高分子化學(xué)實驗總結(jié)

高分子化學(xué)實驗報告實驗?zāi)康模?/p>

了解本體聚合的原理，熟悉有機玻璃的制備方法；掌握減壓蒸餾的原理及操作過程。實驗原理：甲基丙烯酸甲酯在過氧化苯甲酰引發(fā)劑存在下進行自由基聚合反應(yīng)。自由基加聚的工藝方法主要有四種：本體聚合、溶液聚合、懸浮聚合及乳液聚合，本體聚合由于反應(yīng)組成少，只是單體或單體加引發(fā)劑，所以產(chǎn)物較純，但散熱難控制；溶液聚合過程易控制，散熱較快，不過產(chǎn)物中含溶劑（有些污染環(huán)境），后處理比較困難；懸浮聚合以水作溶劑，水無污染，散熱好，易除去，但要求單體不溶于水，故在應(yīng)用上受限制；乳液聚合反應(yīng)機理不同，可以同時提高聚合速度和聚合度，散熱好，易操作。甲基丙烯酸甲酯在BPO引發(fā)下自由基聚合：自由基聚合屬連鎖反應(yīng)，一般有三個基元反應(yīng)：鏈引發(fā)，鏈增長，鏈終止（有時還會出現(xiàn)鏈轉(zhuǎn)移）反應(yīng)。鏈引發(fā)：R·+M→RM·鏈增長：RM·+M→RMM·+M→RMMM·+M→…→﹋M·鏈終止：﹋M·+﹋M·→‘死’聚合物本實驗采用本體聚合，當(dāng)反應(yīng)到一定程度時粘度增大，大分子鏈自由基活度降低，阻礙了鏈自由基的相互結(jié)合，使鏈終止的速率減慢，而小分子單體卻依然可以自由與鏈結(jié)合，鏈增長速率不會受到影響，從而導(dǎo)致自動加速效應(yīng)，內(nèi)部溫度急劇上升，又繼續(xù)加劇反應(yīng)，如此循環(huán)，而粘度又屏蔽熱量，使局部溫度過高，嚴(yán)重影響聚合物的性質(zhì)，這是我們不想看到的。圖1、為聚合反應(yīng)的變化規(guī)律，圖中曲線表明：聚合反應(yīng)開始前有一段誘導(dǎo)期，聚合速率為零，體系無粘度變化。在轉(zhuǎn)化率超過20％以后，聚合速率顯著增加，出現(xiàn)自動加速效應(yīng)。而轉(zhuǎn)化率達(dá)到80％以后，聚合速率顯著減?。詈髱缀跬Ｖ咕酆?，需要升高溫度才能使聚合反應(yīng)完全。為避免出現(xiàn)自動加速效應(yīng)，可通過冷卻降溫與控制粘度的方法，在預(yù)聚時控制粘度，并控制溫度在80~90℃時（引發(fā)劑的半衰期適當(dāng)），以適應(yīng)在較低溫度下聚合。

