高分子实验教案

1、2012级高分子化学与物理实验课表授课时间学生班级实验地点授课老师星期三第3-4大节高分子1203班长：杨化楼D605刘训恿，邢国秀星期三第3-4大节高分子1204班长：徐化楼D607王文香，马松梅星期五第3-4大节高分子1201班长：张化楼D605牛余忠，陶倩星期五第3-4大节高分子1202班长：赵明化楼D607刘毅，马松梅2012级高分子化学与物理实验内容周次授课顺 序实验内容实验地点学时数31仪器交接生化楼D605/607242甲基丙烯酸甲酯的本体聚合生化楼D605/607853扫描电

2、子显微镜观察聚合物的表面形态化学老楼南325李桂英：13256627828454光学显微镜分析聚合物的结晶形态化学老楼南321张盈：15963505215475乙酸乙烯酯的溶液聚合生化楼D605/607886苯乙烯的悬浮聚合生化楼D605/607897乙酸乙烯酯的乳液聚合生化楼D605/6078108聚乙烯醇的制备及其缩醛化反应生化楼D605/6078119异氰酸酯缩聚制备聚氨酯泡沫生化楼D605/60781210粘度法测聚合物的粘均分子量生化楼D605/60781311GPC法测定聚合物的分子量及分子量分布化学老楼南319陈厚：1395459776741412聚合物的热分析-差示扫描量热法化

3、学老楼南119杨正龙：1369535287541513纤维细度、强度的测定生化楼D512郭磊：1506638722041614聚乙烯拉伸强度和杨氏模量的测定生化楼D115张振江：13792508275417-1815苯乙烯/二乙烯基苯的分散聚合(操作考试)生化楼D605/6078备注：12级高分子本学期金工实习2周，如遇实习，实验课顺延或另行安排。大型仪器实验每班分成2组进行，周三下午3、4班；周五下午1、2班。如果老师上课时间冲突，请尽量在本周内另行安排时间并通知学生。17-18周为实验课考试，学生独立操作，操作考试与理论考试同时进行部分实验教案授课题目 甲基丙烯酸甲酯的本体聚合授

4、课类型实验课首次授课时间年 月 日学 时8教学目标1、了解本体聚合的原理和特点；2、掌握本体聚合的合成方法及有机玻璃的生产工艺。重点与难点重点：本体聚合的特点难点：本体聚合中气泡的产生与控制教学手段与方法教学手段板书教学方法指导练习法教学过程：（包括授课思路、过程设计、讲解要点及各部分具体内容、时间分配等）一. 实验目的 1、了解本体聚合的原理和特点；2、掌握本体聚合的合成方法及有机玻璃的生产工艺，了解整个聚合过程中体系粘度的变化过程。二. 原理  本体聚合是在没有任何介质存在下，单体本身在引发剂或直接用热、光、辐射的作用下进行的聚合反应，又称块状聚合。此法的优点是生产过程比较简单，

5、聚合物不需后处理，产品比较纯净，可直接聚合成各种规格的板、棒及管制品，但是，由于无热介质存在，且聚合过程中粘度不断增加，所以聚合物又是热的不良导体，聚合放出的热量难于排除，而造成局部过热，分子量不均匀。同时由于粘度增加，长链游离基末端被包埋，扩散困难使游离基双基终止速率大大降低，致使聚合速率急剧增加而出现所谓自动加速现象或凝胶效应，这些轻则造成体系局部过热，使聚合物分子量分布变宽，从而影响产品的机械强度；重则体系温度失控，引起爆聚。为克服这一缺点，现一般采用两段聚合：第一阶段保持较低转化率，这一阶段体系粘度较低，散热尚无困难，可在较大的反应器中进行；第二阶段转化率和粘度较大，可进行薄层聚合或在

6、特殊设计的反应器内聚合。甲基丙烯酸甲酯通过本体聚合方法可以制得有机玻璃。聚甲基丙烯酸甲酯由于有庞大的侧基存在，为无定性固体。最突出的性能是具有高度的透明性，透光率达92，比重小，耐冲击性强，低温性能好，广泛用于航空工业、光学仪器工业及日常生活中。本实验是以甲基丙烯酯甲酯（MMA）进行本体聚合，生产有机玻璃平板。以 MMA 进行本体聚合时为了解决散热，避免自动加速作用而引起的爆聚现象，以及单体转化为聚合物时由于比重不同而引起的体积收缩问题，工业采用高温预聚合，预聚至约 10% 转化率的粘稠浆液，然后浇模，分段升温聚合，在低温下进一步聚合，渡过危险期，最后脱模制得有机玻璃平板。 

7、0;  单体甲基丙烯酸甲酯的本体聚合，按自由基反应，历程如下：  链引发  链增长  链终止甲基丙烯酸甲酯（MMA）在引发剂作用下发生聚合反应，放出大量的热，致使反应体系的温度不断升高，反应速度加快造成局部过热，使单体气化或聚合体裂解，制品便会产生气泡或空心，另一方面由于甲基丙烯酸甲酯（MMA）和它的聚合体密度相差甚大（前者0.94，后者1.19），因而在聚合时产生体积收缩，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，因而导致裂纹和表面起皱现象发生，为避免这种现象，在实际生产有机玻璃时常采取预聚成浆法和分步聚合法，整个过程分制模，制浆，灌浆

