高分子材料与工程专业实验专用周指导书 - 图文

运用光率体可采用几何作图来确定双折射体的各种光学性质。 光轴 二轴双折射体 当入射光方向与光轴一致时，不改变光的振动方向，也不会发生双折射。对光率体做切面时，可得两个包含y轴且与x轴和y轴对称的圆形，这两个切面的垂直方向即为光轴。 具有两条光轴的物体称为二轴双折射体。 光率体中有两个主折射率相等，则称为单轴双折射体。当双单轴双折射体 轴性双折射体的两个主折射率较接近时也可当做单轴体处理（如聚乙烯）。 任意方向的入射光都可分解为振动面与主切面垂直的偏振光以及振动面在主切面上的偏振光。 正常波（O波） 振动面与主切面垂直的光波称为正常波，其速度是恒定的，折射率为常数，记为no。 振动面处于与主切面内的光波称为异常波，其速度和折射率异常波（E波） 随入射光的方向而改变，其折射率记为ne。 当光波垂直于光轴射入时，正常波的折射率仍为no，异常波正的双折射体 的折射率为ne=nz，当no＜nz时，正常波的速度大于异常波，称为正的双折射体，其光率体呈瘦长形。 当no＞nz时，正常波的速度小于异常波，称为负的双折射体，负的双折射体 其光率体呈扁平形。 二、起偏器与检偏器

能够将自然光变成线偏振光的仪器叫作起偏振器，简称起偏器。通常用得较多的是尼科耳棱镜和人造偏振片。

尼科耳棱镜是用方解石晶体按一定的工艺制成的，当自然光以一定角度入射时，由于晶体的双折射效应，入射光被分成振动方向互相垂直的两条线偏振光—e光和o光，其中o光被全反射掉了，而e光射出。

人造偏振片是利用某些有机化合物（如碘化硫酸奎宁）晶体的二向色性制成的。把这种晶体的粉末沉淀在硝酸纤维薄膜上，用电磁方法使晶体C轴指向一致，排成极细的晶线．只有振动方向平行于晶线的光才能通过，而成为线偏振光。

起偏器既能够用来使自然光变成线偏振光，反过来，它又能被用来检查线偏振光，这时，它被称为检偏器或分析器。例如两个串联放着的尼科耳棱镜，靠近光源的一个是起偏器，另一个便是检偏器。当它们的振动方向平行时，透过的光强最大；而当它们的振动方向垂直时，透过的光强最弱。这种情况，我们称为“正

交偏振”。

三、偏光显微镜

偏光显微镜是利用光的偏振特性对晶体、矿物、纤维等有双折射的物质进行观察研究的仪器。它的成象原理与生物显微镜相似，不同之处是在光路中加入两组偏振器（起偏器和检偏器）以及用于观察物镜后焦面产生干涉象的勃氏透镜组。 由光源发出的自然光经起偏器变为线偏振光后，照射到置于工作台上的聚合物晶体样品上，由于晶体的双折射效应，这束光被分解为振动方向互相垂直的两束线偏振光。这两束光不能完全通过检偏器，只有其中平行于检偏器振动方向的分量才能通过。通过检偏器的这两束光的分量具有相同的振动方向与频率而产生干涉效应。由干涉色的级序可以测定晶体薄片的厚度和双折射率等参数。