聚合配方中引發(fā)劑的含量應(yīng)視制備的模具厚度而定，一般情況如下：

厚度（mm）

1‐1.52‐34‐68‐1214‐25

30‐45偶氮二異丁腈（%）

0.060.060.060.0250.020

0.005三、實驗儀器及藥品：

試管

具塞錐形瓶

恒溫水浴鍋

過氧化苯甲酰（BPO）甲基丙烯酸甲酯（MMA）實驗流程圖：

五實驗步驟步驟現(xiàn)象分析1、預(yù)聚

凈并干燥玻璃儀器，同時加熱水浴鍋到80~90℃。稱取0.05g引發(fā)劑BPO放入帶磨口的小燒瓶中，再加入15ml單體MMA。輕輕搖動燒瓶使BPO充分溶解于單體MMA在水浴鍋中加熱錐形瓶，蓋上塞子（不要老是搖動），當(dāng)瓶內(nèi)的預(yù)聚物粘度與甘油（或新鮮蜂蜜）粘度相近時，立即停止加熱，冷卻至室溫。BPO在單體MMA中經(jīng)搖動后緩慢溶解。加熱過程中剛開始是粘度增加不明顯，約20min后粘度迅速增大BPO為白色結(jié)晶性粉末，可溶于非極性溶劑MMA當(dāng)中。當(dāng)反應(yīng)到一定程度時粘度增大，大分子鏈自由基活度降低，阻礙了鏈自由基的相互結(jié)合，使鏈終止的速率減慢，而小分子單體卻依然可以自由與鏈結(jié)合，鏈增長速率不會受到影響，從而導(dǎo)致自動加速效應(yīng)。2、灌模

取一干燥潔凈的塑料試管（三組分別加入少量葉片、稍多的花瓣、三根雄蕊），為避免有氣泡產(chǎn)生，將預(yù)聚物緩慢、呈細(xì)流線狀倒入試管中，注意切勿完全灌滿，應(yīng)預(yù)留一定空間以防脹裂。

灌模后有少量反應(yīng)液固化粘附在燒瓶內(nèi)壁和瓶口，且固化后為彈性體。燒瓶內(nèi)壁及瓶口在停止加熱后溫度迅速降低，小分子單體活性降低，鏈增長減慢，鏈終止速率加快，聚合物分子量較低，為彈性體。3、聚合

將試管封口，放在40~50℃的烘箱中聚合24小時，直至硬化。最后在100℃情況下處理0.5至1小時，使反應(yīng)趨于完全。

4、脫模加熱、敲打塑料試管，取出聚合物有機玻璃。六、實驗結(jié)論及分析：

1、預(yù)聚時要注意粘度變化，當(dāng)粘度與甘油粘度相近時，立即停止加熱、冷卻，如果不控制好，粘度繼續(xù)升高，會導(dǎo)致自動加速效應(yīng)，甚至爆聚，致使局部過熱。而且粘度過大會造成灌模時的困難.還有溫度控制在80~90℃是為了使引發(fā)劑的半衰期最有效地用于反應(yīng)時間2、水浴加熱時，由于引發(fā)劑質(zhì)量的不同，反應(yīng)到粘稠狀的時間長短有差異。有些BPO很純，那么溫度可以在85℃左右，而且很快，而有些同學(xué)提純的引發(fā)劑不是很純就會時間很長都還沒變稠，那么這是可以適當(dāng)升溫，比如89℃左右。另外，在加熱時，不要老是搖動錐形瓶，這樣容易把氧氣溶入溶液中而氧化引發(fā)劑使之失效。3、灌模時也有技巧，試管稍微傾斜，將冷卻的高聚物呈細(xì)線形穩(wěn)定、緩慢流入，這樣做的目的主要還是減少氧氣的進入氧化引發(fā)劑，因為反應(yīng)中引發(fā)劑始終是十分重要的。氧在低溫時是阻聚劑,而高溫時卻可以加速聚合反應(yīng),使發(fā)生暴聚,產(chǎn)生許多氣泡同時，由于反應(yīng)生成固體時體積會增大，所以灌模不能灌滿。

4、為什么預(yù)聚后要在40~50℃溫度下聚合，而不是80~90℃？我認(rèn)為是：低溫、長時間反應(yīng)最有利于聚合物的形成。低溫聚合速度降低,可以大大降低發(fā)生爆聚的幾率溫度過高會使聚合度下降.因為本體聚合最大的麻煩就是散熱，溫度高了產(chǎn)物質(zhì)量就有影響。

七、結(jié)果：

有有機玻璃試樣項目1、綠色小葉片2、紅色花瓣3、黃色雄蕊結(jié)果無色透明堅硬固體，葉片周圍有少量氣泡。外壁平滑略帶紅色不透明橡膠狀固體，性狀較軟，外壁多孔隙無色透明堅硬固體，外壁有少量孔隙分析三類樣品中關(guān)鍵的不同點是加入的裝飾物含水量不同，由一號樣品可以看出，葉片含較多的水分，直接導(dǎo)致其周圍產(chǎn)生氣泡，而二號樣品中花瓣含大量水分，甚至使產(chǎn)物成為橡膠狀固體。八、討論：影響聚合反應(yīng)的主要因素

