高分子化学实验讲义

1、高分子化学实验华东师大化学系高分子教研组2008年7月目 录实验一 常见塑料和纤维的简易鉴别-1实验二 甲基丙烯酸甲酯的本体聚合有机玻璃的制造-4实验三 用膨胀计测定苯乙烯自由基聚合反应速度-6实验四 酚醛塑料的合成-8实验五 乙酸乙烯酯的乳液聚合白胶水的制备-11实验六 丙烯酰胺的溶液聚合-13实验七 聚合物单体的预处理-14实验八 丙烯酸酯类压敏胶的制备-14实验九 强酸型阳离子交换树脂的制备-16实验十 界面缩聚法制备尼龙610-20实验一 常见塑料和纤维的简易鉴别随着高聚物科学的迅速发展，塑料、纤维的品种日益增多。在科学研究和日常生活中都需对一些未知样品进行鉴别。通常对单组分的纯样品，

2、可根据其不同的外观形态和内在性质的差异，用燃烧法、溶解法等方法就可比较准确、方便地进行鉴别。但对组成结构比较复杂的塑料和纤维，则往往需要先纯化，然后进行元素分析确定大致成份，接着可根据需要进行红外光谱、紫外光谱，核磁谱及裂解色质联用谱等分析，才能得出正确的结论。一、实验目的学会以燃烧法、溶剂溶解法鉴别一些常见的塑料和纤维。二、实验原理1. 燃烧法 燃烧试验是最简单的试验方法。仔细观察塑料、纤维在燃烧时所发生的变化，如燃烧的方式、火焰的颜色、燃烧时散发出来的气味，燃烧后灰烬的颜色、形状和硬度等各种特征，即准确掌握“烟、焰、味、灰”几方面的特征。才能作出正确的判断。燃烧法的优点是简便易行，不需特殊

3、的设备试剂，但此方法比较粗糙。塑料、纤维的燃烧特征见附表11，2。2溶解法 溶解法是根据各种纤维在不同的化学试剂中的溶解特性来鉴别纤维的。这种方法操作较简单，试剂容易准备，准确性较高。由于一种溶剂能溶解多种纤维，因此需要进行几种溶剂的溶解试验，才能做出正确判断。各种纤维的溶解情况见附表13。三、主要仪器和试剂煤气灯、试管、镊子、滴瓶、5NaOH、20HCl、70H2SO4、40甲酸、冰醋酸、65硫氰酸钾、丙酮等。四、实验步骤1. 燃烧鉴别法：取一片塑料（少量纤维），用镊子夹住其一端，慢慢向煤气灯（或酒精灯）的火焰靠近。仔细观察塑料接近火焰、在火焰中以及离开火焰时的燃烧状态，鉴别燃烧时发出的气味

4、。纤维鉴别的方法同上。2. 溶解法：将少量纤维置于小试管中，注入某种溶剂或溶液（溶比为1001），摇动试管或用玻璃棒搅拌515分钟。仔细观察溶解情况。有时还须将溶液加热至一定温度或煮沸。注意用易燃的溶剂时不能直接用火加热。五、实验结果记述聚合物燃烧试验时的火焰颜色、现象及气味和聚合物溶解试验时所用的溶剂、加热的温度及现象，将燃烧法、溶解法对塑料、纤维鉴别的结果参照附表11，2，3，以图表汇总。表11常见塑料的燃烧特征塑料品种燃烧情况气 味其它现象聚乙烯容易燃烧，燃烧时火苗底部为蓝色，顶部为黄色。石蜡燃烧的气味燃烧时熔融滴落聚丙烯容易燃烧，燃烧时火苗底部蓝色，顶部黄色，少量黑烟。石油气味燃烧时熔

5、融滴落聚苯乙烯容易燃烧，燃烧时冒浓黑烟，火苗为橙黄色。苯乙烯单体气味敲击时，发出清脆的金属响声聚氯乙烯不易燃烧，离火即灭，燃烧时冒黑烟，黄色火苗，喷溅绿色和黄色的火星。氯的刺激性气味聚甲基丙烯酸甲酯容易燃烧，火苗黄色。熔融、起泡。花果臭、腐烂蔬菜臭摩擦时发出一股特有的香味硝酸纤维素（赛璐璐）极易燃烧，火焰黄色。很快全部烧完聚甲醛容易燃烧，火焰顶端黄色底部蓝色。强烈的甲醛味鱼腥臭熔融滴落聚碳酸酯慢慢燃烧，火焰黄色，黑烟炭末。特殊气味花果臭熔融、起泡酚醛树脂（木粉）慢慢燃烧，离火后自熄，火焰黄色。木材和苯酚味膨胀开裂表12 常见纤维的燃烧特征纤维种类燃 烧 情 况气 味灰烬颜色和形状棉易燃，产生黄

