高分子化学实验整合版Word下载.docx
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DP=1750±
50
20ml
引发剂
BPO
精制
0.3g
介质
水
无离子水
130ml
四、实验步骤
按图1安装好实验装置，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，阻力小转动轻松自如。
用分析天平准确称取0.3gBPO（用分析天平）放于100ml锥形瓶中。
再用移液管按配方量取苯乙烯，加入锥形瓶中。
轻轻振动，待BPO完全溶解于苯乙烯后将溶液加入三口瓶中。
再加入20ml1.5%的聚乙烯醇溶液。
最后用130ml无离子水分别冲洗锥形瓶和量筒后加入三
口瓶中。
通过冷凝水。
启动搅拌器并控制在一恒定转速，在20-30分钟内将温度升至85-90C,
开始聚合反应。
在整个过程中除了要控制好反应温度外，关键是要控制好搅拌速度。
尤其是反应一个多
小时以后，体系中分散的颗粒变得发粘（为什么？
），这时搅拌速度如果忽快忽慢或者停止
都会导致颗粒粘在一起，或粘在搅拌器形成结块，致使反应失败。
所以反应中一定要控制好搅拌速度。
可在反应后期将温度升至反应温度上限，以加快反应，提高转化率。
反应1.5-2h小时后，可用吸管吸取少量颗粒与表面皿中进行观察，如颗粒变硬发脆，可结束反应。
停止加热，撤出加热器，一边搅拌以便用冷水将聚合体系冷却至室温（为什么？
）。
停
。
最后插屏在鼓
止搅拌，取下三口瓶。
产品用布氏漏斗滤干，并用热水洗数次（为什么？
）
风干燥箱烘干（50C）,称重并计算产率。
五、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。
2.80±
1C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。
六、思考题
1.结合悬浮聚合的理论，说明配方中各种组分的作用。
如改为苯乙烯的本体聚合或乳液聚合，此配方需做哪些改动，为什么？
2.分散剂作用原理是什么？
如何确定用量，改变用量会产生什么影响？
如不用聚乙烯醇可用什么别的代替？
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，结合聚合反应机理，你认为在悬浮聚合的操作中，应特别注意哪些问题？
实验二、聚乙烯醇缩甲醛的制备
1.熟悉聚合物中官能团反应的原理。
2.掌握聚乙烯醇缩甲醛的制备方法。
聚乙烯醇缩甲醛是利用聚乙烯醇与甲醛在酸性条件下制得的。
其反应式如下：
—CH—CH2—C—CH2+HCHOH+—CH—CH2—CH—CH—+出0
OH
由于几率效应，高分子链上的羟基未必能全部进行缩醛化反应，会有一部分羟基残留下
来。
为了定量表示缩醛化的程度，定义已缩合的羟基量占原始羟基量的百分数为缩醛度。
由于聚乙烯醇溶于水，而聚乙烯醇缩甲醛不溶于水，因此，随着反应的进行，最初的均
相体系将逐渐变成非均相体系。
本实验是合成水溶性聚乙烯醇缩甲醛胶水，反应过程中需控
制较低的缩醛度，使产物保持水溶性。
如若反应过于猛烈，则会造成局部高缩醛度，导致不溶性物质存在于胶水中，影响胶水质量。
因此，反应过程中，要严格控制催化剂用量、反应温度、反应时间及反应物比例等因素。
三、仪器及试剂
1.仪器：
250mL三口瓶、电动搅拌器、温度计、恒温水浴、10mL量筒、100mL量筒
2.试剂：
聚乙烯醇、38%甲醛水溶液、NaOH溶液、盐酸
四、实验步骤
1.在装有搅拌器、回流冷凝管、温度计的三口烧瓶中加入10g聚乙烯醇及90mL去离子水,
开动搅拌，加热至95C至聚乙烯醇全部溶解。
2.降温至80C,加入4mL甲醛溶液，搅拌15min。
滴加0.25mol/L盐酸调节反应体系的PH=1〜3,搅拌下进行保温反应。
随着反应体系之间逐渐变粘稠，当体系中出现气泡或有絮
状物产生时，迅速加入1.5mL8%的氢氧化钠溶液，调节PH值为8〜9。
降温，出料，得无色透明黏稠液体，即为一种化学胶水。
五、注意事项
1•整个反应过程中搅拌要充分均匀，当体系变粘稠出现气泡或有絮状物产生时应马上加入
NaO溶液，终止反应。
2•工业上生产胶水时，为了降低游离甲醛的含量，常在pHf直调整至7〜8后加入少量尿素,