一、溫度

溫度是引發(fā)單體使單體活化，引起聚合反應(yīng)的主要條件，又是促進聚合，決定聚合速率的主要因素。由于溫度對鏈增長與鏈終止的速度有密切的關(guān)系。高溫下，鏈終止的速度超過鏈增長的速度，高溫又能引起鏈增長的解聚作用，使生成短鏈的機會增多，因此對產(chǎn)品質(zhì)量還有直接的影響。溫度過高，還會引起爆聚，造成事故，產(chǎn)生廢品；溫度控制不均勻，易形成局部過熱，產(chǎn)品會出現(xiàn)氣泡等缺陷。溫度控制不當(dāng)，有時即使不出現(xiàn)明顯的缺陷，但由于產(chǎn)品相對分子量的差異，仍然會對產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生影響。有機玻璃是熱的不良導(dǎo)體，不能盲目的采用強制降溫，局部過冷造成的收縮不均勻就導(dǎo)致應(yīng)力集中，產(chǎn)品表面可能出現(xiàn)裂紋。二、時間

時間僅對聚合反應(yīng)進行的程度產(chǎn)生影響。

甲基丙烯酸甲酯在50℃加熱，當(dāng)聚合物含量至45%時反應(yīng)速度大為減慢這是由于隨著聚合物的生成，反應(yīng)體系粘度逐漸增大，阻礙了單體分子的力，防礙增長鏈與單體分子接觸反應(yīng)，在此溫度下，即使時間延遲很長也無濟于事，若要加速反應(yīng)使游離單體繼續(xù)聚合，只有升高溫度。所以在低溫聚合后，升溫至100℃保持1~3小時，使聚合反應(yīng)進行的更完美。

三、壓力

如果將甲基丙烯酸甲酯在3000大氣壓下保持加壓聚合，聚合速率可比常壓下增加3~6倍，聚合物相對分子量增加2倍。（原因：①加壓后使單體分子間的距離減小，增加活性鏈與游離分子的撞擊機會，加快了反應(yīng)的速率；②加壓使單體的沸點升高，減少因單體汽化而形成的爆聚。）

四、引發(fā)劑

聚合物分子量隨引發(fā)劑的濃度升高而下降，這是因為在一定量的單體中，引發(fā)劑越多，生成的活性點也越多，形成的活性鏈就越多，則分配到每個鏈上的單體數(shù)目就相應(yīng)地減少。

五、氧

氧對甲基丙烯酸甲酯的聚合有雙重影響；隨溫度的變化，它既可起引發(fā)劑的作用，又可起阻滯作用，在低溫條件下，氧能與游離基或游離基團直接結(jié)合生成穩(wěn)定的基團，使后者失去活性。所以，低溫下氧是阻聚劑，在低溫聚合后期，當(dāng)其它部分都已聚合固化時，與氧直接接觸的那部分單體及其附近，還呈粘滯態(tài)或彈性態(tài)，就是由于這個原因引起的。

在高溫下，已經(jīng)與氧結(jié)合的單體過氧化物會分解而生成新的活化中心，反應(yīng)速率驟增，并大量放熱，造成爆聚。九、思考題：

1．什么是自由基的聚合反應(yīng)？請以甲基丙烯酸的聚合為例，寫出相應(yīng)的反應(yīng)機理？

答：自由基聚合反應(yīng)是連鎖反應(yīng)的一種，主要由三個基元反應(yīng)組成，即鏈引發(fā)，鏈增長和鏈終止，可分別用下列式表示：

若烯類聚合則2．自由基的聚合反應(yīng)分那幾種？

答：分為本