苯乙烯的分散聚合.doc

苯乙烯的分散聚合龚智良230026,中国科技大学,高分子科学与工程系摘要采用分散聚合的方法,用一个经典的配方,使用乙醇/水混合液为溶剂,聚乙烯吡咯烷酮为稳定剂,正十二醇为助稳定剂,AIBN为引发剂,制备了聚苯乙烯微球。得到一个优化的制备聚苯乙烯微球的实验配方和实验条件。对苯乙烯的分散聚合机制有了进一步的了解。讨论了单体浓度、引发剂浓度、反应温度、转化率等因素对微球粒径及粒径分布的影响,并就实验过程中出现的絮状物进行了详细的讨论。关键词分散聚合,聚苯乙烯,微球,絮状物引言高分子微小颗粒具有多方面的应用价值,比如涂料、墨水、干调色剂、标准计量、色谱、生物医学治疗、生物医学分析和微电子学等等。[1]相比其它制备高分子微小颗粒常见的方法如连续播种聚合和特殊溶胀法,分散聚合容易实施而且效率高。[2]分散聚合是制备微粒材料的重要方法,由此得到的微球具有很好的单一分散性,这是分散聚合的一大特点,分散聚合所得微球粒径在几百纳米到几微米。[3]分散聚合是一种特殊类型的沉淀聚合,单体、稳定剂和引发剂都溶于反应介质。反应开始前为均相体系图,但所生成的聚合物不溶于介质,聚合物链达到临界链长后,从介质中沉淀出来,并形成稳定的核。成核之后,聚合反应通过聚合物粒子吸收单体而继续进行。在分散聚合中稳定剂作用非常重要,常见的稳定剂有聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙二醇、纤维素及其衍生物等。分散聚合多采用油溶性引发剂,常用的有过氧化苯甲酞和偶氮二异丁睛。分散聚合可以在乙醇、甲醇、乙醇水介质中进行。一般来说,分散聚合形成的例子尺寸在乳液聚合和悬浮聚合形成的粒子尺寸之间。形成较大尺寸的颗粒时,反应特征与悬浮聚合类似,而形成较小的颗粒时反应特征和乳液聚合类似。[4],[5]。本实验在水和乙醇混合溶液中用偶氮二异丁腈(AIBN进行苯乙烯的分散聚合。使用聚乙烯吡咯烷酮(PVPK-30为稳定剂,正十二醇为助稳定剂。化学反应方程式为稳定剂和助稳定剂的结构式如下可见聚乙烯吡咯烷酮具有非极性的主链和极性的侧基,而正十二醇具有极性的头和非极性的尾巴。两种物质都是两亲性的物质,在极性溶剂中能够起到稳定聚苯乙烯核的作用。AIBN引发产生链引发自由基的反应如下产生的自由基即可进一步引发聚合反应。实验部分化学试剂:苯乙烯(精制,偶氮二异丁腈,聚乙烯吡咯烷酮(PVPK-30,正十二醇,乙醇,蒸馏水。仪器设备:机械搅拌器,回流冷凝管,温度计,三口瓶。仪器的洗涤和干燥:将三口瓶和回流冷凝管用自来水和去污粉清洗干净后用蒸馏水冲洗几遍,将残留的水用力甩干或者在烘箱中烘干。分散聚合:分散聚合所使用的实验装置如图1所示。取80mL乙醇和10mL蒸馏水加入到250mL聚乙烯吡咯烷酮正十二醇AIBN三口瓶中,反应瓶配上回流冷凝管、机械搅拌器和温度计。-,再加入48mL乙醇和6mL水,搅拌使其溶解,升温至60℃。,加入体系。保持温度为60℃,反应6-8h。测定固含量和样品处理:取约2g所得到的乳液状产品放入事先干燥并称重的培养皿中,培养皿放入烘箱中烘过夜。随后称重所得产品质量,计算固含量。然后将所得到的产品用布氏漏斗抽滤,抽滤所得产品用蒸馏水洗涤数次。抽滤所得产物大部分转移到培养皿中放入抽屉使其自然干燥。得到的粉末状物质干燥后称重,计算产率。实验现象、结果及讨论苯乙烯为无色透明液体,易挥发,有特殊的刺激性气味。AIBN为无色片状晶体,质轻。正十二醇为无色油状液体。聚乙烯吡咯烷酮为白色粉末状物质,密度较小。试剂添加和加热的顺序直接影响到是否能成功加入反应试剂。本人为节省时间,首先用水浴加热三口瓶,然后往三口瓶中加入乙醇和水之后用称量纸折叠的漏斗加入聚乙烯吡咯烷酮。发现聚乙烯吡咯烷酮变成糊状,很多粘在三口瓶壁上,很难转移入乙醇和水的混合溶剂中。于是只能倒掉三口瓶中已经加入的乙醇和水,将三口瓶洗干净后重新加料。考虑到聚乙烯吡咯烷酮很容易受热变成糊状而粘在壁上,第二次加料时本人首先通过称量纸折成的漏斗加入聚乙烯吡咯烷酮粉末,然后再一次加入乙醇、水、正十二醇。升温至60℃并且聚乙烯吡咯烷酮溶解后,加入AIBN的苯乙烯溶液。聚合反应:AIBN的苯乙烯溶液加入三口瓶后,体系立即变为白色浑浊。8min后白色浑浊消失,液体变得澄清,但发现澄清液体中含有一些白色的絮状物。考虑体系的组成,本人认为絮状物之可能是聚苯乙烯。事实上,苯乙烯能够溶解在乙醇中,也能够在本实验所用的乙醇/水=8:1(体积比的溶剂中溶解。而聚苯乙烯在乙醇和水中均不溶。考虑聚苯乙烯的来源,首先想到的是苯乙烯加入体系后很快聚合生成了聚苯乙烯,产生白色浑浊,随后聚苯乙烯小颗粒聚集成为白色絮状物。但是仔细思考之后发现这个设想是不成立的。首先,聚合的速率达不到这么快。AIBN的