发生脲醛化反应。
1.为什么要调节产物的PH直？
2.为什么缩醛度增加，水溶性会下降？
实验三、甲基丙烯酸甲酯的本体聚合
一、实验目的
掌握本体浇注聚合的合成方法及有机玻璃的生产工艺。
二、实验原理
如果直接做甲基丙烯酸甲酯（MMA）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。
为此，工业上或实验室目前多采用浇注聚合的方法。
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%,最后在100C下高温聚合至反
应完全。
搅拌电机、搅拌棒、温度计、球形冷凝器、三口瓶、水浴、热源、模具
MMA偶氮二异丁腈（ATBN
1．模具制备
将两片平板玻璃（150X150mm洗净烘干，在玻璃片间垫好用玻璃纸包紧的胶管（4
x1.5mm）围成方形并留出灌料口，然后用铁夹夹紧，备灌模用。
2．预聚合反应
在250ml的三口瓶中安装搅拌器、冷凝管、温度计。
先加入47mgAIBN再加入MMAIOOml开动搅拌使AIBN溶解在单体中，加热水浴，当温度达到90C时保温5分钟，然后使物料在
80〜85C维持30分钟左右，观察粘度，当物料呈蜜糖状时，用冷水浴骤然降温至40C以下
终止反应并停止搅拌,将三口瓶中预聚物灌入已备好的模具中,封好灌料口。
3．低温聚合反应
将上述模具放入烘箱中，升温至52C，保温7小时（此时用铁针刺探有机玻璃，应有弹性出现）低温聚合结束,抽掉胶管。
4．高温聚合反应
抽出垫条的模具在烘箱中继续缓慢升温到100C，保温1.5小时后，烘箱停止加热，
任其自然冷却到40C以下，取出模具脱掉玻璃片即得光滑无色透明的有机玻璃板。
1.聚合反应所用塞子应采用软水塞，并防止杂质混入反应体系，影响聚合反应。
2.灌入时预聚物中如有气泡应设法排出。
3.高温聚合反应结束后，应自然降温至40以下，再取出膜具进行脱模，以避免骤然
降温造成模板和聚合物的破裂。
实验四醋酸乙烯乳液聚合
1、了解乳液聚合的特点、配方及各组分所起作用。
2、掌握聚醋酸乙烯酯胶乳的制备方法及用途。
单体在水相介质中，由乳化剂分散成乳液状态进行的聚合，称乳液聚合。
其主要成份是
单体、水、引发剂和乳化剂。
引发剂常采用水溶性引发剂。
乳化剂是乳液聚合的重要组份，它可以使互不相溶的油一水两相，转变为相当稳定难以分层的乳浊液。
孚L化剂分子一般由亲
水的极性基团和疏水的非极性基团构成，根据极性基团的性质可以将乳化剂分为阳离子型、阴离子型、两性和非离子型四类。
当乳化剂分子在水相中达到一定浓度，即到达临界胶束浓
度（CMC值后，体系开始出现胶束。
胶束是乳液聚合的主要场所，发生聚合后的胶束称作为乳胶粒。
随着反应的进行，乳胶粒数不断增加，胶束消失，乳胶粒数恒定，由单体液滴提供单体在乳胶粒内进行反应。
此时，由于乳胶粒内单体浓度恒定，聚合速率恒定。
到单体液
滴消失后，随乳胶粒内单体浓度的减少而速率下降。
乳液聚合的反应机理不同于一般的自由基聚合，其聚合速率及聚合度式可表示如
下：
E叫
厂2巧
&
叫⑷
=
式中N为乳胶粒数，NA是阿佛加德罗常数。
由此可见，聚合速率与引发速率无关，而取决于乳胶粒数。
乳胶粒数的多少与乳化剂浓度有关。
增加乳化剂浓度，即增加乳胶粒数，
可以同时提高聚合速度和分子量。
而在本体、溶液和悬浮聚合中，使聚合速率提高的一些因
素，往往使分子量降低。
所以乳液聚合具有聚合速率快、分子量高的优点。
乳液聚合在工业
生产中的应用也非常广泛。
醋酸乙烯酯（VAc）的乳液聚合机理与一般乳液聚合相同。
采用水溶性的过硫酸盐
为引发剂，为使反应平稳进行，单体和引发剂均需分批加入。
聚合中常用的乳化剂是聚乙烯醇（PVA。
实验中还常采用两种乳化剂合并使用，其乳化效果和稳定性比单独使用一种好。
本实验采用PVA-1788和OP-10两种乳化剂。
1、链的引发:
NH4—O—S—O—O
O
II
NH4一..2NH4—O一s—O'
NH4—O
—O+CH2CH
IC=O
I
CH3
■
1
1C=O
NH4—O—S—O—CH2—CH
2、链的增长:
NH
S'
O—S—O—CH2—CH
s
C=O
3、链的终止:
+nCH
2=CH
NH4OSO[CH
2CH]n
—CH
2CH
O=C
-CH
+
CH—
CH2
—CH2CH-
—C...
