

此外，苯乙烯单体是其聚合物的良溶剂，因此，在聚合过程中凝胶化现象不十分显著。

在本体聚合或悬浮聚合中，仅当转化率达50％－70％时，略有自动加速现象发生。

所以，一般来说，苯乙烯的聚合速度比较缓慢。

苯乙烯在水中溶解度很小．将其倒入水中，体系将分成两层．进行搅拌时，在剪切力作用下，单体层分散成液滴．单体和水两种液体之间存在一定的界面张力，界面张力力图使液滴保持球形。

界面张力越大，保持成球形的能力就越大，形成的液滴也越大。

搅拌剪切力和界面张力对液滴成球能力的作用影响方向相反，构成动态平衡，使液滴达到一定的大小和分布。

这种由剪切力和界面张力形成的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，最后仍与水分层。

另外，当聚合反应进行到一定程度后，单体液滴中溶有的聚合物使得液滴表面发粘。

这时候，如果两个液滴碰撞，往往容易粘结在一起。

在这种情况下，搅拌反而促进粘结。

为了避免这种情况发生，必须在聚合体系中加入一定量的分散剂。

加有分散剂的悬浮聚合体系在一定的聚合程度时（如转化率为20％－70％），如果停止搅拌，仍有粘结成块的危险。

因此，在悬浮聚合过程中，搅拌和分散剂是两个不可缺少的工艺条件。

用于悬浮聚合的分散剂可分为两大类。

一类是水溶性高分子物质，如聚乙烯醇、聚（甲基）丙烯酸盐、马来酸酐－苯乙烯共聚物、甲基纤维素、羧甲基纤维
素、明胶、淀粉等。

其作用机理是高分子物吸附在液滴表面，形成一层保护膜，使液滴接触时不会粘结。

同时，加了水溶性高分子物质后，介质粘度增加，也有碍于液滴的粘连。

另外，有些水溶性高分子还有降低界面张力的作用，有利于液滴变小。

另一类分散剂是不溶于水的无机粉末，如碳酸镁、碳酸钙、碳酸钡、硫酸钙、磷酸钙、滑石粉、高岭土等。

其作用机理是细微的粉末吸附在液滴表面上，起着机械隔离的作用。

分散剂种类的选择和用量的确定需随聚合要求而定，目前最常用的高分子分散剂有聚乙烯醇和马来酸酐－苯乙烯共聚物，无机分散剂有碳酸镁等。

分散剂的用量一般为单体量的0.1％左右。

仪器与药品
名称规格数量
标准磨口三颈瓶500ｍｌ／24ｍｍ
1
×3
球形冷凝器300ｍｍ 1
温度计100℃ 1
分液漏斗125ｍｌ 1
烧杯100 2
恒温水浴槽 1
电动搅拌器 1
苯乙烯45ｇ，聚合级；氢氧化钠溶液100ｍｌ，10％；聚乙烯醇0.06ｇ；工业级；过氧化二苯甲酰0.5ｇ，化学纯。

实验步骤
1．将苯乙烯45ｇ置于分液漏斗中，加入10％氢氧化钠溶液20ｍｌ，剧烈摇荡。

然后静止片刻，待液体分层后，弃去下层红色洗液。

重复加入氢氧化钠溶液洗涤数次，直至洗液不再显红色为止。

再用去离子水洗涤至中性。

2．在烧杯中加入洗涤过的苯乙烯40ｇ和引发剂过氧化二苯甲酰0.5ｇ，手工搅拌至溶解。

3．在另一烧杯中加入聚乙烯醇0.06ｇ，去离子水200ｍｌ，手工搅拌至溶解。

若溶解太慢，可加热至沸腾，促使其溶解。

4．在装有搅拌器、温度计和回流冷凝器的500ｍｌ三颈瓶中，加入200ｍｌ聚乙烯醇溶液。

开动搅拌，同时升温。

待温度上升至80℃时，加入已溶有引发剂的苯乙烯单体。

仔细调节搅拌速度，使单体分散成适当大小的液滴。

5．液滴大小调节好后，升温至90℃，保温3ｈ。

取出几颗状物，观察其冷却后是否呈坚硬状。

若冷却后坚硬，将温度提高至95℃，保温1ｈ，反应结束。

6．将反应物倒入烧杯中，用去离子水洗涤3次后过滤。

珠状聚合物置于表面皿中，在50℃鼓风烘箱中干燥至恒重，计算产率。

注意事项
1．开始时，搅拌速度不宜太快，避免颗粒分散得太细。

2．保温反应至2ｈ左右时，由于此时颗粒表面粘度较大，极易发生粘结。

故此时必须十分仔细调节搅拌速度，千万不能使搅拌停止。

否则
颗粒将粘结成块。

3．聚合物的干燥温度不可超过60℃，否则颗粒表面将熔融而粘结。

思考题
1．当两种互不相溶的液体混合并搅拌，液体的什么性质促使其形成球形颗粒？
2．悬浮聚合所用的分散剂有哪两大类？各自的作用机理如何？
3．根据实验体会，指出在悬浮聚合中应特别注意哪些问题，应采取什么措施。