6、色火焰及蓝烟，烧焦部分为黑褐色。有烧纸的气味灰烬少，灰末细软呈浅灰色。羊毛一面徐徐冒烟起泡，一面燃烧。有烧毛发的臭味灰烬多，为有光泽的黑色发脆块状。蚕丝燃烧慢，烧时缩成一团。有烧毛发的臭味灰为黑褐色小球，用手指一压即碎。涤纶燃烧时纤维卷缩，一面熔化，一面冒烟燃烧，有黄色火焰。有芳香族化合物气味灰为黑褐色硬块，用手可捻碎。绵纶冒黑烟，一面熔化，一面缓慢燃烧，火焰很小。有氨臭味灰为黑褐色硬块，不易捻碎。腈纶一面熔化，一面缓缓燃烧，火焰呈白色，明亮有力，有时略有黑烟。有鱼腥臭味灰为黑色硬块，脆而易碎。维纶烧时纤维迅速收缩，燃烧缓慢，火焰很小。有特殊臭味灰为褐色硬块，可用手捻碎。表13 各种纤维的溶解

7、情况试剂5氢氧化钠20盐酸35盐酸70硫酸40甲酸冰醋酸65硫氰酸钾次氯酸钠丙酮6：4苯酚：四氯乙烷温度（）沸室温室温2335沸沸7075232523254050时间（min）15151510152010203020样品棉×××××××××羊毛××××××××蚕丝××××××涤纶×××××××

8、15;×锦纶××××腈纶×××××××××维纶×××××注：溶解 ×不溶 思考题：用溶解法鉴别纤维时，为什么只需少量纤维（溶比为1001）？参考资料：1. 陈稀、黄象安，化学纤维实验教程，纺织工业出版社2. 化学纤维知识组编，化学纤维知识，科学出版社，19783. 夏炎，高分子科学简明教程，科学出版社，1987实验二 甲基丙烯酸甲酯的本体聚合 有机玻璃的制造一、实验目的：了解本体聚合的原理，熟悉有

9、机玻璃的制备方法。二、实验原理：本体聚合是指单体仅在少量的引发剂存在下进行的聚合反应，或者直接在热、光和辐照作用下进行的聚合反应。本体聚合具有产品纯度高和后处理简单等优点。但本体聚合的另一个显著特点是体系粘度大，传热差，且在反应进行到某一阶段时会出现自动加速现象，这时若不能及时排除反应热，轻则使分子量分布变宽，降低材料的机械强度，重则引起“爆聚”而使产品报废。在引发剂作用下，甲基丙烯酸甲酯的聚合反应是个放热过程。反应热的累积会导致反应物温度的升高，促使聚合反应加速进行，造成局部过热而导致单体气化或聚合物裂解。制件就会产生气泡或空心。另外由于单体和聚合物的密度相差甚大(甲基丙烯酸甲酯为0.94，

10、聚甲基丙烯酸甲酯1.18)，因而在聚合时会产生体积收缩。如果聚合热未经有效排除，各部分反应便不一致，收缩也不均匀，因而导致裂纹与表面起皱现象的产生。为避免这种现象的产生，在实际生产有机玻璃时常常采取预聚成浆法和分步聚合法。整个制作过程分五个步骤：制模、制浆、灌浆、聚合和脱模。 聚甲基丙烯酸甲酯为无定形聚合物，具有高度的透明性，因此被称作有机玻璃。聚甲基丙烯酸甲酯具有较好的耐冲击强度和良好的低温性能，是航空工业与光学仪器制造业的重要材料。有机玻璃表面光滑，在一定的曲率内光线可在其内部传导而不逸出，因此在光导纤维领域中也得到了应用。三、主要仪器和试剂锥形瓶、烧杯、温度计、两支玻璃小试管（1.5&#

11、215;10cm）甲基丙烯酸甲酯、邻苯二甲酸二丁酯、过氧化苯甲酰四、实验步骤：1. 制模将两支玻璃小试管洗净烘干作为模具。2. 制浆在50ml锥形瓶中称取25克甲基丙烯酸甲酯（要经处理除去阻聚剂），再加入30毫克过氧化苯甲酰和2.5克邻苯二甲酸二丁酯，摇匀后在瓶口包上一张塑料薄膜，用绳子扎紧。在90左右的水浴上加热，进行预聚合。在此过程中间隙振荡锥形瓶，并注意观察体系的粘度。待反应液呈粘稠浆液（比纯甘油更稠些）时，即停止加热，并立刻置于冷水中迅速冷却以终止聚合反应，以免进一步聚合产生自动加速作用。3. 灌浆将上一步骤中制得的预聚浆液小心地灌入模具中（注意液面应略低于模具的上部边缘），然后用玻璃

