苯乙烯乳液聚合
压差计一、实验目的
1、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； 2、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
所谓乳液聚合就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。
首先在乳液聚台体系中．乳化剂以四种形式存在：①以单分子的形式存在于水中．形成真溶
液；②以胶束的形式存在于溶液中；③被吸附在单体球滴表面上，使单体珠滴稳定地悬浮在介质中；④吸附在乳胶粒表面上顺聚合物乳液体系稳定。其次，乳胶粒主要是由胶束形成的，叫作乳胶粒形成的胶束机理。乳液聚合的聚合反应实际上发生在乳胶粒中。乳液聚合分为四个阶段：①分三阶段；②乳胶粒生成阶段；③乳胶粒长大阶段；④聚合完成阶段。
乳液聚合的优点是：① 聚合速度快、产物相对分子质量高；② 由于使用水作介质，易于散热、温度容易控制、费用也低；③ 由于聚合形成稳定的乳液体系粘度不大，故可直接用于涂料、粘合剂、织物浸渍等。如需要将聚合物分离，除使用高速离心外，亦可将胶乳冷冻，或加入电解质将聚合物凝聚，然后进行分离，经净化干燥后，可得固体状产品。
乳液聚合的缺点是:聚合物中常带有未洗净的乳化剂和电解质等杂质，从而影响成品的透明度、热稳定性、电性能等。尽管如此，乳液聚合仍是工业生产的重要方法，特别是在合成橡胶工业中应用得最多。
三、实验药品及仪器
药品：苯乙烯、过硫酸钾、十二烷基磺酸钠、蒸馏水、氯化钠
仪器：三口瓶、回流冷凝管、电动搅拌器、恒温水浴锅、温度计、量筒、烧杯、布氏漏斗、抽滤瓶、水泵、电子天平
实验装置如下图：
四、 实验步骤及现象
步骤 | 现象 唐太宗十八学士 | 分析 |
在装有温度计、搅拌器、水冷凝管的150 mL三颈瓶中加入50 mL去离子水(或蒸馏水)、0.3000g乳化剂（用十二烷基磺酸钠）。开始搅拌并水浴加热，当乳化剂溶解后，瓶内温度达80℃左右时，加入0.3000g K2S2O8实时渲染 溶液（配成10mL溶液）及10 mL苯乙烯单体，迅速升温至88-90℃，并维持此温度1.5 h，而后停止反应。 | 刚加入乳化剂时乳化剂不溶解或部分溶解，呈白，随着温度的升高，乳化剂逐渐溶解，最后完全溶解溶液呈无。 白K2S2O8加水溶解，呈无。 加入苯乙烯单体后，溶液由无变为乳白，且随着单体的加入乳白越来越深。迅速升温后，随着反应的进行，出现兰光。 | 十二烷基磺酸钠的烃基较大，在冷水中溶解度较小，随着温度的升高，乳化剂之间的相互作用力减弱，从而被溶解。 K2金纳米颗粒S2O8易溶于水。 出现兰荧光是因为引发剂与单体在温度较高下反应后，生成的分子不稳定，处于激发态，分子衰变为基态或低激发态时发射出兰荧光。 |
将乳液倒入150mL烧杯中，加5gNaCl，迅速搅拌使乳液凝聚。用布氏漏斗吸滤最后把产物抽干，用适量热水洗涤，放于50-60℃烘箱中干燥，称重、计算转化率并测定相对分子质量。 | 加入NaCl，迅速出现颗粒较大白乳状物，用玻璃棒搅拌后，乳状物分散成小颗粒。烘干后，颗粒周围有棉絮状物质。 | 加入NaCl之后，破坏了乳化剂和水形成的氢键，聚合物和胶束不能继续溶解于水中，NaCl起到破乳的作用。 |
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五、 氛围英语注意事项
1、乳化剂必须完全溶解后再加引发剂、乳化剂和单体，否则乳化剂会结块。
六、实验结果及分析
实验结果：
反应结束后得到颗粒状白乳状物
烘干后冷却颗粒周围有棉絮状物质，捻一下呈粉末状。称得11.20g
产率计算：
60℃下苯乙烯密度为0.887g/mL，故10mL苯乙烯为8.87g
结果分析：
产品很多的原因为产品中含有大量的乳化剂，NaCl，并不是单一的聚合物。
七、思考题
1、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质量高的特点。
答：速度快的原因：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。 相对分子质量高的原因：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：为了做好条件对比，必须注意控制单一变量的原则。在本实验中，是通过控制乳化剂的含量来对照的，所以必须注意的是，除了乳化剂以外，其余的所有条件必须严格一致。控制其他条件一致，测量其转化率及聚合物的相对分子质量。通过这些数据，讨论乳化剂用量对聚合反应速度及相对分子质量的影响。
3、冷凝器设计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：因为乳液聚合得到的产物当中还有NaCl，乳化剂等杂质。用热水可以溶解NaCl、乙醇可溶解乳化剂，通过洗涤，可以将其尽量除去。
