高分子材料与工程专业实验专用周指导书 - 图文

其制品有较高的透明度良好的耐热性和电绝缘性。 苯乙烯单体在引发剂过氧化二苯甲酰（可溶于苯乙烯单体而不溶于水）的作用下，以水为分散介质，聚乙烯醇为悬浮剂，按自由基型反应历程进行悬浮聚合。

三、仪器和试剂

1、 仪器

标准磨口三颈瓶(500ml/24mm*3)一只；球形冷凝器(300ml)一只；温度计(100℃)一只；烧杯(100ml)两只；恒温水浴槽一台；电动搅拌器一套。

2、 药品

苯乙烯16ml精制聚合级；15ml0.3%PVA溶液；过氧化苯甲酰0.3g,化学纯精制。

四、操作步骤

（1） 如图装配好仪器。

图4-1 苯乙烯聚合装置图

1-搅拌器 2-密封套 3-温度计4-温度计套管 5-冷凝管6-三口瓶

（2） 用量筒量取16ml苯乙烯单体,放入0.3g过氧化苯甲酰，在室温下摇荡使其完全溶解。 （3） 在三口烧瓶中加入120ml去离子水，再加入15ml0.3%聚乙烯醇溶液，加热使其溶解。

（4） 将锥形瓶中的苯乙烯-过氧化苯甲酰溶液加入三口烧瓶。并将30ml水冲洗数次倒入。

慢慢开动搅拌并调节转速，使苯乙烯单体在水中分散，形成要求粒径（直径0.8mm）的球形微珠悬浮在水中。

（5） 冷凝管内通冷水保持回流状态，调节水浴锅温度，半小时内升温至85~90°C，待水浴温度升至90℃时保持恒温聚合，并保持此温度聚合反应2小时，小颗粒开始发粘表明已发生聚合。这时要特别控制搅拌速度。适当的加快搅拌速度，以免粘性的单体-聚合物颗粒聚成团。再升温至95℃反应，待珠体变硬，表示大部分单体已转变成聚合物，使反应进一步完成。

（6） 反应结束后，将体系降至室温，将得到的珠状产物过滤。并用水洗涤数次。产品在50℃烘箱中干燥（注意温度不能太高，以防老化或熔结）。称重并计算产率： 产品外观：无色珠状颗粒。

五、注意事项

1、开始时，搅拌速度不宜太快，避免颗粒分散太细。

2、保温反应2h左右时，此时颗粒表面粘度比较大，易发生粘结。故此时必须十分仔细调节搅拌速度，千万不要使搅拌停止。否则颗粒将粘结成块。 3、聚合物干燥温度不可超过60℃，否则颗粒表面将熔融而粘结。

六、思考题

1、当两种互不相溶的液体混合搅拌，液体的什么性质促使其形成球形颗粒？

2、为什么说搅拌对于悬浮聚合是特别重要的？搅拌速度对颗粒度、颗粒形状有什么影响？

实验七 引发剂精制（BPO重结晶）

一、实验目的

1、重结晶是纯化精制固体有机化合物的重要手段，通过实验熟悉重结晶提纯法及相关的各项单元操作；

2、了解BPO的基本性质和保存方法。 3、掌握BPO的精制方法。

二、实验原理

固体有机物在溶剂中的溶解度与温度有密切关系，一般是温度升高，溶解度增大。利用溶剂对被提纯物质及杂质的溶解度不同，可以使被提纯物质从过饱和溶液中析出，而让杂质全部或大部分仍留在溶液中，或者相反，从而达到分离、提纯之目的。

重结晶提纯法的一般过程为：

1、选择适宜的溶剂 某一有机化合物进行重结晶的溶剂应该具有如下性质：（1）与被提纯的有机化合物不起化学反应。（2）对被提纯的有机物应具有热溶，冷不溶性质。（3）杂质化合物的溶解性对温度变化不敏感。（4）对要提纯的有机物能在溶剂中形成较整齐的晶体。（5）溶剂的沸点，不宜太低（易损），也不宜太高（难除）。（6）价廉易得无毒。