12、纸严密封口，使反应物与空气隔绝。4. 聚合将已经灌好浆液的模具放入恒温烘箱中，按下列条件进行聚合：50保持3小时，3小时后转化率大约可达到1020，反应体系已经很粘，极易产生自动加速作用，因此必须降低温度到40，并保持20小时，使转化率达80。此时聚合反应速度已显著下降，可以提高温度至105，并保持3 小时，使反应进一步完成，然后逐步降温到40即可脱模。5. 脱模将试管轻轻击破，即可得到透明的棒状有机玻璃。附注：1. 第二阶段即低温聚合阶段应严格控制反应温度。一般应保持在45以下，待全部产品都不流动时才能升温。2. 学生可将剩余的预聚物倒入一支小试管中进行爆聚实验，即在沸水温度下继续加热使爆聚

13、发生。思考题：解释自动加速效应产生的原因，此实验中如何避免产生自动加速效应？参考资料：1. 珊湖化工厂编著，有机玻璃，上海人民出版社，19752. 何卫东，高分子化学实验，中国科学技术大学出版社，2003实验三 用膨胀计测定苯乙烯自由基聚合反应速度一、实验目的掌握用膨胀计测定自由基聚合反应速度的方法。二、实验原理聚合反应速度通常用每秒每升反应物有多少摩尔单体转化为聚合体，即每秒钟单体浓度变化（mol/L·s）表示，可以通过测定体系中任何随反应物浓度呈比例变化的性质来测量，本实验采用膨胀计法，其依据是单体密度小，聚合物密度大，随着聚合反应的进行，体积会发生收缩。当一定量单体聚合时，体积

14、的变化与转化率成正比，本实验所用的膨胀计如图1所示，由较大的反应容器与较细长的毛细管组成。用毛细管来观察聚合过程中的体积变化，可以增加灵敏度。若用P表示转化率；Vt表示聚合至t时间时，测得的体积收缩；V表示W克单体百分之百转化到聚合体的体积收缩，亦称最大体积收缩，则 图1 膨胀计 式中dm为单体密度（本实验中，聚合温度为70，dm=0.860g/cm3），dp为聚合体密度（70时dp=1.046g/cm3）实验时，只需测得装入膨胀计的苯乙烯体积V(ml)，亦即知道了其重量W(g)，重量W即为V·d（d为室温下苯乙烯密度，20时为0.907g/cm3）再分别在t1,t2tn(min)测

15、得体积收缩V1,V2Vn，算出相应的转化率P，以P对t作图，取低转化率下的直线部分，从直线斜率即可算出每分钟的转化率x，按下式可计算出平均聚合反应速度。按定义在本体聚合中式中M为苯乙烯分子量，d为聚合温度下苯乙烯的密度，W为苯乙烯的重量。 三、主要仪器和试剂 恒温水浴、膨胀计、精制苯乙烯、偶氮二异丁腈（重结晶）、甲苯四、实验步骤1. 将单体重量约0.1的AIBN加到精制苯乙烯中，轻轻摇动使之全部溶解，用10ml刻度移液管把已溶解AIBN的苯乙烯加入到膨胀计中，赶去活塞下方可能存在的气泡，关闭活塞，记下所加的苯乙烯体积。2. 将膨胀计放入70恒温槽中，调节膨胀计位置，使反应瓶活塞下方全部浸入水面

16、下并保持毛细管垂直。仔细观察毛细管中液面上升情况，当液面停止上升时记下此时毛细管上的毫升刻度值V0，并注意观察因聚合体积收缩而高度开始下降，当液面刚开始下降时，即按下秒表开始计时，此刻为聚合时间T0，以后每隔4分钟读一下液面高度（毫升数），分别为V1，V2直到10个读数为止。V1,V2，Vn与V0之差即为体积收缩V1、V2Vt。3. 反应结束后，立即将膨胀计中粘稠液倒出（倒入废液瓶中）并用甲苯洗3次，包括毛细管部分，（切勿先用水冲洗，聚合物会沉淀析出，堵住毛细管）。五、实验数据处理将实验数据记录在下列表中苯乙烯：体积V(ml)，重量W(g)，最大体积收缩V(ml)反应温度： 引发剂浓度：聚合时

17、间(min)液面读数(ml)体积收缩(ml)转化率P以p-t作图，求出斜率x，并计算Rp。附注：1. 实验前必须检查膨胀计的活塞是否漏气。2. 装好苯乙烯的膨胀计中不应有气泡，不然从气泡处发生体积收缩，影响测试。思考题：讨论本实验的影响因素。参考资料：1. E·L·麦卡弗里，蒋硕健等译，高分子化学实验室制备，科学出版社，19812. 北京大学化学系高分子教研室，高分子实验与专论，北京大学出版社，1990实验四 酚醛塑料的合成一、实验目的熟悉酚醛塑料的实验制法。二、实验原理酚类和醛类的缩聚产物通称为酚醛树脂，一般常指由苯酚和甲醛经缩聚反应而得的合成树脂，它是最早合成的一类热固