iO
1O
C=O1
CH3
1CH3
H2
CH
QU
—C+
CH=CH1
CH2
—CH2
H
CH2-
四口瓶（250ml）、滴液漏斗（125ml）、球形冷凝器
（30cm）、温度计（100C）、搅拌封、搅拌马达、搅拌器（浆式）、水浴锅
醋酸乙烯（工业品34克）、聚乙烯醇（醇解度88%
的10%水溶液37.5克、过硫酸铵（化学纯0.1克）、蒸馏水（44
毫升）、OP-10（0.3克）
图苯乙烯聚合装置图
1、安装仪器
2、在四口瓶中加入聚乙烯醇的10%水溶液37.5克（重量），
乳化剂OP-100.3克，蒸馏水44克。
3、开动搅拌，用水浴加热至65C，加入第一批引发剂（将0.1克引发剂溶于3ml蒸馏水中加入1ml）,待完全溶解后用滴液漏斗滴加醋酸乙烯，调节滴加速度先慢后快温度慢慢
升至70C，在70±
1C反应；
一小时后加入第二批引发剂1ml;
再过一小时后加入第三批引
发剂1ml，在二小时内将34克单体加完。
4、在70〜72C保温10分钟，缓慢升温到75C，保持10分钟，再缓慢升温至78C,保持10分钟，再缓慢升温至80C，保持10分钟。
5、撒掉水浴，自然冷却到40C，停止搅拌，出料。
6、测含固量：
取2克乳浊液（精确到0.002克）置于烘至恒重的玻璃表皿上，放于100C
烘箱中烘至恒重计算含固量（约4小时）。
干燥后样品重
含固量=X100%
干燥前样品重
含固量X产品量一聚乙烯醇量
转化率=X100%
单体重量
注：
配制10%聚乙烯醇水溶液的方法：
将3.75克醇解度为88%的聚乙烯醇溶解在34毫升水中，最好先浸泡一段时间，然后在沸水中完全溶解。
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，则实验失败。
2.严格控制搅拌速度，否则将使料液乳化不完全。
3•滴加单体时，温度控制在70±
1C,温度过高使单体损失。
六、思考题
1.比较乳液聚合、溶液聚合、悬浮聚合和本体聚合的特点及其优缺点。
2.在乳液聚合过程中，乳化剂的作用是什么？
3.本实验操作应注意哪些问题?
实验五、脲醛树脂的缩聚
1.加深理解加成缩聚的反应机理
2.了解脲醛树脂的合成方法及一般层压板的加工工艺。
脲醛树脂是由尿素与甲醛经加成聚合反应制得的热固性树脂。
产物的结构比较复杂，直接受尿素与甲醛的克分子比、反应体系的pH值、反应温度、时间等条件的影响。
例如：
当在酸性条件下反应时，产物是不溶于水和有机溶剂的聚次甲基脲；
在碱性条件下发生反应时，则生成水溶性的一羟甲基脲或二羟甲基脲等等。
羟甲基的数目由尿素与甲醛的克分子比决定。
搅拌电机、调压器、三口瓶、冷凝器、温度计、水浴、电吹风机。
尿素、甲醛（36%水溶液）、10%NaOH10%草酸水溶液、NH4C1（固化剂）。
1．合成树脂：
（1）在250ml三口瓶上装置搅拌器、温度计、迥流冷凝器。
（2）称取甲醛水溶液60g，用10%NaOH调节甲醛pH=8.5〜9。
称取尿素三份，分别是11．2g；
5．6g；
5．6g。
（3）三口瓶中先加入11，2g尿素和60g甲醛水溶液。
搅拌至溶解（由于吸热而隆温，可缓慢升温至室温，以利溶解），升温至60C再加入5.6g尿素，继续升温到80C加入最后5.6g尿素，在80C,反应30分钟。
（4）用少量10%草酸溶液小心调节反应体系的pH值，使PH=48左右（注意观察自升温
现象）。
继续维持温度在80C进行缩合反应，并随时取脲醛胶滴入冷水中，观察在冷水中的
