蒸小笼包需要多长时间苯乙烯的自由基和阴离子聚合及聚苯乙烯的表征

2021年1月19日发(作者：班惟志)
苯乙烯的自由基和阴离子聚合

（武汉大学

化学与分子科学学院

，湖北

武汉

430072
）

摘


要
：本实验分别 采用悬浮聚合（自由基聚合）与阴离子聚合方法制备聚苯乙烯，并在此基础上对
通过悬浮聚合获得聚苯乙 烯小球所需的实验条件进行了探索。首先以苯乙烯为原料，过氧化苯甲酰
BPO
作
引发 剂，聚乙烯醇
PVA
作粘结剂，以水为溶剂采用悬浮聚合的方法合成聚苯乙烯，另外又以正丁基 锂为引
发剂，苯乙烯为原料采用阴离子聚合方式合成聚苯乙烯。

关键词：
聚苯乙烯

悬浮聚合

阴离子聚合

中图分类号：
O 643






文献标识码：
A
0.

引言

聚苯乙烯是广泛应 用的聚合物材料，
一般由单体苯乙烯通过自由基聚合获得。
要获得分
子量分布较窄的聚 苯乙烯，
则须通过阴离子聚合反应的方法。
自由基聚合的实施方法有本体
聚合、溶液聚 合、悬浮聚合和乳液聚合。本体聚合和溶液聚合也适合于阴离子聚合。

悬浮聚合，
又 称珠状聚合，
是不溶于水的单体以小液滴状态悬浮在水中进行的聚合反应。
体系主要由四个部分 组成：单体、引发剂、
水和分散剂。单体液层在搅拌的剪切力作用下分
散成微小液滴，
粒径的大小主要由搅拌的速度决定。
由于油水两相间的表面张力可使液滴粘
结，必须加入分散剂 降低表面张力，
保护液滴，使形成的小珠有一定的稳定性。分散剂可用
溶于水的聚乙烯醇、明胶 等高分子或不溶水的无机盐，如
CaCO
3
、
BaSO
4
等 。悬浮聚合过程对
每个孤立的小液滴而言，实际上仍是本体聚合。

阴离子聚合是活性 聚合和化学聚合，
其特点是无终止聚合。
在反应条件控制得当的情况
下，
阴离 子聚合体系可以长时间保持链增长活性。
活性聚合技术是目前合成单分散特定分子
量的聚合物的 一种方法。阴离子活性聚合物的分子量可通过单体浓度和引发剂的浓度来控
制：
错误！未找到引 用源。
（双阴离子引发
n
＝
2
，单离子引发
n
＝< br>1
），其分子量分布指数
接近
1
。

聚合物的分子量 及其分布不但是高分子合成中的重要控制指标，
也是聚合物的最基本的
结构参数，
它们 对聚合物的力学性能和加工性能有很大影响。
聚合物的分子量是一个平均值，
根据统计方法的不 同，可分为数均分子量、重均分子量、
Z
均分子量和粘均分子量。测定聚
合物分子量的 方法很多，不同的方法适用于测定不同的分子量范围和测出不同的平均分子
量。

1.

实验部分

1.1

试剂与仪器

试剂：
苯乙烯，过氧化苯甲酰（
BPO
）
，聚乙烯醇（
PV
A1799
）
，正丁基锂，环己烷，氯
仿，无水氯化钙，二乙烯基苯，四氢呋 喃，甲醇，氢氧化钠。

仪器：
电动搅拌器，氮气钢瓶，油泵，螺旋夹，橡皮塞，电热套，
100
mL
三口烧瓶，
回流冷凝管。
250 mL
分液漏斗，
100 mL
烧杯，量筒（
10 mL
、
50 mL
）
，注射器及针头，无
水无氧操作系统，玻璃棒， 反应管，抽滤瓶，布氏漏斗，注射器，培养皿，试管。