18、性树脂。酚醛树脂虽然是最老的一类热固性树脂，但由于它原料易得，合成方便，以及酚醛树脂具有良好的机械强度和耐热性能，尤其具有突出的瞬时耐高温烧蚀性能，而且树脂本身又有广泛改性的余地，所以目前酚醛树脂仍广泛用于制造玻璃纤维增强塑料、碳纤维增强塑料等复合材料。酚醛树脂复合材料尤其在宇航工业方面（空间飞行器、火箭、导弹等）作为瞬时耐高温和烧蚀的结构材料有着非常重要的用途。 在酸性或碱性介质中，酚和醛进行缩聚反应生成树脂状产物和水。苯酚和甲醛经缩聚反应首先生成的中间产物是邻位和对位的羟基苯甲醇。在碱存在时，生成的羟甲基化合物相互之间以及和苯酚之间的反应速度慢，而酸能加速这个反应的进行。酚醛树脂的合成和固

19、化过程完全遵循体型缩聚反应的规律。控制不同的合成条件（如酚和醛的比例，所用催化剂的类型等），可以得到两类不同的酚醛树脂：一类称为热固性酚醛树脂，若甲醛过量于苯酚，且在碱性介质中进行反应时，甲醛与苯酚摩尔比大于1，反应首先生成可溶可熔的甲阶树脂，继续加热，则这种甲阶树脂可经乙阶树脂而最后转变成具有立体结构的不溶不熔的丙阶树脂。这便是工业上一步法生产酚醛塑料的原理。另一类称为热塑性酚醛树脂，它是线型树脂，酚过量于甲醛，且反应在酸性介质中进行，生成永久性可溶可熔的线型树脂，当这种线型树脂再与甲醛作用，并有催化剂存在时，则同样可以转变为不溶不熔的体型树脂。这便是工业上两步法生产酚醛塑料的原理。这两类树

20、脂的合成和固化原理并不相同，树脂的分子结构也不同。酸催化，甲醛与苯酚摩尔比小于1：在热塑性酚醛树脂中加入固化剂六亚甲基四胺，经加热得到体形结构的热固性酚醛树脂：三、主要仪器和试剂圆底烧瓶、回流冷凝管、蒸发皿、研钵、平板硫化机、苯酚、甲醛、盐酸、酒精、六次甲基四胺、木粉四、实验步骤1. 热塑酚醛树脂的制备配方：苯酚 62.5克 甲醛 用量根据甲醛的浓度并按苯酚与甲醛的摩尔比为76加以计算浓盐酸 0.35毫升按上述定量的苯酚与甲醛放置在250ml圆底烧瓶中摇动至完全溶解。实在不溶时，可在水浴上稍稍加热。然后加入盐酸，摇匀后装上回流冷凝管在水浴上加热。当温度逐渐升至80左右，在冷凝管中能观察到回流现

21、象时，应立即停止加热，由反应本身放出的热量保持轻度沸腾。这时应防止暴沸，而引起物料冲出。如发生暴沸，需立即用冷水浴冷却。当回流减缓后再逐渐升温至90100，反应应进行至明显地分层为止，约需半小时左右。然后将瓶内物料倒在蒸发皿中（在通风橱中进行），倾出上层水。留下的液态树脂用热水洗至中性。再将蒸发皿置于砂浴上，逐渐升温至180200进行干燥。待将数滴树脂置于研钵中冷却，一砸即碎时即可趁热将树脂倒入研钵中，冷却后粉碎之。2. 热塑酚醛压塑粉的制造配方：热塑酚醛树脂由前一步制得酒精量与树脂相等六次甲基四胺量为树脂的16硬脂酸或油酸量为树脂的56氧化铁量为树脂的10木粉量与树脂相等将粉状树脂和等量的酒

22、精加在烧瓶中加热回流至完全溶解，再将六次甲基四胺和硬脂酸加入并使之溶解。然后将所得之酒精溶液用来浸润木粉和氧化铁，用玻棒搅匀。将物料摊在塑料薄膜上先初步晾干，然后再放入真空烘箱<80的条件下烘23小时。最后将结块的物料用粉碎机磨成粉末，并通过80100目筛，即得热塑酚醛压塑粉，供成形之用。3. 压制成形（压缩模塑法）整个模塑周期包括塑模的准备、加料、压制和脱模。塑模的准备：将选定之塑模预先加热到130140。加料：称取48g左右压塑粉装入塑模加料室，紧接着将阴阳模进行合模。压制：闭模后用25吨平板硫化机压制成型，压制压力为12.5MPa，压制温度为150左右，压制时间为6.5min左右。