8、聚合和脱模几个步骤。在聚合反应开始前有一段诱导期，聚合率为零，体系粘度不变，在转化率超过20%以后，聚合速率显著加快，而转化率达80%以后，聚合速率显著减小，最后几乎停止，需要升高温度才能使之完全聚合。三. 仪器和试剂 1. 仪器三口瓶 1支磨口冷凝管 1支搅拌器 1套聚四氟乙烯搅拌套管 1套超级恒温槽 1个搅拌桨（聚四氟乙烯）1支温度计1支量筒 1支2. 试剂甲基丙烯酸甲酯化学纯过氧化二苯甲酰（BPO）化学纯邻苯二甲酸二丁酯化学纯四. 实验步骤 （1）模具制备    将两片玻璃（150×100）洗净烘干，在玻璃片之间垫好用玻璃纸包好的乳胶管，围成方型，

9、留出灌料口，用铁夹夹紧，同时，取二支试管，洗净烘干。  （2）预聚    取甲基丙烯酸甲酯15ml放入烧杯中，加入引发剂过氧化二苯甲酰0.1g，增塑剂邻苯二甲酸二丁酯1ml，为防止水汽进入烧杯内，可在瓶口包上一层玻璃纸，用橡胶圈扎紧，80左右水浴加热烧杯（注意：聚合过程中，需不断用玻璃棒搅拌，使之均匀散热并感知浆液的粘度），至瓶内预聚物粘度与甘油粘度相近时立即停止加热 （一般聚合时间为1520min），迅速用冷水使预聚物冷至室温。  （3）灌模    将上面所得的预聚物灌入模具中，灌模时不要全灌满，稍留点空间，以免

10、预聚物受热膨胀溢出模外，用玻璃纸将模口封住。  （4）低温聚合反应    将灌好的模具放在烘干箱中，恒温在4050，保温2小时，低温聚合结束。  （5）高温聚合    抽掉胶管的模具在烘箱中继续升温至95，保温0.5h，然后停止加热，自然冷却至40，取下模具，得到样品。五. 实验结果和处理1、 产品外观： 产量： 2、 体积收缩率的计算： 思考题、讨论题、作业1、为什么要进行预聚合？2、如最后产品中有气泡，试分析原因？3、加入邻苯二甲酸二丁酯的作用是什么？4、MMA单体比重为940 kg/m3，聚合物比重为1190

11、 kg/m3 ，计算聚合后体积的收缩百分率。若要制得厚5mm，长20cm，宽15cm 的有机玻璃平板，计算所需单体量。教 学 后 记1、仪器要干燥。  2、预聚时不要剧烈振荡瓶子，以减少氧气在单体中的溶解。  3、灌模时预聚物中如有气泡应设法排除。授课题目乙酸乙烯酯的溶液聚合授课类型实验课首次授课时间年 月 日学 时8教学目标1、掌握高分子溶液聚合的原理和特点；2、掌握通过溶液聚合法制备聚乙酸乙烯酯的操作过程。重点与难点重点：溶液聚合的特点难点：溶液聚合中溶剂的选择教学手段与方法教学手段板书教学方法指导练习法教学过程：（包括授课思路、过程设计、讲解要点及各部分具体内容、时间

12、分配等）六. 实验目的 1、了解高分子溶液聚合的原理和特点；2、掌握通过溶液聚合法制备聚乙酸乙烯酯的操作过程。七. 原理     溶液聚合一般具有反应均匀、聚合热易散发、反应速度及温度易控制、分子量分布均匀等优点。在聚合过程中存在向溶剂链转移的反应，使产物分子量降低。因此，在选择溶剂时必须注意溶剂的活性大小。各种溶剂的链转移常数变动很大，水为零，苯较小，卤代烃较大。一般根据聚合物分子量的要求选择合适的溶剂。另外还要注意溶剂对聚合物的溶解性能，选用良溶剂时，反应为均相聚合，可以消除凝胶效应，遵循正常的自由基动力学规律。选用沉淀剂时，则成为沉淀聚合，凝胶效应显著。产生

13、凝胶效应时，反应自动加速，分子量增大。    聚醋酸乙烯酯在轻工、造纸、建筑等工业部门有着广泛的应用。目前合成聚醋酸乙烯酯多采用乳液聚合、分散聚合等，如要进一步醇解成聚乙烯醇,则采用溶液聚合的方法。本实验以甲醇为溶剂进行醋酸乙烯酯的溶液聚合。根据反应条件的不同，如温度、引发剂量、溶剂等的不同可得到分子量从2000到几万的聚醋酸乙烯酯。聚合时，溶剂回流带走反应热，温度平稳。但由于溶剂引入，大分子自由基和溶剂易发生链转移反应使分子量降低。    醋酸乙烯酯在溶液聚合中分子量的控制是关键。由于醋酸乙烯酯自由基活性较高，容易发生链转移，反应大

14、部分在醋酸基的甲基处反应，形成支链或交联产物。除此之外，还向单体、溶剂等发生链转移反应。所以在选择溶剂时，必须考虑对单体、聚合物、分子量的影响，选取适当的溶剂。溶剂的选择要注意对单体及引发剂溶解性，链转移常数，沸点等条件。温度对聚合反应也是一个重要的因素。随温度的升高，反应速度加快，分子量降低，同时引起链转移反应速度增加，所以必须选择适当的反应温度。八. 仪器和试剂 2. 仪器三口瓶 1支磨口冷凝管 1支搅拌器 1套聚四氟乙烯搅拌套管 1套超级恒温槽 1个搅拌桨（聚四氟乙烯）1支温度计1支量筒 1支3. 试剂醋酸乙烯酯（VAC）化学纯偶氮二异丁腈（AIBN）化学纯甲醇化学纯九. 实验步骤 1、