1.2

实验步骤

1
试剂的预处理

取苯乙烯
60mL< br>于
250mL
分液漏斗，用
5%NaOH
洗至水层变为无色，再用水洗 至
pH
约为
7
，得到淡黄色液体。向所得液体中加入无水氯化钙，于
100mL
锥形瓶中保存。

取
3g
过氧化苯甲酰（
BPO
）固体于
100mL
烧杯，加入
12mL
氯仿，抽滤。用冷却的甲< br>醇处理得到的固体，取析出的白色针状沉淀，转入
100mL
锥形瓶中真空干燥备用。< br>
2
苯乙烯单体的悬浮聚合

在
100mL
三口烧瓶 中口加装电动搅拌器，另两口分别加装回流冷凝管和温度计，再向
其中加入
1.2ml 5%P V
A
水溶液，加入
50mL
蒸馏水，加热搅拌
2h
使之溶解 。称取预处理过
的
BPO0.3g
，溶于
10.0ml
干燥的苯乙烯 ，再加入数滴二乙烯苯，形成淡黄色溶液，将其加
入
PV
A
溶液中，开启冷却 水与机械搅拌，搅拌速度控制在每分钟
500
转左右，控制体系温
度
85℃反应
4h
。反应结束，将冰水倾入三口烧瓶，并放入冰水浴中冷却，抽滤，所得固体用热水洗涤，烘干并称重。

实验过程中小组其他成员改变实验条件进行了对比

1
组先快速升温至
85
℃反应
1h
，再降温至
70
℃反应
1h
，最后升温至
95
℃反应
1h
。

2
组升温至
85
℃反应
3h
。

3
组升温至
85
℃反应
4h
。

4
组将
BPO
用量改为
0.3g
，其余与
2
组相同，升温至
85
℃反应
3h
。

3
苯乙烯单体的阴离子聚合

取干燥试管一支，配上单孔橡皮塞和短玻璃管及 一段橡皮管，接上无水无氧干燥系统，
以油泵抽真空，
通氮气，
反复三次。
持 续通入氮气作为保护气，由注射器从橡皮管依次且连
续注入
4mL
无水环己烷、
1.5mL
干燥苯乙烯和
0.8mL
正丁基锂溶液。
放置
10分钟后，
以注
射器从橡皮管注射加入甲醇，观察现象。


2.

结果与讨论

2.1
实验结果

苯 乙烯纯化时，初产物为淡黄色液体，加入无水氯化钙干燥一个星期以后溶液变为近无
色，
在苯乙烯的悬浮聚合过程中，
开始反应后，
有泡沫产生，
反应进行后可以看到悬浮 颗粒，
但进行一段时间后，颗粒遭破坏，只有第一组得到较好的产物。

1
组 聚苯乙烯是表面是球状的白色颗粒，中间已经结成球，但仍能看出小颗粒，且有部
分游离小颗粒剩余，将 其转移取出，用热水洗涤多次，过滤，
80
℃下烘干并称重，产品呈透
明小圆珠状颗粒 ，得
2.78g
.
2
组聚苯乙烯结成白色大球，核心游离，未与扇叶及烧瓶壁粘连。

3
组聚苯乙烯以搅拌棒扇叶为核心结成白色大球。

4
组聚苯乙烯成 环状，中心为搅拌棒扇叶，以扇叶为半径相连。三口瓶内壁上有一圈层
聚苯乙烯粘连。

在苯乙烯的阴离子聚合中正丁基锂溶液加入时，局部立即变为橙红色（基本透明）
，将
试管中 溶液摇匀，溶液均变为橙红色（快速出现浑浊）。刚刚摇匀后，试管底部有少量深红
色物质，且与上层溶 液分层。放置
10
分钟后，试管中溶液明显放热，底部有
1cm
左右高的不明红色分层，
上部溶液呈橙红色浑浊。
以注射器从橡皮管注射加入甲醇后，
上部 溶液颜色
立即消失，呈乳白色浑浊，沉淀出白色固体；下层分层呈红色没有变化。最后弃去溶液，发