23、脱模：到达压制时间后，制品即可自塑模中趁热脱模取出，同时做好塑模的清理工作，为下一模塑周期作好准备。思考题：在制备热塑酚醛树脂时，为防止暴沸冲料，实验中应该怎样正确操作？参考资料：1. 成都工学院主编“塑料工艺学”有关章节。2. 夏炎，高分子科学简明教程，科学出版社，1987实验五 乙酸乙烯酯的乳液聚合 白胶水的制备一、实验目的了解乳液聚合的基本原理并掌握其实验技术二、实验原理聚乙酸乙烯酯由乙酸乙烯酯在光或过氧化物等引发下聚合而得。根据反应条件，如反应温度、引发剂浓度和溶剂的不同，可以得到分子量从几千到几十万的聚合物。聚合反应可按本体、溶液、悬浮或乳液等方式进行，采用何种方法决定于产物的用途。

24、如作为涂料或胶粘剂用，则采用乳液聚合法。聚乙酸乙烯酯乳胶漆具有水基漆的优点：粘度较小，分子量较大，不用易燃的有机溶剂。本实验产物为乳白色粘稠浓液体。具有优良的粘接能力，且无毒、无臭、无腐蚀性，但耐水性差。作为胶粘剂（俗称白胶水）时，对木材、纸张和织物均可适用。乳液聚合是借助于乳化剂的作用把单体分散在介质中进行聚合，其最简单的配方主要由单体、水、水溶性引发剂和水溶性乳化剂四部分组成。乳化剂以阴离子型和非离子型表面活性剂为主。乙酸乙烯酯乳液聚合的机理与一般乳液聚合相同，采用过硫酸盐为引发剂，常用的乳化剂为聚乙烯醇，是一种非离子型乳化剂，它除了起乳化作用外，也起保护胶体和增稠剂的作用，在此反应中一般

25、要求其醇解度为8788（参见附注1）。OP10乳化剂是烷基酚的环氧乙烷缩合物。本实验采用两种乳化剂混合使用，乳化效果和稳定性比单独用一种要好，操作更容易。为使反应平稳进行，单体和引发剂均需分批加入。三、主要仪器和试剂四颈瓶、回流冷凝管、温度计、滴液漏斗、乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、OP10、邻苯二甲酸二丁酯、碳酸氢钠、过硫酸铵四、实验步骤在装有搅拌器、回流冷凝管，滴液漏斗和温度计的四颈烧瓶中加入乳化剂溶液（6克聚乙烯醇和1克OP10溶于78克蒸馏水中），称1克过硫酸铵（注2），放入盛有5毫升水的小烧杯中使之溶解，将1毫升溶液倒入反应瓶中，开动搅拌，水浴加热，向反应瓶中加入20克乙酸乙烯酯，控制反应温

26、度在6570左右。搅拌片刻后，用滴液漏斗加入40克乙酸乙烯酯，滴加速度不宜过快（注3），滴加完后再加3毫升过硫酸铵溶液。6570无回流时又滴加10克乙酸乙烯酯，并将剩余的过硫酸铵溶液也加完。投料完毕后，继续加热回流，缓慢地逐步升温（注4）。以不产生大量泡沫为准。最后升温至8590，无回流为止。冷却至50。加入0.25克碳酸氢钠溶于5毫升水的溶液（注5），再加入10克邻苯二甲酸二丁酯，搅拌冷却1小时，此白色乳液可直接作胶粘剂（俗称白胶水）使用，也可加水稀释并混入色浆制成各种颜色的涂料，称为乳胶漆。附注1. 聚乙烯醇醇解度过高（如接近100）会使乳液不稳定，往往在没有反应完之前就使乳液结块。聚乙烯

27、醇先经冷水溶胀后再升温，这样可以加快溶解速度。2. 用过硫酸铵为引发剂时，乳液的pH值要加以控制，因为在反应中酸性会不断增加，而pH值太低（如小于2）则反应速度很慢，有时会破坏乳液聚合的正常进行，使乳胶粒变粗。3.这时一定要严格控制温度，使之稳定在68左右，温度降低反应速度减小，会造成单体积累，而温度稍有升高又容易喷料。只要单体和引发剂的滴加速度很好控制，有时温度可在一段时间内无需加热或冷却即可保持在68左右，所以在操作过程中需很好地控制热量平衡。4. 升温过快易结块。5. 配料中有聚乙烯醇，由于它一般是聚乙酸乙烯酯的碱性醇解产品，水溶液呈弱碱性，在反应前不调整pH值，而在反应结束后加入部分碳

28、酸氢钠中和至pH为46之间以保持乳液稳定。思考题：如何控制反应平稳进行？参考资料：1. 复旦大学高分子科学系、高分子科学研究所编著，高分子实验技术（修订版），复旦大学出版社，19962.D.Braun等著，黄葆同等译，聚合物合成和表征技术，科学出版社，1981实验六 丙烯酰胺的溶液聚合一、实验目的了解溶液聚合的原理和溶剂选择的原则，掌握丙烯酰胺溶液聚合方法。二、实验原理将单体溶解于溶剂中而进行的聚合反应为溶液聚合，生成的聚合物溶解于溶剂中，溶液聚合为均相聚合；反之，聚合物从溶剂中沉淀出，聚合反应为沉淀聚合。自由基聚合、离子聚合和缩聚反应皆可以采用溶液聚合的方法。在自由基均相溶液聚合中，聚合物链