15、安装置：三颈瓶(250mL)、搅拌器、温度计、冷凝管、恒温水浴装置。 2、加料：50mL新鲜蒸馏的醋酸乙烯酯，AIBN 的甲醇溶液（0.21g AIBN 溶于40mL 甲醇）依次加入三颈瓶中。3、反应：开动搅拌，加热升温，恒温控制在62，反应3小时；之后升温到65，继续反应半小时。反应完毕迅速将产物倒在干净烧杯中冷却停止反应，并及时用甲醇等溶剂清洗烧瓶。实验过程中注意控制温度，温度对溶液聚合的速度有重要影响。4、后处理：取2g左右产物在干燥箱中烘干至恒重（100,3060min），计算固含量与单体转化率。也可以取一滴（需准确测定质量）用两块玻璃板压膜，这样可以干燥的更快。十. 实验结果和处理3

16、、 产品外观： 产量： 4、 固含量与单体转化率的计算：项目结果干燥的样品质量固含量单体转化率思考题、讨论题、作业1、溶液聚合的特点及影响因素？ 溶液聚合一般具有反应均匀、聚合热易散发、反应速度及温度易控制、分子量分布均匀等特点。影响因素有温度、引发剂量、溶剂等。2、如何选择溶剂，本实验为什么选择甲醇作为溶剂？溶剂选择的要求：1）对单体及引发剂溶解性好，2）链转移常数不大；3）合适的沸点以满足聚合反应条件，一般通过溶剂回流移除反应热；4）溶剂易从聚合产物中除去；5）毒性小。4. 聚合过程中，哪些因素会导致聚合物支化度的增加？教 学 后 记反应完毕迅速将产物倒在干净烧杯中冷却停止反应，并及时用甲

17、醇等溶剂清洗烧瓶。授课题目ST/DVB的分散聚合授课类型实验课首次授课时间 年 月 日学 时8教学目标1. 掌握高分子分散聚合的原理和特点。2. 掌握通过分散聚合法制备苯乙烯/二乙烯基苯的共聚物的操作过程。重点与难点重点：分散聚合的原理难点：分散聚合中微粒粒径的控制 教学手段与方法教学手段板书教学方法指导练习法教学过程：（包括授课思路、过程设计、讲解要点及各部分具体内容、时间分配等）一、实验目的 1. 掌握高分子分散聚合的原理和特点。2. 掌握通过分散聚合法制备苯乙烯/二乙烯基苯的共聚物的操作过程。二、实验原理 分散聚合是一种广泛适用的获得形态可控聚合物分散体系的聚合反应方法。分散聚合是一种特

18、殊类型的沉淀聚合反应，开始前单体、引发剂和分散剂均溶解在反应介质中，一旦反应开始聚合物就以类似于乳液聚合中粒子形成的方式均相成核。当聚合物链达到临界值后便会从反应介质中分离出来，并借助于分散剂稳定地悬浮在有机溶剂中。反应结束时整个体系呈有机溶剂和聚合物粒子均匀分散的多相状态。聚合物粒子的大小主要取决于所形成的聚合物在介质中的溶解性。分散聚合生成聚合物粒子的大小主要取决于所形成的聚合物在介质中的溶解性。介质对聚合物的溶解性越好，聚合物链的凝聚越迟发生，所得聚合物粒子尺寸越大；介质对聚合物的溶解性越差，聚合物链的凝聚越易发生，所得聚合物粒子尺寸越小。微米级的聚合物粒子很难由传统的乳液聚合（0.05

19、0.7 m）和悬浮聚合（501000 m）来获得，而利用分散聚合则很容易获得微米级的聚合物粒子。用分散聚合法制备的单分散微米级聚合物微球不但广泛应用于高档涂料特种粘合剂及精细化工产品等，而且在某些高新技术领域，如生物工程医学处理免疫检验信息产业高效液相色谱等，也显示出了良好的应用前景。分散聚合具有与沉淀聚合及乳液聚合相类似的特点，但又完全不同于这两种聚合方法。沉淀聚合既可以在有机溶剂中进行又可以在纯单体液中进行，并在体系中产生不溶性聚合物。例如甲基丙烯酸甲酯可以在环己烯丙烯腈或氯乙烯中进行沉淀聚合，反应在聚合过程中可以观察到自加速聚合反应，这是由于在反应体系中增长的聚合物链粘度增大限制了正常的

20、链终止过程而引起凝胶化效应的结果。在分散聚合反应中由于用两亲性接枝或嵌段共聚物作分散剂可以使不溶性的聚合物稳定地分散于连续相中，实际上一般分散聚合都可以看作是一种特殊的沉淀聚合，只是在分散聚合体系中可以阻止微粒聚集并控制微粒尺寸。本实验以乙醇/水混合溶剂为介质，以聚乙烯吡咯烷酮为稳定剂来进行苯乙烯/二乙烯苯的分散聚合，以获得单分散聚合物粒子。三、仪器和试剂1. 仪器：三口瓶1只量筒2只搅拌器1套磨口冷凝管1只超级恒温槽1只聚四氟乙烯搅拌套管1套温度计1支搅拌桨（不锈钢）1支2. 试剂：苯乙烯化学纯聚乙烯吡咯烷酮 化学纯偶氮二异丁腈化学纯乙醇化学纯二乙烯基苯化学纯去离子水四、实验步骤 1. 安装

