高分子材料与工程专业实验专用周指导书 - 图文

实验五 聚氨酯弹性体的合成与浇铸

一、实验目的

1、了解聚氨酯合成原料，甲苯二异氰酸酯及聚酯的特性。 2、了解聚氨酯逐步加聚反应的特点。 3、初步掌握聚氨酯弹性体的预聚合成方法。 二、实验原理

异氰酸酯基是非常活泼的功能性基团，它极易与含活泼氢的物质。如水、醇、胺等进行加成反应。

因此，二异氰酸酯(如甲苯二异氰酸酯)与二元醇或二元胺等聚合物进行加聚反应时，可得线性的聚氨基甲酸酯(简称聚氨酯)。反应如下：

异氰酸酯的种类很多，常见的有2．4—甲苯二异氰酸酯(2，4—TDI)、2，6－甲苯二异氰酸酯(2，6—TDI)、二苯基甲烷二异氰酸（MDI）、己二异氰酸酯（HDI）等。通常使用的异氰酸酯是2，4－甲苯二异氰酸酯与2，6－甲苯二异氰酸酯以80／20比例的混合物。

常用的二元醇类有乙二醇及由环氧乙烷、环氧丙烷开环聚合而得的聚环氧乙烷乙二醇（又称聚醚）。聚环氧丙烷乙二醇、乙二醇和已二酸形成的聚酯等。反应催化剂为三级胺或有机锡的化合物。

三、仪器药品

甲苯二异氰酸酯（2,4-TDI）、相对分子质量为3000的聚酯（PE）、1,4-丁二醇（BDO）、丙酮

500ml烧瓶、温度计、一次性杯子、电加热套、搅拌器、托盘、干燥箱、脱脂棉

四、实验步骤

方案一：

预聚体的制备：将200g聚酯置于装有搅拌器、温度计的500ml三口烧瓶中加热，当物料大部分熔化后开动搅拌，升温至60℃，按配方量准确加入甲苯二异氰酸酯17.4g,搅拌均匀后升温到80～85℃，恒温反应1.5h；制得预聚体。

弹性体制备：将预聚体降温至60℃，加入丁二醇3g迅速混合，待温度升至85℃，停止搅拌， 迅速倒入已预热的铺覆有薄膜的托盘中，110℃下熟化3～5h。

方案二：

预聚体的制备：将200g聚酯置于装有搅拌器、温度计的500ml三口烧瓶中加热，当物料大部分熔化后开动搅拌，升温至60℃，按配方量准确加入甲苯二异氰酸酯18.1g,搅拌均匀后升温到80～85℃，恒温反应1.5h；制得预聚体。

弹性体制备：将预聚体降温至60℃，加入丁二醇3g迅速混合，待温度升至85℃，停止搅拌，迅速倒入已预热的铺覆有薄膜的托盘中，110℃下熟化3～5h。

方案三：

预聚体的制备：将200g聚酯置于装有搅拌器、温度计的500ml三口烧瓶中加热，当物料大部分熔化后开动搅拌，升温至60℃，按配方量准确加入甲苯二异氰酸酯23.2g,搅拌均匀后升温到80～85℃，恒温反应1.5h；制得预聚体。

弹性体制备：将预聚体降温至60℃，加入丁二醇6g迅速混合，待温度升至85℃，停止搅拌， 迅速倒入已预热的铺覆有薄膜的托盘中，110℃下熟化3～5h。

方案四：

预聚体的制备：将200g聚酯置于装有搅拌器、温度计的500ml三口烧瓶中

加热，当物料大部分熔化后开动搅拌，升温至60℃，按配方量准确加入甲苯二异氰酸酯24.1g,搅拌均匀后升温到80～85℃，恒温反应1.5h；制得预聚体。

弹性体制备：将预聚体降温至60℃，加入丁二醇6g迅速混合，待温度升至80℃，停止搅拌， 迅速倒入已预热的铺覆有薄膜的托盘中，110℃下熟化3～5h。 五、思考题

1. 异氰酸酯基(-NCO)与水、醇、二醇、胺、盐酸、亚硫酸氢钠、苯等的反应如何?

2．异氰酸酯在取用时应注意什么?为什么? 3．反应过程中分子链的增长情况与什么有关？ 4．聚酯与异氰酸反应的特性如何? 5．如何控制反应的凝胶？

6. 后熟化的作用以及要注意的问题？

实验六 聚苯乙烯悬浮聚合

一、 实验目的

1、了解悬浮聚合的原理，特征及配方中个组分的作用。

2、掌握苯乙烯悬浮聚合的实验室实施方法，搅拌、温度等各条件对产品的颗粒度和性能的影响

二、实验原理

本体聚合是烯类单体聚合制备高分子聚合物的最简单的方法。但这种方法不是在所有情况下都适用的。特别是大型工业生产中。因为本体聚合在聚合过程中，随着单体不断转变成聚合物大分子，体系的粘度急剧增高，聚合热的传递越来越困难，引起自动增速效应和不规则的过热点，导致产物有较宽的分子量分布和过热点缺陷。 为了克服本体加聚过程粘度增高和传热受阻产生的不良后果，一种办法是加入一种惰性的、可溶的、低分子量的稀释剂来减轻。这种方法就是溶液聚合。虽然溶液聚合提供了较好的热控制，减缓了自动加速效应，但溶剂很少对自由基是真正惰性的。由于溶剂常常发生链转移反应使得产物的分子量大大降低，而且聚合溶剂的除去和回收也是相当复杂和浪费的，所以在自由基加聚反应中用得较少。另一种方法是加入一种不相混溶的液体，通过强烈的搅拌使单体变成不连续的小颗粒或微珠分散在作为连续相的液体中。采用能溶解于单体相的引发剂（油溶性引发剂），使得引发、增长、终止过程均在单体微珠中进行。这样，实际上每个单体微珠均成为一个独立的、微型的本体聚合反应体系，但是却把传热距离缩短到了0.2~0.5毫米，从而解决了传热问题，这就是悬浮聚合。因此，悬浮聚合就本质而言仍然是本体聚合，符合本体聚合的动力学规律。 悬浮聚合通常采用的是连续相是水，水是最廉价易得的。而且热容高、粘度大、表面张力大，有利于形成悬浮体系。由于悬浮聚合反应热易于排除，保证了反应温度的均一性，减少了爆聚反应的可能。因此，可以使用催化剂等来提高反应速度。而且制成的产品呈均匀的颗粒状，不经造粒就可以直接用于成型加工。同时，因为解决了本体聚合难以大型化的问题，现代工业生产中采用的大型悬浮聚合釜可达200M2以上。 但是，籍强烈搅拌分散开的悬浮体系是亚稳状态的，特别是在聚合物量增加，颗粒发粘时容易凝结成团。加入少量亲水的聚合物如明胶、羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺或聚乙烯醇，可以在单体微珠外形成一层保护胶体。加入表面活性剂和无机化合物的细粉如粘土或钙、镁的磷酸盐也能帮助稳定悬浮体系。无机化合物粉末在防止小珠颗粒粘在一起时特别有效。 采用悬浮聚合法制备的聚苯乙烯是一种透明的无定型热塑性高分子材料，其分子量分布窄。加工流动性好而适用于模压注射制品的加工，