溶解情况。
当在冷水中出现乳化现象，随时测在40C水中的乳化情况。
（5）温水中出现乳化后，立即降温终止反应，并用浓氨水调节脲醛胶的PH=7再用少量
10%NaOH调节Ph=8.5〜9。
正常情况下得到澄清透明的脲醛胶。
2.层压板制备：
（1）在表皿中称取脲醛胶液40g，加入0.200gNHCI，搅拌至全溶解。
注意观察胶液pH
值的变化。
（2）滤纸条分段浸渍胶液，为保证浸渍饮和而均匀，每段浸渍一分钟左右，滤纸上余量胶液任其自然流下。
（3）在架子上凉干一会儿即送入70〜80C烘箱中干燥到既不粘手，又不脆折的程度（约
10分钟左右），保存于干燥器内以防吸水。
（4）压板
将浸好干燥的滤纸条剪成8—10段层叠整齐，置于光滑铁板中，在油压机内压制成型，压时在铁板上下垫以玻璃纸，压制条件：
温度120C
时间15分钟
压力50—60公斤坪方厘米
在正常条件下应得透明硬板。
1.用草酸溶液调节反应体系pH值时要十分小心，切忌酸度过大。
因为缩合反应速度在
Ph=3〜5之间几乎正比于（H+）。
2.加缩聚反应中防止温度骤然变化，否则易造成胶液混浊。
【思考题】
1.在合成树脂的原料中哪种原料对pH值影响最大？
为什么？
2•试说明NHC1能使脲醛胶固化的原因。
你认为还可加入哪些固化剂？
3、如果脲醛胶在三口瓶内发生了固化，试分析可能由哪些原因
实验六环氧树脂的制备
掌握低分子量环氧树脂的制备条件及环氧值测定方法及计算。
2-3、2-4以上多官能团体系单体进行缩聚时，先形成可溶可熔的线型或支链低分
子树脂，反应如继续进行，形成体型结构，成为不溶不熔的热固性树脂。
体型聚合物由交联
将许多低分子以化学键连成一个整体，所以具有耐热性和尺寸稳定性能的优点。
体型缩聚也
遵循缩聚反应的一般规律，具有“逐步”的特性。
以2-3,2-4官能度体系的缩聚反应如酚
醛、醇酸树脂等在树脂合成阶段，反应程度应严格控制在凝胶点以下。
以2-2官能度为原料的缩聚反应先形成低分子线型树脂（即结构预聚物），分子量约
数百到数千，在成型或应用时，再加入固化剂或催化剂交联成体型结构。
属于这类的有环氧
树脂、聚氨脂泡沫塑料等。
环氧树脂是环氧氯丙烷和二羟基二苯基丙烷（双酚A）在氢氧化钠（NaOH）的催化
作用下不断地进行开环、闭环得到的线型树脂。
如下式所示
上式中n—般在0〜12之间，分子量相当于340〜3800,n=0时为淡黄色粘滞液体，n》2时则为固体。
n值的大小由原料配比（环氧氯丙烷和双酚A的摩尔比）、温度条件、氢氧化钠的浓度和加料次序来控制。
环氧树脂粘结力强，耐腐蚀、耐溶剂、抗冲性能和电性能良好，广泛用于粘结剂、
涂料、复合材料等。
环氧树脂分子中的环氧端基和羟基都可以成为进一步交联的基团，胺类
直接开环，属于室温固化剂。
酐类（如邻苯二甲酸酐和马来酸酐）作固化剂时，因其活性较低，须在较高的温度（150〜160C）下固化。
本实验制备环氧值为0.45左右的低分子量环氧树脂。
三、仪器及药品
电炉1000W变压器1KV1,烧杯1000ml，水浴，三口反应瓶250ml,搅拌
器，滴液漏斗60ml1只，Y形管、弯管各1根，球形冷凝管，直形冷凝管，温度计
0〜100C、0〜200C各1根，分液漏斗250ml,量筒25ml、50ml各1只，真空
泵，吸滤瓶
2.药品：
双酚A化学纯11.4g，环氧氯丙烷化学纯，比重1.1814ml,NaOH30wt%溶液
3.