21、置：三颈瓶（250 ml）、搅拌器、导气管、温度计、冷凝管。2. 加料：称量0.36 g聚乙烯吡咯烷酮（PVP）于250 ml三口烧瓶中，加入42 ml无水乙醇和8ml蒸馏水于三口瓶中。搅拌使溶液澄清后，加入溶有0.12 g偶氮二异丁腈（AIBN）和1.5 ml二乙烯基苯（DVB）(DVB可用滴管取)的苯乙烯单体(13.2mL)溶液，再搅拌使之形成均相体系。3. 反应：通氮气10 min后，将反应瓶置于70 恒温水浴中，开动搅拌器，持续反应3 h。4. 后处理：用去离子水与无水乙醇各洗涤一遍，抽滤，干燥（100,3060min），称重计算单体转化率。假若生成的产品粒度非常小，则要将生成的聚合物

22、乳液先用超声波清洗器震荡15 min，然后用离心机离心沉降，倾去上层清液，下层微球再用无水乙醇分散、离心沉降，倾去上层清液，如此重复三次得到聚合物微球。五、实验结果产品外观： 产量： 单体转化率： 思考题、讨论题、作业1分散聚合与沉淀聚合有哪些不同？分散聚合具有与沉淀聚合相类似的特点，但又完全不同于这种聚合方法。分散聚合是一种特殊类型的沉淀聚合反应，开始前单体引发剂和分散剂均溶解在反应介质中，一旦反应开始聚合物就以类似于乳液聚合中粒子形成的方式均相成核。当聚合物链达到临界值后便会从反应介质中分离出来，并借助于分散剂稳定地悬浮在有机溶剂中。反应结束时整个体系呈有机溶剂和聚合物粒子均匀分散的多相状

23、态。而沉淀聚合既可以在有机溶剂中进行又可以在纯单体液中进行，并在体系中产生不溶性聚合物。2分散聚合所得粒子大小主要取决于何种因素？聚合物粒子的大小主要取决于所形成的聚合物在介质中的溶解性。教 学 后 记授课题目苯乙烯的悬浮聚合授课类型实验课首次授课时间 年 月 日学 时6教学目标1、掌握高分子悬浮聚合的原理和特点；2、掌握通过悬浮聚合法制备聚苯乙烯的操作过程。重点与难点重点：悬浮聚合的聚合机理难点：分散剂的选择 教学手段与方法教学手段板书教学方法指导练习法教学过程：（包括授课思路、过程设计、讲解要点及各部分具体内容、时间分配等）一. 实验目的 1、掌握高分子悬浮聚合的原理和特点；2、掌握通过悬

24、浮聚合法制备聚苯乙烯的操作过程。二. 实验原理   悬浮聚合是工业生产常用的一种聚合方式。悬浮聚合实质上是借助于较强烈的搅拌和悬浮剂的作用，将不溶于水的单体分散在介质，单体分散成直径为0.015 mm的小液滴的形式进行的本体聚合，在每一个小液滴内，单体的聚合过程与本体聚合相似，遵循自由基聚合一般机理，具有与本体聚合相同的动力学过程。悬浮聚合一般由单体、引发剂、水、分散剂四个基本组分组成。从单体液滴转变为聚合物固体粒子,中间经过聚合物单体粘性粒子阶段,为了防止粒子相互粘接在一起，体系中需另加分散剂，以便在粒子表面形成保护膜。分散剂能够调节聚合体系的表面张力、粘度、避免单体液滴

25、在水相中粘结。分散剂类型有水溶性高分子物质与不溶于水的无机物，由于分散剂的作用机理不同，在选择分散剂的各类和确定分散剂用量时，要随聚合物种类和颗粒要求而定，如颗粒大小、形状、树脂的透明性和成膜性能等。同时也要注意合适的搅拌强度和转速，水与单体比等。 悬浮聚合的优点：易散热，反应温度便于控制；所得聚合物分子量较溶液聚合产物高；产物中杂质含量较乳液聚合时低；后处理工序比溶液聚合、乳液聚合简单，球状或珠状产物可直接加工使用。本实验采用苯乙烯为单体，偶氮二异丁腈（AIBN）为引发剂、聚乙烯醇为悬浮剂、水为介质，按自由基历程进行悬浮聚合。三. 仪器和药品 1. 仪器三口瓶1只电炉1只球形冷凝管1支温度计

26、1支平板搅拌器1副玻璃棒1根烧杯2只玻璃漏斗1只量筒2只吸滤纸、布氏漏斗公用1套2. 试剂苯乙烯（新鲜蒸馏） 化学纯1%的聚乙烯醇溶液 化学纯AIBN（重结晶）化学纯蒸馏水四. 实验步骤 1、安装置：三颈瓶(250mL)、搅拌器、导气管、温度计、冷凝管、恒温水浴装置。安装时搅拌器装在支管正中，不要与壁碰撞，搅拌时要平稳，支管下装有加热水浴， (冷凝管可待料加入支管后再安上)。 2、加料：准确称取0.22gAIBN放于100ml烧杯中。再用移液管量取8ml苯乙烯，加入锥形瓶中。轻轻振动，待AIBN完全溶解于苯乙烯后将溶液加入三口瓶中。再加入15ml的浓度为1%的聚乙烯醇溶液。最后用60ml无离子

27、水分别冲洗锥形瓶和量筒后加入三口瓶中。3、反应：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，开始聚合反应。反应时注意调整搅拌器转速，保持速度快而均匀，使单体在水中分散成为大小均匀的珠粒。通过冷凝水。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