29、处于比较伸展的状态，活性中心易相互靠近而进行双基终止。只有在高转化率下，体系粘度增加到一定程度，才开始出现自动加速效应。但是，如果单体浓度低，则自动加速效应可能不再出现，整个聚合过程都遵循常见的自由基聚合动力学方程，因此溶液聚合是实验室中研究聚合机理及聚合动力学等常用的方法。溶液聚合中溶剂的存在对聚合反应有或多或少的影响，溶剂的选择是相当重要的，一般遵循以下要求。(1) 对引发剂的诱导分解作用小，以提高引发剂的引发效率。溶剂对偶氮类引发剂的影响很小，对有机过氧化物引发剂有较大的诱导分解作用，顺序为：芳烃、烷烃、醇、胺。(2) 溶剂的链转移常数低，以获得较高分子量的聚合物。(3) 尽量使用聚合物

30、的良溶剂，以便控制聚合。与本体聚合相比，溶液聚合具有粘度低、混合和传热容易以及反应温度容易控制等优点。但是，存在聚合物分离和溶剂回收等问题，因此在聚合物溶液直接使用的情况下，如涂料、粘合剂、浸渍剂和合成纤维的纺丝液等，才采用溶液聚合。丙烯酰胺为水溶性单体，其聚合物也溶于水。本实验采用水作为溶剂进行溶液聚合，存在无毒、价廉和链转移常数小的优点。聚丙烯酰胺是一种优良的絮凝剂，水溶性好，被广泛应用于石油开采、选矿和污水处理等方面。三、主要仪器和试剂机械搅拌器，回流冷凝管，温度计，三口瓶，丙烯酰胺，无水乙醇，过硫酸铵四、实验步骤在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管的250mL三口瓶中，将10g(0.14m

31、ol)丙烯酰胺和90ml蒸馏水加入到反应瓶中，开动搅拌，水浴加热至30，使单体完全溶解。将0.04g过硫酸铵溶解于10ml蒸馏水中，溶解加入到反应瓶中，逐步升温至90，反应2小时，冷却至室温。在250ml烧杯中加入100ml无水乙醇，在搅拌下逐滴加入30ml上述反应的溶液，有聚合物沉淀产生，充分搅拌使沉淀完全析出。用布氏漏斗过滤，沉淀用少量无水乙醇洗涤三次，在40下真空干燥，称重计算产率。五、思考题对于苯乙烯、甲基丙烯酸和丙烯腈的溶液聚合，可选择哪些溶剂？参考资料：何卫东，高分子化学实验，中国科学技术大学出版社，2003实验七 聚合物单体的预处理1. 查找文献，设计去除甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯单

32、体中的阻聚剂对苯二酚的方法，以及引发剂过氧化苯甲酰的精制方法。2. 实验内容：处理实验所需部分单体。实验八 丙烯酸酯类压敏胶的制备一、实验目的了解压敏粘合剂的粘接特性并合成一种丙烯酸酯类乳液压敏胶二、实验原理压敏胶是无需借助于溶剂或热，只需施以一定压力就能将被粘物粘牢，具有实用粘结强度的一类胶粘剂。丙烯酸系压敏胶是丙烯酸酯类的聚合物，除具有优良的压敏性能外，还具有耐候、耐光、耐油、透明、色浅、可调等特点。因而，丙烯酸系压敏胶的出现，使压敏型胶粘制品能发展到胶粘标签、双面胶粘带，胶粘片等品种，尤其使那些不能使用通常的橡胶系压敏胶的领域。丙烯酸系压敏胶可用乳液、溶液本体多种方式进行聚合，它一般由主

33、单体、第二单体和官能团单体共聚而成，这三类单体分别作为：粘附性成分，内聚成分，改性成分。主单体是玻璃化温度较低并具有柔软性的酯类，粘附性成分为烷基碳原子数4-12的丙烯酸烷基酯，是为了使压敏胶具有压敏性；第二单体是少量具有高玻璃化转变温度并有硬性的酯类，内聚成分为碳原子数1-4的丙烯酸烷基酯、甲基丙烯酸烷基酯、醋酸乙烯酯、偏氯乙烯、苯乙烯、丙烯腈等，使用它可使压敏胶呈现胶粘性和内聚力；官能团单体为可与上述两种成分共聚的单体，此改性成分为丙烯酸、马来酸酐、N羟甲基丙烯酰胺等。它可通过交联作用，提高内聚强度和粘接强度。通过对三种成分的配方，加以调整，可改变压敏胶的工艺性能，适用不同的粘接基材及粘接