在偏振光条件下，还可以观察晶体的形态，测定晶粒大小和研究晶体的多色性等。

实验四 苯乙烯单体的精制

一、实验目的

1、了解苯乙烯的商品组成、特点及精制的意义；

2、掌握在实验室中对苯乙烯进行精制的常用方法和操作规程；

3、正确掌握分液漏斗的使用方法；能用碱洗和减压蒸馏的方法进行苯乙烯单体的精制。

二、实验原理

高分子合成中所常用的单体，如苯乙烯，为防止其在分离精制、贮存和运输过程中受到热、光、辐射、机械等作用而引发聚合，通常需添加一定量（几~几十ppm）的阻聚剂（多为对苯二酚），此时单体外观呈黄色。用含有阻聚剂的单体进行聚合，反应通常不能顺利进行，宏观上表现为有较长的诱导期，更为严重时甚至不发生生成高分子的聚合反应；微观上则表现为引发剂分解所产生的初级自由基与阻聚剂反应生成非自由基物质或形成活性低、不再具有引发聚合能力的自由基，使聚合完全停止。只有当阻聚剂被消耗完后且体系中尚含有多余的引发剂时，聚合反应才有可能发生并生成高分子化合物。此时所引入的引发剂不是全部被用来生成高分子，引发效率降低，聚合速率减慢，且不利于对所合成的高分子的分子量及配方进行设计与控制。因此，在聚合前，需要对单体及引发剂等进行精制，以脱除阻聚剂或微量杂质，尽量降低其对聚合的不利影响。实验室中，通常采用两种方法对单体进行精制，一为碱洗法，另一为减压蒸馏法。碱洗法是利用单体与阻聚剂在碱液中的溶解性能差异来进行精制分离的。而减压蒸馏则是利用单体的沸点随其分压的降低而下降进行精制的。根据聚合反应体系和所得高分子对纯度及分子量等的具体要求，可以只使用其中的一种方法，也可以两种方法都采用。

常规单体精制方法为先碱洗，后蒸馏，目的在于去除单体中的杂质，根据聚合路线，方法有关，引入杂质，是为运输中防止自聚，所以，要用单体就必须除去阻聚剂。通常先酸洗或碱洗。其中阻聚剂是苯酚类，叔丁基类，胺类，硝基类等。此实验用的是的NaOH(10%~20%)的碱液，将粗苯乙烯溶解在其中,此操作在分液漏斗中进行.分液漏斗提纯苯乙烯，由于苯乙烯呈油状，与水分界,即可以使用分液漏斗。接着使用去离子水洗涤，目的是除去NaOH溶液的残留液。接着进行减压蒸馏，减压的目的是为了降低苯乙烯的沸点,苯乙烯的沸点为145.2，采用减压，减低沸点,是为了防止自聚,苯乙烯在高温下能自发反应。蒸馏的目的是为了使产品更纯，减压蒸馏装置有蒸馏部分和量压部分组成。

表1 苯乙烯沸点和压力关系

压力/kPa mmHg 沸点℃

0.67 5 18

1.33 10 30.8

2.66 20 44.6

5.32 40 59.8

7.98 60 69.5

13.30 100 82.1

26.60 200 101.4

53.20 400 122.6

101.08 760 145.2

三、仪器和试剂

分液漏斗（250ml) 减压蒸馏装置 铁架台 电炉 烧杯（500nl) 粗苯乙烯 NaOH(10%~20%) 去离子水

四、操作步骤

实验装置:

1、苯乙烯（St）的精制（碱洗法）

①配置好5%wt的氢氧化钠水溶液；

②取一只250ml的分液漏斗，加入100ml苯乙烯；

③加入约20ml氢氧化钠水溶液，振荡洗涤后静置分层，分去下层水溶液； ④重复步骤③数次直至单体无色时为止；

⑤用去离子水洗涤以除去微量碱，洗至中性为止（用pH试纸测量）； ⑥将无色中性单体装入纯净且干燥过的棕色瓶，并加入少量无水硫酸钠或无水氯化钙以脱除单体中所含的少量水。

⑦将单体置于低温背光环境，保存备用。

2、苯乙烯减压蒸馏

①将获得的提取液进行减压蒸馏，开启冷凝水，控制压力减压蒸馏过程中，要注意控制温度的变化和压力系数，所获得的产物压力与温度是对应关系。进行查表，注意提取。 ②当达到要求时，小心转动接液管，收集溜出液，直至蒸馏结束。

③蒸馏完毕，撤去热源，待体系稍冷后，慢慢打开毛细管上的螺旋夹子，并渐渐打开二通活塞，缓慢解除真空使体系内压力与外界压力平衡后方可关闭抽压装置。最后关上冷凝水。拆卸顺序要正确。

④将所获得的溜液降温后，提取出来。

五、思考题

1、为什么要对单体进行精制，其意义何在？ 2、单体的精制方法及原理？

3、实验中需要注意的问题及心得。