28、变硬发脆，可结束反应。4、后处理：停止加热，撤出加热器，边搅拌边用冷水将聚合体系冷却至室温（为什么？）。停止搅拌，取下三口瓶。产品用布氏漏斗滤干，并用热水洗数次（为什么？）。最后在鼓风干燥箱烘干（100,3060min），观察聚合物珠粒形状，称重并计算产率。五. 实验结果和处理1、产品外观： 产量： 2、单体转化率的计算：项目结果干燥的样品质量单体转化率思考题、讨论题、作业1、悬浮聚合成败的关键何在？ 悬浮聚合控制的关键包括良好的搅拌、合适的分散剂类型以及用量、适宜的油水比（单体/水的体积比）。2、在悬浮聚合中如何控制聚合物颗粒的粒度？ 通过搅拌来控制聚合物颗粒的粒度；搅拌太快得到珠粒很小甚至

29、粉末的聚合物，搅拌太慢则得到颗粒很大的聚合物甚至黏结成块使实验失败。3.悬浮剂的类型及选择原则？教 学 后 记注意事项 ：1是否能获得均匀的珍珠状聚合物与搅拌速度的确定有密切的关系。聚合过程中，不宜随意改变搅拌速度。搅拌太激烈时，易生成砂粒状聚合体；搅拌太慢时，易生成结块，附着在反应器内壁或搅拌棒上。授课题目乙酸乙烯酯的乳液聚合（白乳胶的制备）授课类型实验课首次授课时间 年 月 日学 时8教学目标1、熟悉乳液聚合原理以及体系中所加各组分的作用；2、掌握乙酸乙烯酯乳液聚合的实施方法，制备白乳胶。重点与难点重点：乳液聚合的机理难点：在乳液聚合中乳化剂的作用 教学手段与方法教学手段板书教学方法指导练

30、习法教学过程：（包括授课思路、过程设计、讲解要点及各部分具体内容、时间分配等）一. 实验目的1、熟悉乳液聚合原理以及体系中所加各组分的作用；2、掌握乙酸乙烯酯乳液聚合的实施方法，制备白乳胶。二. 实验原理 乳液聚合是将不溶于水或微溶于水的单体在强烈的机械搅拌作用及乳化剂的作用下与水形成乳状液，在水溶性引发下进行的聚合反应。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。乳液聚合与悬浮聚合相似，都是将油溶性单体分散在水中进行聚合反应，因而也具有导热容易、聚合反应温度易控制的优点，但与悬浮聚合有着显著的不同，在乳液聚合中，单体虽然同样是以单体液滴和单体胶束形式分散在水中的，但由于采

31、用的是水溶性引发剂，因而聚合反应不是发生在单体液滴内，而是发生在增溶胶束内形成的乳胶粒内。乳液聚合能在高聚合速率下获得高分子量的聚合物，且聚合反应温度通常都较低。乳化剂是乳液聚合的重要组份，它可以使互不相溶的油水两相，转变为相当稳定难以分层的乳浊液。乳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。     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：     式中N为乳胶粒数，NA是阿佛加德罗常数。由此可见

32、，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。 本实验采用水溶性的过硫酸盐为引发剂来制备聚醋酸乙烯酯。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)。另外由于醋酸乙烯酯聚合反应放热较大，反应温度上升显著，一次投料法要想获得高浓度的稳定乳液比较困难，故一般采用分批加入引发剂或者单体的方法。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

33、。本实验采用 PVA-1788和OP-10两种乳化剂。三. 实验仪器及药品 1. 仪器：三口瓶1个搅拌器1套超级恒温槽1只量筒3只球形冷凝管1只烧杯3只温度计1支玻璃棒1根2. 试剂：醋酸乙烯酯（新鲜蒸馏）： 化学纯过硫酸钾 化学纯10 %的聚乙烯醇（PVA-1788）溶液化学纯OP-10（烷基酚的环氧乙烷缩合物）化学纯碳酸氢钠化学纯蒸馏水化学纯四. 实验步骤 1、实验装置：三颈瓶(250mL)、搅拌器、导气管、温度计、冷凝管、恒温水浴装置。2、加料：在装有搅拌器、回流冷凝管及温度计的三口瓶中加入30mL 聚乙烯醇，0.8mL乳化剂OP-10，12mL 蒸馏水，5mL乙酸乙烯酯和2mL过硫酸钾

34、水溶液(0.1g过硫酸钾溶解于8mL水中)。3、反应：开动搅拌，逐渐加热至70并保持恒温。如果温度过高会造成单体损失。然后在2hr内有冷凝管上端用滴管滴加剩余的27mL单体和6mL引发剂，保持反应温度到无回流时，逐步升温，以不产生大量泡沫为准，最后升到90，继续反应到无回流为止停止反应。4、后处理：停止加热，冷却到50后，若pH4，则滴加10%碳酸氢钠溶液，调至pH 为45时，搅拌均匀、出料。观察乳液外观，取2g乳液放在干燥箱中于100下干燥至恒重(约3060min)，计算固含量和转化率。五. 实验结果和处理1、产品外观： 产量： 2、固含量与单体转化率的计算：项目结果干燥的样品质量固含量单体

35、转化率思考题、讨论题、作业1、在乳液聚合过程中，乳化剂的作用是什么？ 乳化剂是乳液聚合的重要组份，它可以使互不相溶的油-水两相，转变为相当稳定难以分层的乳浊液。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。2、乳液聚合中反应速率取决于那种因素，为什么？  教 学 后 记注：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 mL水中，最好先浸泡一段时间，然后在沸水中完全溶解。授课题目聚乙烯醇的制备及其缩醛化反应（胶水的制备)授课类型实验课首次授课时间 年 月 日学 时8教学目标1. 了解聚