34、对象，一般来说，满足以下四个力K>C>A>T的配方都可采用。（见图2）图2 影响压敏粘合剂性能的四个要素T粘着力，A粘附力，C内聚力，K粘基力在这种情况下，粘基力K是基材和压敏胶之间的粘合力。在实际工艺中，基材和压敏胶之间用底涂剂来解决粘基力的间题。所以，要求压敏胶有粘着力、粘附力、内聚力，并且要求这三种力建立上述平衡关系。内聚力C是压敏胶的内部聚集之力，它与分子间的力、分子间的交联、分子的缠绕、分子量等有关。粘附力A是剥离力即压敏胶与被粘物表面的结合力，它和压敏胶的粘弹性形变能有很大关系。在实际应用中，粘附力以粘贴好的胶粘带能否脱落为衡量指标。粘着力，换句话说，也是润湿能力

35、，或表面粘性、初始粘性。也可以认为是胶粘带帖贴被粘物的，对被粘表面粘贴难易程度的值。要下个严格的科学定义，是有各种意见分歧的，因此只能在实际应用中加深理解。由于丙烯酸酯类压敏胶的乳液聚合，不用有机溶剂，安全而无公害，因此有很大的发展前景。三、主要仪器和试剂四颈瓶、回流冷凝管、滴液漏斗、温度计、搅拌器、丙烯酸异辛酯、丙烯酸丁酯、醋酸乙烯酯、丙烯酸、OP乳化剂、十二烷基硫酸钠、碳酸氢钠、过硫酸铵、氨水四、实验步骤1. 在装上回流冷凝管，温度计、搅拌器、滴液漏斗的250ml四颈瓶中加入下列物质配成的液体：OP乳化剂3g，十二烷基硫酸钠1g，碳酸氢钠0.5g，过硫酸铵0.5g，蒸馏水60ml，然后滴加

36、由20ml丙烯酸丁酯，20ml丙烯酸异辛酯，5ml醋酸乙烯酯，2ml丙烯酸组成的混合单体。在80左右反应，1小时内滴完。并再反应1.5小时，取样分析其含固量，当含固量大于35时即可停止反应，冷却至室温后用少许氨水调PH=9。含固量的测定：取2块事先称重过的表面皿，各称取1.52g胶乳，置于105烘箱中烘1h。取出用尖刀切开薄膜翻转，继续烘1h，称重。 2. 用毛笔将上述所得白色乳液刷在牛皮纸上，110烘干。剪下几小条分别试验在金属、玻璃、木条、纸上的粘附性能和剥离性能。思考题：压敏胶的粘接力与所用的单体有何联系？参考资料：1. （日）大李英三，丙烯酸酯及其聚合物，19872. （日）福沢敬司，

37、压敏胶技术，19853. 吴承佩、周彩华、粟方星，高分子化学实验，安徽科学出版社，1989实验九 强酸型阳离子交换树脂的制备一、实验目的 1. 熟悉悬浮聚合方法2. 了解制备功能高分子的一个方法。二、实验原理离子交换树脂都做成球型小颗粒，这样的形状使之使用起来方便。用悬浮聚合方法制备珠状聚合物是制取离子交换树脂的重要实施方法。在悬浮聚合中，影响颗粒大小的因素主要有三个，即分散介质（一般为水）、分散剂和搅拌速度。水量不够则不足以把单体分散开，而水量太多反应容器要增大，势必给生产或实验带来一定困难。一般情况水与单体的比例在2-5之间。分散剂的最小量可以小到为单体量的0.005%，但一般常用量为单体

38、量的0.2-1%，多了易产生乳化现象。当水与分散剂的量选定后，只有通过搅拌才能把单体分散开，所以调整好搅拌速度是制备粒度均匀的珠状聚合物的关键。离子交换树脂对颗粒度的要求尤其高，因此必须严格控制搅拌速度。在聚合时，如果单体内加有致孔剂，则得到的是乳白色不透明的大孔树脂，带有功能团后仍为呈一定颜色的不透明体。未加致孔剂可得透明状树脂，其带有功能基后仍为透明状。这种树脂又称为凝胶树脂。凝胶树脂只有在水中溶胀后才有交换能力。这种凝胶树脂内部渠道直径只有2-4nm。树脂干燥后，这种渠道就消失，所以又称其为隐渠道。大孔树脂的内部，直径可小至数个nm，大至数百个nm。树脂干燥后，这种渠道仍然存在，所以又称

39、其为真渠道。大孔树脂由于内部有较大的渠道，溶液及离子在其内部迁移扩散容易，因而交换速度快，工作效率高，目前发展很快。按功能基分类，离子交换树脂又分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。当把阴离子基团固定在树脂骨架上，可进行交换的部分为阳离子时，称为阳离子交换树脂。反之，则称为阴离子交换树脂。可见其类型是根据可交换部分的性质来确定的。不带功能基的大孔树脂，称为吸附树脂。阳树脂用酸处理后，得到的都是酸型。根据酸性的强弱，又可分为强酸型和弱酸型。一般把磺酸型树脂称为强酸型，羧酸型的称为弱酸型树脂，膦酸树脂介于前二者之间。离子交换树脂是具有体形网状结构的高分子电解质，因此它在溶剂中不能溶解，但能与电解质溶