20ml，甲苯化学纯30ml，蒸馏水化学纯15ml。
称量11.4g双酚A于三口瓶内，再量取环氧氯丙烷14ml，倒入瓶内，装上搅拌
器、滴液漏斗、回流冷凝管及温度计，开动搅拌（如图1）。
升温到55〜65C,待双酚A全部溶解成均匀溶液后，将20ml30wt%NaOH溶液置于50ml滴液漏斗中，自滴液漏斗慢慢
滴加氢氧化钠溶液至三颈瓶中（开始滴加要慢些，环氧氯丙烷开环是放热反应，反应液温度
会自动升高）。
保持温度在60〜65C,约1.5h内滴加完毕。
然后保温30min。
倾入30ml蒸馏水，搅拌成溶液，趁热倒入分液漏斗中，静止分层，除去水层。
将树脂溶液倒回三颈瓶中，装置如图2，进行减压蒸馏以除去萃取液甲苯及未反应
的环氧氯丙烷。
加热，开动真空泵（注意馏出速度），直至无馏出物为止，控制最终温度不超过110C,得到淡黄色透明树脂。
五、环氧值的测定方法
环氧值是指每100g树脂中含环氧基的当量数，它是环氧树脂质量的重要指标之一。
也
是计算固化剂用量的依据。
分子量愈高，环氧值就相应降低，一般低分子量环氧树脂的环氧
值在0.48〜0.57之间。
分子量小于1500的环氧树脂，其环氧值测定用盐酸一一丙酮法，反应式为：
“CH—CH7-^1
—ch-ch2+hci^--|
称0.5g树脂，称量准确到千分之一于三角瓶中，用移液管加入20毫升丙酮盐酸溶液，微微
加热，使树脂充分溶解后，在水浴上回流20分钟，冷却后用0.1N氢氧化钠溶液滴定，以酚
酞作指示剂，并作一空白试验。
环氧值（当量/100g树脂）E按下式计算：
looojyior
式中：
Vo：
空白滴定所消耗NaOH的溶液毫升数；
V2：
样品测试所消耗NaOH的溶液毫升数；
N:
NaOH溶液的当量浓度；
W：
树脂重量（g）。
六、参考说明
环氧树脂所含环氧基的多少除用环氧值表示外，还可用环氧百分含量或环氧当量表
示。
环氧基百分含量，每一百克树脂中含有的环氧基克数。
环氧当量：
相当于一个环氧基的环氧树脂重量（g），三者之间有如下互换关系：
环置墓旨井含屋1
环卫也二
七、思考题
1.环氧树脂的反应机理及影响合成的主要因素？
2.什么叫环氧当量及环氧值？
3.将50g自己合成的环氧树脂用乙二胺固化剂，如果乙二胺过量10%，则需要等当量的
乙二胺多少克？
实验七苯乙烯-丙烯酸正丁酯复合乳液的制备
一,实验目的
了解复合乳液聚合的特点;
掌握制备核/壳结构复合聚合物乳液的方法
2,实验原理
合成复合聚合物乳液的方法实际上是种子乳液聚合（或称多阶段乳液聚合）,即首先通过一般
乳液聚合制备第一单体的聚合物乳液做为种子乳液（核聚合）,然后在种子乳液存在下,加入第
二单体（或几种单体的混合物）继续聚合（壳聚合）,这样就形成了以第一单体的聚合物为核,第
二单体的聚合物为壳的核/壳结构的复合聚合物乳液,复合乳液聚合与种子乳液聚合的差别在于前者是采用不同种单体,而后者采用同种单体.
如果以苯乙烯（St）为主单体,同时加入少量的丙烯酸（AA）单体进行核聚合,而以丙烯酸正
丁酯（n-BA）为单体侗时加入少量的丙烯酸（AA）单体进行壳聚合，即得到以聚苯乙烯（PS）为
核,聚丙烯酸正丁酯（PBA）为壳的核/壳结构的复合聚合物乳液.
三，实验仪器和试剂
四口瓶，回流冷凝管，滴液漏斗，温度计，电动搅拌器，移液管，恒温水浴
苯乙烯，碳酸氢钠，丙烯酸正丁酯，邻苯二甲酸二丁酯，丙烯酸，壬基酚聚氧乙烯基醚（OP-10），过
硫酸钾，十二烷基硫酸钠（SDS）
四，实验步骤
1.单体预乳化
在装有搅拌器，回流冷凝管和温度计的250mL四口瓶中加入去离子水45mL，乳化剂十二烷基硫酸钠（SDS）0.2g,壬基酚聚氧乙烯基醚（OP-10）1.0g.水浴加
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