36、醋酸乙烯的醇解反应原理、特点及影响醇解程度的因素。2. 了解聚乙烯醇缩甲醛化学反应的原理，并制备107胶水。重点与难点重点：纤维细度、强度、比强度的关系难点：XD-1型振动式细度仪与XQ-1型纤维强伸度仪的工作原理教学手段与方法教学手段板书教学方法指导练习法教学过程：（包括授课思路、过程设计、讲解要点及各部分具体内容、时间分配等）一、 实验目的1. 了解聚醋酸乙烯的醇解反应原理、特点及影响醇解程度的因素。2. 了解聚乙烯醇缩甲醛化学反应的原理，并制备107胶水。二、 实验原理在醋酸乙烯的溶液聚合实验中，我们已经说过，聚乙烯醇是不能直接用乙烯醇单体聚合而得。工业上应用的聚乙烯醇是通过聚醋酸乙烯醇

37、解(或水解)化学反应得到的。由于醇解法制得的PVA容易精制、纯度较高、产品性能较好，因而目前工业上多采用醇解法。本实验采用以甲醇为醇解剂，NaOH为催化剂的体系进行醇解反应。PVAC和NaOH-CH3OH溶液的醇解反应，主要按下列反应进行在主反应中，NaOH仅起催化剂的作用，但NaOH还可以参加以下两个副反应：这两个副反应在含水量较大情况下，就会显著地进行。它们消耗了大量的NaOH，从而降低了对主反应的催化效能，使醇解反应进行不完全，影响PVA的着色，降低了产品质量。因而为了尽量避免这种副反应，对物料中的含水量应有严格的要求，一般控制在5%以下。从反应方程式中可以看出，醇解反应实际上是甲醇与P

38、VAC进行的酯交换反应。这种使高聚物结构发生改变的化学反应，在高分子化学中叫做高分子化学反应。PVAC的醇解反应(又称酯交换反应)的机理和低分子酯与醇之间的交换反应很相似。在PVAC醇解反应中，由于生成的PVA不溶于甲醇中，所以呈紫状物析出。用作纤维的PVA，残留醋酸根含量控制在0.2%，(醇解度为99.8%)。为了满足这个要求，就要选择合适的工艺条件，主要是：1. 甲醇的用量甲醇的用量即PVAC的浓度对醇解反应影响很大。实践证明，其它条件不变时，醇解度随聚合物浓度的提高而降低，但若聚合物浓度太低，则溶剂用量大，溶剂的损失和回收工作量大，所以工业生产上选择聚合物浓度为22%。 2. NaOH用

39、量目前工厂中NaOH用量为PVAC的0.12(mol)，亦即:NaOHPVAC=0.121(mol)。实验证明：碱用量过高，对醇解速度，醇解度影响不大，反而增加体系中醋酸钠含量，影响产品质量。3. 醇解温度提高反应温度会加速醇解反应进行，缩短反应时间，但由于温度提高，伴随醇解反应的副反应也相应加速，这样一方面碱的消耗量增加使PVA中残存的醋酸根量增加，由于体系内醋酸根的增加，影响了产品的质量，因此目前工业上采用醇解温度为4548。4. 当我们考虑各种因素的影响时，要牢记醇解的特点，即PVAC是溶于甲醇的，而PVA是不溶于甲醇的，这中间有个相变。各种不同的条件对相变发生的迟早，相变前后醇解进行的

40、多、少、难、易都直接影响到PVA中的醋酸根含量，即影响醇解度的大小。在实验室中，醇解进行好坏的关键在于体系内刚刚出现胶冻时，必须采用强烈的搅拌，将胶冻打碎，才能保证醇解较完全地进行。工业上PVA绝大多数用于制备维尼纶纤维，也可用于苯乙烯、氯乙烯等悬浮聚合中的悬浮剂。市场出售的合成浆糊，就是以PVA为原料而制成的(将所得的PVA进一步与甲醛反应制成聚乙烯醇缩甲醛胶水)。聚乙烯醇缩甲醛是利用聚乙烯醇与甲醛在盐酸催化作用下而制得的，其反应如下:聚乙烯醇缩醛化机理聚乙烯醇是水溶性的高聚物，如果用甲醛将它进行部分缩醛化，随着缩醛度的增加，水溶液愈差，作为维尼纶纤维用的聚乙烯醇缩甲醛其缩醛度控制在35%左

41、右，它不溶于水，是性能优良的合成纤维。聚乙烯醇缩甲醛随缩醛化程度的不同，性质和用途各有所不同，缩醛度为75%85%的聚乙烯醇缩甲醛重要的用途是制造绝缘漆和粘合剂。本实验是合成水溶性的聚乙烯醇缩甲醛，即红旗牌胶水。反应过程中需要控制较低的缩醛度以保持产物的水溶性，若反应过于猛烈，则会造成局部缩醛度过高，导致不溶于水的物质存在，影响胶水质量。因此在反应过程中，特别注意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、 实验仪器及试剂三口瓶，电动搅拌器，温度计，恒温水浴，抽滤装置聚醋酸乙烯（自制），无水甲醇，氢氧化钠，甲醛（40%），盐酸（10%），氨水四、实验步骤1. 聚乙烯醇的制备

