高分子化学实验整合版Word下载.docx

1、DP=1750 5020ml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 85-90 C,开始聚合反应。在整个过程中除

2、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（50 C）,称重并计算产率。五、注

3、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 1 C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，

4、 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：CHCH 2 C CH 2 + HCHO H + CH CH2CHCH + 出0OH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，

5、 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80 C,加入4mL甲醛溶液，搅拌 15min。滴加0.25mol/L

6、盐酸调节反应体系的 PH=13,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89。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78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

7、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 9395%,最后在100 C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（ATBN1 模具制备将两片平板玻璃（150X 150mm洗净烘干，在玻璃

8、片间垫好用玻璃纸包紧的胶管（ 4x 1.5mm）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8085C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

9、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

10、。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

11、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= 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

12、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 OOIINH4一.2 NH4 O 一 sONH4 OO + CH 2 CHI C=OICH 311 C=ONH4 O S OCH2CH2、链的增长:NHS O S O CH 2 CHsC=O3、链的终止:+ nCH2=CHNH 4 O S O CH2 CHnCH2 CHO=C-CH+CH CH 2 CH 2 CH -C .i O1 OC=O 1CH31 CH 3H2CHQU C +CH= CH 1CH 2 CH 2HCH 2-四口瓶 （250m

13、l）、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-10 0.3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70 C，在70 1C

14、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7072C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100 C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= X 100%干燥前样品重含固量X产品量一聚乙烯醇量转化率= X 100%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

15、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

16、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% NaOH 10%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. 59。称取尿素三份，分别是 11 2g；5 6g；56g。（3）三口

17、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=4 8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. 59。正常情况下得到澄清透明的脲

18、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 7080C烘箱中干燥到既不粘手，又不脆折的程度 （约1 0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 1 0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 120 C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

19、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

20、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012之间，分子量相当于 3403800, n=0时为淡黄色

21、粘滞 液体，n2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（150160C ）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

22、各1根，球形冷凝管，直形冷凝管，温度计0100C、0200 C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11.4 g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5565 C,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

23、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6065C ,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1 10 C,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0.480.

24、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：“ CHCH 7-1ch-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：looojy ior式中：Vo：空白滴定所消耗 NaOH的溶液毫升数；V 2：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

25、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

26、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 250 mL 四口瓶中加入去离子水 45 mL， 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