40、液中的离子起交换反应。阳离子交换树脂可与溶液中的阳离子交换：，式中R代表树脂母体，最常见的树脂母体是苯乙烯和二乙烯苯的共聚物。本实验先用悬浮聚合法制取苯乙烯和二乙烯苯共聚珠体（俗称白球）然后用浓硫酸磺化成强酸型阳离子交换树脂。共聚珠体的制备是以苯乙烯和二乙烯苯为单体，过氧化苯甲酰为引发剂，羟乙基纤维素为分散剂，水为分散介质。珠体的粒度主要取决于搅拌速度，其次与分散剂的种类和用量、水相和单体相的比例以及具体操作条件等因素有关，经加热引发而完成聚合反应。在单体中纯二乙烯苯所占的重量百分数称为树脂的交联度，即 纯二乙烯苯的重量可根据原料二乙烯苯中二乙烯苯的含量求得。为了使磺化反应深入白球内部，采用二

41、氯乙烷作溶胀剂，它只会使白球充分溶胀而不会与浓硫酸起反应。反应式如下：聚合磺化：离子交换树脂的性能指标中最重要的一项是交换容量，它表征离子交换能力的大小，有两种表示方法：一种是每克干树脂交换离子的毫摩尔数，称为重量交换容量，单位毫摩尔/克；另一种是每毫升湿树脂能交换离子的毫摩尔数，称为体积交换容量，单位是毫摩尔/毫升。离子交换树脂应用极为广泛。它可用于水处理，用在原子能工业、化学工业、食品工业以及分析检测，环境保护和海洋资源的开发领域。三、主要仪器和试剂搅拌器、三颈瓶、吸滤瓶、布氏漏斗、锥形瓶、吸滤棒、苯乙烯、二乙烯苯、浓硫酸、二氯乙烷、过氯化苯甲酰、羟乙基纤维素四、实验步骤 1白球的制备在装

42、有搅拌器、温度计（150）和回流冷凝管的250ml三颈瓶内，隔夜预先加入150ml蒸馏水和0.3g羟乙基纤维素浸泡。次日开动搅拌并升温至50使羟乙基纤维素完全溶解，再滴加几滴0.1亚甲基蓝水溶液使水相呈明显蓝色即可。停止搅拌，加入预先混合好的41g苯乙烯、9g二乙烯苯（含量一般为40）和0.5g过氧化苯甲酰溶液。再开动搅拌并调整搅拌速度使单体分散成一定大小的珠状液滴。迅速升温至8085，维持2小时，再升温至95并保温1.5小时。反应结束后，倾出上层液体，用热水将珠体洗涤几次，再用冷水洗几次，然后将小球倒入尼龙布袋中，将水甩干后，把树脂置于瓷盘中自然晾干。用30目70目标准筛过筛后称重，计算合格

43、率。2白球的磺化将30g白球、100ml浓硫酸（93）和20ml二氯乙烷依次加入干燥的三颈瓶中，在3045分钟内将反应均匀地升高到80保温2小时。然后改成蒸馏装置，并在3045分钟内将温度均匀地升高到110，反应1小时，使磺化反应完全，同时回收二氯乙烷。将反应物冷却至35以下用吸滤棒抽去反应瓶中的浓硫酸，加入50ml 74硫酸搅拌10分钟后，在搅拌下缓慢滴加蒸馏水进行稀释，滴加速度以温度不超过35为原则，随着硫酸的逐渐稀释，加水速度可逐步加快。当三颈瓶内反应物较多时，可用吸滤棒抽去部分硫酸，但不可抽干。当磺化好的树脂由浮在上层转变为下沉时，可将物料转入烧杯中，用水洗涤，抽干，反复进行直至洗涤液

44、呈中性，然后放在布氏漏斗中抽干。3树脂交换容量的测定在扁形称量瓶中称1g左右的湿树脂（准确到1mg），放在105±2的烘箱中烘2小时，取出放入干燥器中冷却至室温，再称量。 再称取1g左右湿树脂（准确到1mg），放入250ml三角烧瓶中，加入1mol/L NaCl溶液100ml，摇匀5分钟，放置2小时，使H型树脂中的H+被Na+交换下来转入溶液中。加入三滴酚酞指示剂，用0.1mol/L标准NaOH溶液滴定，至微红色在15秒钟内不退色，读取消耗的NaOH溶液毫升数，按下式计算交换容量。式中：MNaOH标准溶液的浓度：（mol/L） V耗去的NaOH溶液毫升数 W湿树脂样品的重量（g）。每次测试至少做两个平行试验。附注：亚甲基蓝为水溶性阻聚剂，其作用在这里是防止体系内发生乳液聚合。若水相内