42、在装有搅拌器、温度计和冷凝管的250 mL三颈瓶中，加入100 mL6%的NaOH-CH3OH溶液，在搅拌下慢慢加入40g 25%的聚乙酸乙烯酯甲醇溶液(自制)，约半小时加完。水浴温度控制在30 ，搅拌反应2h，将生成的PVA抽滤、压干，并进行干燥。2. 聚乙烯醇缩醛化制备胶水在装有搅拌器、温度计和冷凝管的250 mL三颈瓶中，加入80 mL去离子水(或蒸馏水)、7 g聚乙烯醇(自制)，在搅拌下升温到85左右溶解。等聚乙烯醇完全溶解后，在搅拌下由滴管加入10%的盐酸，使溶液pH值为12。然后在半小时内逐滴加入4 mL甲醛(36%工业纯)，继续搅拌反应30 min，反应体系逐渐变稠，当体系中出现

43、气泡或有絮状物产生时，冷至60，（或者立即迅速加入1.5 mL 8%的NaOH溶液，同时加入34 mL去离子水）用氨水调节体系的pH值为89。然后冷却降温出料，获得无色透明粘稠的液体，即市场出售的107胶水。注意1. 溶解PVAC时要先加甲醇，在搅拌下慢慢将PVAC碎片加入，不然会粘成团，影响溶解。2. 搅拌的好坏是本实验成败的关键。PVA和PVAC性质不同，PVA是不溶于甲醇的，随醇解反应的进行，PVAC大分子上的乙酸基(CH-3COO-)逐渐被羟基(-OH)所取代。当醇解度达到60%时，这个大分子就要从溶解状态变成不溶解状态，这时体系的外观也要发生突变:会出现一团胶冻，这是实验中要重点观察

44、的，此时，要强烈搅拌，把胶冻打碎，才能使醇解反应进行完全，不然，胶冻内包住的PVAC并未醇解完全，使实验失败。所以搅拌要安装牢固，搅拌叶用弹簧式。在实验中要注意观察现象，一旦胶冻出现，要及时提高搅拌速度。 思考题1. 醇解时为什么会出现胶冻现象?对醇解有什么影响?2. PVA制备中影响醇解度的因素是什么?实验中要控制那些条件才能获得较高的醇解度?3. 如果PVAC干燥不透，仍含有未反应的单体和水时，试分析在醇解过程中会发生什么现象?4. 试讨论缩醛化反应机理及催化剂的作用。5. 为什么缩醛度增加，水溶性下降，当达到一定的缩醛度以后，产物完全不溶于水?6. 产物最终为什么要把pH调到89?试讨论

45、缩醛对酸和碱的稳定性 教 学 后 记教 案授课题目异氰酸酯缩聚制备聚氨酯泡沫授课类型实验课首次授课时间 年 月 日学 时8教学目标1、掌握逐步聚合的原理和特点；2、掌握通过逐步聚合制备聚氨酯泡沫的操作过程。重点与难点逐步聚合的聚合机理 教学手段与方法教学手段板书教学方法指导练习法教学过程：（包括授课思路、过程设计、讲解要点及各部分具体内容、时间分配等）l 授课思路逐步聚合是工业生产常用的一种聚合方式，其实施方法主要有熔融聚合、溶液聚合、界面聚合和固相聚合。固相聚合是指单体或预聚物在聚合反应过程中始终保持在固态条件下进行的聚合反应。l 过程设计及时间分配1. 复习、引导（5分钟）2. 实验目的与

46、实验原理（10分钟）3. 仪器与药品介绍（5分钟）4. 实验步骤（10分钟）5. 注意事项（5分钟）6. 指导学生独立完成实验l 讲解要点及各部分具体内容一、 实验目的 1、掌握逐步聚合的原理和特点；5、 掌握通过固相聚合制备聚氨酯泡沫的操作过程。二、实验原理    逐步聚合是工业生产常用的一种聚合方式，其实施方法主要有熔融聚合、溶液聚合、界面聚合和固相聚合。固相聚合是指单体或预聚物在聚合反应过程中始终保持在固态条件下进行的聚合反应。主要应用于一些熔点高的单体或部分结晶预聚物的聚合反应。固相聚合的反应温度一般比单体熔点低15-30，如果是使用预聚物，为防止在固相聚

47、合反应过程中固体颗粒间发生黏结，在聚合反应前必须先让预聚物部分结晶，聚合反应温度一般介于非晶部分的玻璃化温度和晶区的熔点之间。在这样的温度范围内，一方面由于链段运动可使分子链末端基团具有足够的活动性，以使聚合反应正常进行；另一方面又能保证聚合物始终处于固体状态，而不会发生熔融或黏结。此外，为使聚合反应生成的小分子副产物及时而又充分地从体系中清除，一般需采用惰性气体（如氮气）或对单体和聚合物不具溶解性而对聚合反应的小分子副产物具有良好溶解性的溶剂作为清除流体，把小分子副产物从体系中带走，促进聚合反应的进行。聚氨酯泡沫塑料具有稳定的多孔结构，热容量小，导热系数低，吸音防震，耐油耐冷，具有一定的强度

48、，在建材、家具、包装等方面具有广泛的应用。聚氨酯泡沫塑料的合成可分为三个阶段。（1） 预聚体的合成 由二异氰酸酯单体与端羟基聚醚或聚酯反应生成含异氰酸酯端基的聚氨酯预聚体。（2）气泡的形成与扩链 在预聚体中加入适量的水，异氰酸酯端基与水反应生成的氨基甲酸不稳定，分解生成端氨基与CO2，放出的CO2气体在聚合物中形成气泡，并且生成的端氨基聚合物可与聚氨酯预聚体进一步发生扩链反应。（3）交联固化 游离的异氰酸酯基与脲基上的活泼氢反应，使分子链发生交联，形成体形网络结构。聚氨酯泡沫塑料的软硬取决于所用的羟基聚醚或聚酯，使用较高分子量及相应较低羟基值的线形聚醚或者聚酯时，得到的产物交联度较低，为软质泡

