5 实验五 苯乙烯乳液聚合

1、高 分 子 化 学 实 验 报 告实验五苯乙烯乳液聚合苯乙烯乳液聚合一、实验目的通过实验对比不同量乳化剂对聚合反应速度和产物的相对分子 质量的影响，从而了解乳液聚合的特点，了解乳液聚合中各组分的作 用，尤其是乳化剂的作用。掌握制备聚苯乙烯胶乳的方法，以及用电解质凝聚胶乳和净化 聚合物的方法。二、实验原理生产聚合物的实施方法有四种，本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合 及乳液聚合。所谓本体聚合是单体本身或单体再加入少量引发剂（或 催化科）的聚合；溶液聚合是在单体和引发剂溶于某种溶剂所构成的 溶液中所进行的聚合，悬浮聚合是在悬浮于水中的单体珠滴中的聚 合，体系主要由单体、水、溶于单体的引发剂及分散介质四种

2、基本组 分组成；乳液聚合则是由单体和水在乳化剂作用下配制成的乳状液中 进行的聚合，体系主要由单体、水、乳化剂及溶于水的引发刑四种基 本组分组成。乳液聚合是指单体在乳化剂的作用下，分散在介质中加入水溶性 引发剂，在机械搅拌或振荡情况下进行非均相聚合的反应过程。它不 同于溶液聚合，又不同于悬浮聚合，它是在乳液的胶束中进行的聚合 反应，产品为具有胶体溶液特征的聚合物胶乳。三、实验仪器及试剂实验仪器：三口瓶，回流冷凝管，电动搅拌器，恒温水浴，温度 计，量筒，移液管，烧杯，布氏漏斗，抽滤瓶，水泵实验试剂：苯乙烯，过硫酸钾，十二烷基磺酸钠，乙醇，蒸馏水四、实验装置图五、实验流程0.6g乳化剂+50ml水滴

3、入10ml过硫酸钾+10ml苯乙烯搅拌、加热使乳化剂溶解水浴温度为80摄氏度迅速升温88 90 度反应1.5h反应物移入烧杯破乳5g氯化钠搅拌抽虑并用热水洗涤烘干称重六、实验步骤实验步骤实验现象分析1、在装有温度计、搅 拌器、冷凝管的150 mL 三颈瓶中加入50 mL蒸 馏水、0.6g乳化剂，搅拌并水浴加热 20min，使乳化剂溶解；加热搅拌下乳化剂溶 解十二烷基磺酸钠易溶 于热水，搅拌使其充 分溶解2、瓶内温度达80 C 左右时，将10 mL过 硫酸钾溶液及10 mL 苯乙烯单体混合后倒 入三口瓶中，迅速升 温至88 90 C,并维 持此温度1.5 h而后停 止反应；将10 mL苯乙烯单体

4、 倒入10 mL过硫酸钾 溶液，两者不互溶， 形成油状液滴；混合 液倒入三口瓶后，溶 液变成乳白色的乳液 状；因苯乙烯单体不溶于 水，所以与过硫酸钾 溶液不相溶，当把混 合液倒入三口瓶后， 苯乙烯在乳化剂的作 用下聚合，从而出现 乳白色3、将乳液倒入150 mL 烧杯中，加NaCl，迅 速搅拌使乳液凝聚；加入NaC l迅速搅拌 后，大量乳液凝聚， 形成白色糊状因为氯化钠是强电解 质，可以破坏胶体溶 液的双电子层结构， 使它聚合，所以氯化 钠可破乳4、用布氏漏斗吸滤最 后把产物抽干，放于 5060 C烘箱中干 燥，称重。烘干后产物的状态为 白色固体表层有大量 蓬松针状物（如动物 的白色毛发），轻

5、轻碰 触，针状物变碎成粉 末。在烘干的过程中，最 表层的物质具有较大 的体积膨胀空间，易 行成蓬松物，同时也 与产品的内部结构有 关系。七、注意事项1、注意观察乳化剂是否完全溶解，乳化剂溶解与否对实验影响很 大；2、破乳时，边加氯化钠要边剧烈搅拌，否则氯化钠无法分散开， 则无法达到破乳的效果；3、实验中注意控制反应单体用量、引发剂用量、水的用量和反应 温度及反应时间。八、问题讨论与分析根据乳液聚合机理和动力学解释乳液聚合反应速度快和相对分子kpMnN Rp=质量高的特点。答：高速率的原因:第二阶段恒速期的速率为NN在此起重要作用，因为N非常大，所以反应速率非常快，增加胶粒 数可以增大聚合速率。

6、在乳液聚合体系中有着巨大数量的乳胶粒， 其中封闭着巨大数量的自由基进行链增长反应，自由基的总浓度比 其他聚合过程要大。故乳液聚合反应比其他聚合过程的反应速率要 高。 kpMnN高分子量的原因：聚合物的平局聚合度为 Xn =N在此起重要作用，因为N非常大，所以聚合度非常大，增加胶粒数 可以增大聚合度。在乳液聚合体系中，引发剂溶于水相，且在水相 中分解成自由基。自由基由水相扩散到胶束中或乳胶粒中，在其中 引发聚合。聚合反应就发生在一个个被此孤立的乳胶粒中。任意两 个自由基都有相互碰撞而彼终止的可能性。而在乳液聚合体系中， 一个个自由基链被封闭在彼此孤立的乳胶粒中，不同乳胶粒中的自 由基链不能相互终

7、止，只能和由水相扩散进来的韧始自由基发生链终 止反应。故在乳液聚合中自由基链的平均寿命比用其他聚合方法时要 长，自由基有充分的时间增长到很高的分子量。2.为了做好条件对比实验，在实验中应特别注意那些问题?答：因为实验对比的是乳化剂用量对聚合的影响，所以实验中要 注意的是，单体用量、引发剂用量、水的用量和反应温度及时间都要 尽量保持一致，而乳化剂的使用量要有所区别。试说明在后处理中聚合物用热水及乙醇处理的目的是什么？答：热水是用来洗NaCl，使NaCl溶解于热水，过滤后除去；乙 醇的作用是用来洗苯乙烯，苯乙烯单体溶于乙醇，未反应的苯乙烯通 过乙醇除去。根据实验结果，讨论乳化剂在乳液聚合中的作用。

8、答：乳化剂是乳液聚合中的主要组分，当乳化剂水溶液超过临界 胶束浓度时，开始形成胶束。在一般乳液配方条件下，由于胶束数量 极大，胶束内有增溶的单体，所以在聚合早期链引发与链增长绝大部 分在胶束中发生，以胶束转变为单体-聚合物颗粒。试对比本体聚合、悬浮聚合、溶液聚合和乳液聚合的特点。答：本体聚合是单体本身或单体再加入少量引发剂（或催化科）的 聚合；溶液聚合是在单体和引发剂溶于某种溶剂所构成的溶液中所进 行的聚合；悬浮聚合是在悬浮于水中的单体珠滴中的聚合，体系主要 由单体、水、溶于单体的引发剂及分散介质四种基本组分组成；乳液 聚合则是由单体和水在乳化剂作用下配制成的乳状液中进行的聚合， 体系主要由单体、水、