磺化聚苯乙烯型阳离子交换树脂的合成.doc

磺化聚苯乙烯型阳离子交换树脂的合成一、 目的要求（1） 熟悉悬浮聚合方法（2） 通过共聚物的磺化反应，了解高分子化学反应的一般概念。（3） 掌握离子交换树脂的净化和交换当量的测定二、原理离子交换树脂是一种具有离解能力的高聚物，它一般包括两部分组成，一是具有体型网状结构的母体骨架，一是在母体骨架上的可离解基团（官能团），这种可离解基团能和溶液中的离子起交换反应。如M-SO3-H+ + Na+Cl- M-SO3-Na+ + H+Cl-M-N+(CH3)3OH- + Na+Cl- M-N+(CH3)3Cl- + Na+OH- 式中：M代表树脂母体骨架。本实验是由苯乙烯和二乙烯苯以悬浮聚合获得共聚物小球（即母体骨架），然后用浓硫酸磺化为强酸型阳离子交换树脂。其反应为： 离子交换树脂的性能指标中最重要的一项是交换当量，它表示离子能力的大小。有两种表示方法：一是每克干树脂能交换离子的毫克当量数叫重量交换当量，单位是毫克当量/克另一种是每毫升树脂交换的毫克当量叫体积交换当量，单位是毫克当量/毫升。三、所需仪器、药品仪器：搅拌装置、控温装置、三口瓶、温度计、冷凝管、吸滤瓶、砂芯漏斗、树脂洗涤柱、交换柱。药品：苯乙烯、二乙烯基苯、聚乙烯醇（5%水溶液）、H2SO4、NaOH(5%)、HCl（5%）、NaCl、过氧化苯甲酰、二氯乙烷、乙醇、酚酞PH试纸、次甲基蓝溶液。四、实验步骤1.苯乙烯、二乙烯苯悬浮共聚：配方：苯乙烯40g二乙烯基苯10g（含量40%）水200g（水:单体=4:1）过氧化苯甲酰0.25g聚乙烯醇5%10ml次甲基蓝数滴（聚合液维持浅蓝色即可）操作：在500ml三口瓶中加入200ml蒸馏水和数滴次甲基蓝，调整好搅拌器的位置，加入聚乙烯醇水溶液，开动搅拌调整搅拌速度，并缓慢加热升温到40后停下搅拌，将事先在小烧杯中混合并溶有过氧化苯甲酰的苯乙烯，二乙烯苯倒入三口瓶中，控制搅拌速度，使分散的油珠大小合适（约小于小米粒），继续升温（约每分钟12度），在70下保持1小时，再升温到8587，反应1小时（注意！此阶段应避免搅拌速度的调整，以防聚合物颗粒结成块），当小球定型固化后（不可停搅拌取出小球检查），可升温到95左右，继续反应2小时。停止搅拌，在水浴上煮球23小时，将小球倒入烧杯中用尼龙纱过滤，用热自来水洗之，以除去聚乙烯醇，再用蒸馏水洗2次，将甩干的小球置于瓷盘内，在80烘箱中干燥2小时（或晾干），称重。（过筛3070目）。2.共聚小球磺化配方：白球20gH2SO4（92.5%）130g二氯乙烷20g操作：将白球放入250ml三口瓶中，加入20g二氯乙烷放置十分钟，加入硫酸，开动搅拌（不要快），用油浴加热，一小时内升温到70反应1小时，再升温至80，反应6小时，升温至110常压蒸馏出二氯乙烷（回收）。冷却后，（撤去油浴）换成冰水浴，由滴液漏斗慢慢加入50% H2SO4100ml，同时搅拌，且控制温度不高于35。将小球倒入烧杯中，倾出大部分酸液，再将磺化后小球慢慢倒入冷至0左右的饱和食盐水中，逐渐加水倾出，并把小球转移至洗涤柱中，使水流出（但注意不能流干，控制水面与树脂面重合即可）。在洗涤柱中加入100ml5%NaOH溶液，并使逐滴流出，将树脂转为Na型，水洗至中性，再用5%HCl洗，蒸馏水洗至中性。又加入100nl5%NaOH溶液，如此反复3次。3.树脂性能测定：树脂性能是指：a.重量交换当量：单位重量之干树脂可以交换阳离子毫克当量数。b.体积交换当量：湿态单位体积的树脂能交换阳离子之毫克当量数。c.膨胀系数：阳离子交换树脂在水中由H型（无多余酸）转换为Na型（无多余碱）时体积之改变。d.视密度：单位体积（包括树脂间空隙）干燥树脂的重量。e.假密度：在水中单位容积干燥树脂重量。如果树脂是多孔的，则有孔径大小、孔径分布等指标。本实验只测体积交化量与膨胀系数两项。测定原理如下：用标准NaOH溶液滴定所产生的HCl量。体积交换量=NV/V1树脂V为样品消耗NaOH溶液的体积与空白试验消耗NaOH体积之差+ V1树脂体积。操作步骤：取5ml树脂（H型）放入交换柱中，倒入1N NaCl溶液300ml，用500锥形瓶接流出液，流速12滴/秒，当300ml的NaCl流出后，（不要流干）可用少量水冲洗交换柱，测量流出注液总体积，取其总体积的1/2，用0.1N标准NaOH溶液滴定之。用300ml1NNaOH溶液做空白试验。将转型后的树脂倒入量筒中，测Na型树脂的体积，用下式计算其膨胀系数：思考题：1.比较本体聚合和悬浮聚合的优缺点。2.高聚物的磺化反应与