49、沫塑料；若用短链或支链的多羟基聚醚或聚酯，所得聚氨酯的交联密度高，为硬质泡沫塑料。泡沫制品的均匀性和开孔、闭孔的分布可通过添加助剂（如乳化剂和稳定剂等）来调节。乳化剂可使水在反应混合物中分散均匀，从而可保证发泡的均匀性；稳定剂（如硅油）则可防止在反应初期泡孔结构的破坏。三、 仪器和药品 烧杯2只玻璃棒1只纸盒1只二月桂酸二丁基锡分析纯三羟基聚醚 分子量2000-4000甲苯二异氰酸酯 分析纯二氮杂双环2,2,2辛烷（DABCO）（或三乙醇胺）分析纯硅油四、 实验步骤 在一个25 mL 烧杯（1#）中，将0.1g(约3滴)DABCO(或三乙醇胺)溶解在0.2g(约5滴)水和10g三羟基聚醚中。在

50、另一50 mL烧杯(2#)中，依次加入25g三羟基聚醚、10g甲苯二异氰酸酯和0.1g（约3滴）二月桂酸二丁基锡，搅拌均匀，可观察到有反应热放出。然后在1#烧杯中加入0.1-0.2g（约10滴硅油），搅拌均匀后倒入2#烧杯，搅拌均匀，当反应混合物变稠后，将其倒入纸盒中，在室温下放置0.5h后，放入约70的烘箱中加热0.5h, 即可得到一块白色的软质聚氨酯泡沫塑料。五、 实验结果和处理产品外观： 产量： 思考题、讨论题、作业聚氨酯泡沫塑料的软硬由哪些因素决定？如何保证均匀的泡孔结构？教 学 后 记授课题目粘度法测聚合物的分子量授课类型实验课首次授课时间 年 月 日学 时8教学目标1. 掌握粘度法

51、测聚合物分子量的原理，加深理解粘均相对分子质量的物理意义。2. 掌握粘度法测聚合物分子量的实验方法，学会乌氏粘度计的使用以及测定结果的数据处理。重点与难点重点：粘度法测聚合物分子量的原理难点：粘度法测聚合物分子量的数据处理教学手段与方法教学手段板书教学方法指导练习法教学过程：（包括授课思路、过程设计、讲解要点及各部分具体内容、时间分配等）一、实验目的 ： 二、实验原理 分子量是表征高分子化合物特性的基本参数之一。测定高聚分子量的方法很多，其中粘度法测分子量设备简单，操作方便，有相当好的实验精度。粘度法测分子量是一种相对的方法，其测聚合物分子量的范围在104107之间。因为此法中所用的特性粘度与

52、分子量的经验方程是要用其它方法来确定。当高聚物不同，溶剂不同，分子量范围不同时，就要用不同的经验方程式。与低分子不同，聚合物溶液，甚至在极稀的情况下，仍具有较大的粘度，并且其粘度值与分子量有关，因此可利用这一特性来测定聚合物的分子量。粘度是分子运动时内摩擦力的量度，因而溶液浓度增加，分子间相互作用力增加，运动时阻力就增大。可用多种方式来表示溶液的粘度，各种粘度符号及物理意义见下表：名词与符号 物理意义 纯溶剂粘度0 溶剂分子与溶剂分子间的内摩擦表现出来的粘度 溶液粘度溶剂分子与溶剂分子之间、高分子与高分子之间和高分子与溶剂分子之间，三者内摩擦的综合表现 相对粘度r r=/0, 表示溶液粘度与纯

53、溶剂粘度的相对值，是一个无量纲的量增比粘度sp sp=(-0)/ 0=/0-1=r-1溶液粘度比纯溶剂粘度增加的倍数，是一个无量纲的量比浓粘度sp/C 单位浓度下所显示出的粘度，量纲是浓度的倒数 dl/g溶液的粘度与溶液的浓度有关，为了消除粘度对浓度的依赖性，定义了特性粘度。它表示单位质量聚合物在溶液中所占流体力学体积的大小，其值与聚合物浓度无关，量纲是浓度的倒数，定义式如下： （1）特性粘度的大小受下列因素影响： （1）分子量：线型或轻度交联的聚合物分子量增大，增大。 （2）分子形状：分子量相同时，支化分子的形状趋于球形，较线型分子的小。 （3）溶剂特性：聚合物在良溶剂中，大分子较伸展，较大

54、，而在不良溶剂中，大分子较卷曲，较小。 （4）温度：在良溶剂中，温度升高，对影响不大，而在不良溶剂中，若温度升高使溶剂变为良性，则增大。 当聚合物的化学组成、溶剂、温度确定以后，的值只与聚合物的分子量有关。因此如果能建立分子量与特性粘度之间的关系，就可以通过测定聚合物的特性粘度得到聚合物的分子量，这就是粘度法测分子量的理论依据。聚合物的特性粘度与分子量的关系通常用马克-豪温（Mark-Houwink）经验公式来表示： （2）这是一个经验方程，只有在相同溶剂，相同温度，相同分子形状的情况下才可以用来比较聚合物分子量的大小。式中K，需经绝对的分子量测定方法如渗透压法、光散射法等校订后才可使用。聚合物的K、值可以查阅聚合物手册。对于大多数聚合物来说，值一般在0.51.0之间，在良溶剂中值较大，接近0.8。溶剂能力减弱时，值降低，