1．实验目的

1) 了解悬浮聚合的反应原理及配方中各组分的作用。

2) 了解悬浮聚合的工艺特点。

3) 掌握悬浮聚合的操作方法。

2．实验原理

悬浮聚合是在较强的机械搅拌下，在分散剂的帮助下，将溶有引发剂的单体分散在与单体不相容的介质中（通常为水）所进行的聚合。悬浮聚合体系一般是由单体、引发剂、水、分散剂四个基本组分组成。单体中溶有引发剂，一个小液滴相当于本体聚合中的一个单元。悬浮聚合机理与本体聚合相似，聚合过程中的分散剂和搅拌强度对悬浮聚合的影响很大。悬浮聚合法有许多优点，聚合体系勃度低，聚合热容易排除，聚合温度容易控制；产品分子量较高，与本体聚合相似；产品易分离清洗，后处理简单，因而在工业上有广泛的应用。

用于悬浮聚合的分散剂可分为两大类。一类是水溶性高分子物质，如聚乙烯醇、聚（甲基）丙烯酸盐、马来酸苷-苯乙烯共聚物、甲基纤维素、明胶、淀粉等。其作用机理是高分子物吸附在液滴表面，形成一层保护膜，使液滴接触时不会勃结。同时，加入水溶性高分子物质后，介质勃度增加，也有碍于液滴的黏结。另外，有些水溶性高分子还有降低界面张力的作用，有碍于液滴变小。另一类分散剂是不溶于水的无机粉末，如碳酸镁、碳酸钙、碳酸钡、硫酸钙、磷酸钙、滑石粉、高岭土等。其作用机理是细微的粉末吸附在液滴表面上，起着机械隔离的作用。

分散剂种类的选择和用量的确定需随聚合要求而定，最常用的高分子分散剂有聚乙烯醇和马来酸配-苯乙烯共聚物，无机分散剂有碳酸镁等。分散剂的用量一般为单体用量的0.1％左右。悬浮聚合中，机械搅拌必不可少。搅拌剪切力和界面张力对液滴成球能力的作用影响方向相反，构成动态平衡，使液滴达到一定的大小和分布。这种由剪切力和界面张力形成的液滴在热力学上是不稳定的。当搅拌停止后，液滴将凝聚变大，最后仍与水分层。另外，当聚合反应进行到一定程度后，单体液滴中溶有的聚合物使得液滴表面发薪。这时候，如果两个液滴碰撞，往往容易黏结在一起。在这种情况下，搅拌反而促使黏结。为了避免这种情况发生，必须在聚合体系中加入一定量的分散剂。加有分散剂的悬浮聚合体系在一定的聚合程度时（如转化率20％-70%），如果停止搅拌，仍有黏结成块的危险。

苯乙烯是一种比较活泼的单体，容易进行聚合反应。苯乙烯的自由基不太活泼，聚合过程中副反应较少，不易发生链转移反应，支链较少。此外，苯乙烯单体是其聚合物的良溶剂，因此，在聚合过程中凝胶现象不是十分显著。在苯乙烯本体聚合或悬浮聚合中，仅当转化率达50% -70％时，略有自动加速现象发生。所以，一般来说，苯乙烯的聚合速率比较缓慢。苯乙烯的聚合反应式如下：

3．仪器和药品

(1）仪器

标准磨口三口烧瓶（500ml/24mm×3 )一只；三口烧瓶（250ml )一只；球形冷凝器(300mm）一支；温度计（10090）一支；分液漏斗（125 ml）一只；布氏漏斗（80mm）一只；真空装置（含真空泵、缓冲瓶、硅胶干燥塔）一套；烧杯（100m1)两只，烧杯(200ml）一只；恒温水浴槽一台；电动搅拌器一套；颗粒显微图像分析仪1台。

(2）药品

苯乙烯，10%氢氧化钠溶液，聚乙烯醇1750，过氧化二苯甲酸。

4．实验步骤

1) 在烧杯中加入洗涤过的苯乙烯40g和引发剂过氧化二苯甲酰0. 5g，手工搅拌至溶解。

2）在另一烧杯中加入℉聚乙烯醇0. 06g，去离子水200ml，手工搅拌至溶解。若溶解太慢，可加热至沸腾，促进其溶解。

3）在装有搅拌器、温度计和回流冷凝器的250ml三口烧瓶中，加入20g苯乙烯和0. 2g过氧化二苯甲酰引发剂，机械搅拌至溶解，然后加入0.1％的l00ml聚乙烯醇溶液。机械搅拌下，在20-30 min内升温至80-85℃时，仔细调节搅拌速度并保持不变。

4）升温至90℃，保持3h。用吸管取少量颗粒于表面皿中观察，如颗粒变硬发脆，则将温度提高至95℃，保温1h，反应结束。

5) 停止加热，于搅拌下冷却至室温，将反应物倒入烧杯中，用去离子水洗涤三次后过滤。将珠状聚合物置于表面皿中，在50℃下的鼓风烘箱中干燥至恒重，称重计算产率。

6）采用颗粒显微图像分析仪测定聚苯乙烯微粒的粒径及其分布。

5．数据记录及结果处理

产率＝实际重量／理论重量×100%＝——————。

平均粒径————，分布范围————，分散指数————。

6．注意事项

1) 悬浮聚合反应过程中，机械搅拌必须适当、均匀，不得停止，使单体形成良好的珠状液滴。搅拌速度不易过快，避免颗粒分散得太细。

2) 聚合物的干燥温度不可超过60℃，否则颗粒表面将熔融而黏结。