选择溶剂时常根据“相似相溶”原理，溶质往往易溶于结构与其相似的溶剂中。可查阅有关的文献和手册，了解某化合物在各种溶剂中不同温度的溶解度；也可通过实验来确定化合物的溶解度，即取少量的重结晶物质在试管中，加入不同种类的溶剂进行预试，筛选出适宜溶剂。 2、将待重结晶物质制成热的饱和溶液 制饱和溶液时，溶剂可分批加入，边加热边搅拌，至固体完全溶解后，再多加2O％左右（这样可避免热过滤时，晶体在漏斗上或漏斗颈中析出造成损失）。也不可加过多溶剂，否则冷后析不出晶体。溶剂量的多少还要考虑结晶析出的难易程度，结晶容易析出的则需适当多加一些溶剂，以抵消热过滤时结晶在滤纸上析出而造成的损失；如果结晶不易析出，可适当少加一些溶剂，以提高重结晶的回收率。 3、脱色 待溶液稍冷后，加入活性炭（用量为固体1－5％），煮沸5－10min（切不可在沸腾的溶液中加入活性炭，那样会有暴沸的危险。）

4、乘热过滤除去不溶性杂质 乘热过滤时，先熟悉热水漏斗的构造，放入菊花滤纸（要使菊花滤纸向外突出的棱角，紧贴于漏斗壁上），先用少量热的溶剂润湿滤纸（以免干滤纸吸收溶液中的溶剂，使结晶析出而堵塞滤纸孔），将溶液沿玻棒倒入，过滤时，漏斗上可盖上表面皿（凹面向下）减少溶剂的挥发，盛溶液的器皿一般用锥形瓶（只有水溶液才可收集在烧杯中）。

5、抽滤 抽滤前先熟悉布氏漏斗的构造及连接方式，将剪好的滤纸放入，滤纸的直径切不可大于漏斗底边缘，否则滤纸会折边，滤液会从折边处流过造成损失，将滤纸润湿后，可先倒入部分滤液（不要将溶液一次倒入）启动水循环泵，通过缓冲瓶（安全瓶）上二通活塞调节真空度，开始真空度可低些，这样不致将滤纸抽破，待滤饼已结一层后，再将余下溶液倒入，此时真空度可逐渐升高些，直至抽“干”为止。注意停泵时，要先打开放空阀（二通活塞），再停泵，可避免倒吸。

6、结晶的洗涤和干燥 用溶剂冲洗结晶再抽滤，除去附着的母液。抽滤和洗涤后的结晶，表面上吸附有少量溶剂，因此需用适当的方法进行干燥。固体的干燥方法很多，可根据所用的溶剂及结晶的性质来选择，常用的方法有以下几种：空气晾干；烘干（红外灯或烘彩）；用滤纸吸干；真空干燥。

BPO为白色结晶性粉末，熔点在103~106℃，溶于乙醚、丙酮、氯仿和苯，易燃烧，受撞击、热、摩擦时会爆炸。常用的BPO由于长期保存的原因，部分分解了，因此在用于聚合前需要进行精制。通常采用重结晶的方法，在结晶过程中，温度过高会发生爆炸，注意控制温度。

表1 过氧化苯甲酰在不同溶剂中的溶解度（20℃） 溶 剂 溶解度/ g/100ml

0.5 石 油 醚

1.0 甲 醇

1.5 乙 醇

11.0 甲 苯

14.6 丙 酮

16.4 苯

31.6 氯 仿

三、仪器和试剂

加热套、热漏斗、玻璃棒、温度计、烧杯、循环水真空泵、布氏漏斗、抽滤瓶，真空干

燥箱，偶氮二异丁腈、甲醇（乙醇）、滤纸等。

实验装置：

四、操作步骤

过氧化苯甲酰（BPO）的精制（重结晶法）

采用重结晶法提纯过氧化苯甲酰（BPO），其方法是以氯仿为溶剂，甲醇作沉淀剂，过程如下：

1、取一250ml锥形瓶，加入15g过氧化苯甲酰和60ml氯仿，室温下不断搅拌使BPO溶解；

加入的BPO大部分溶解，溶液呈乳白色，但有少量颗粒存在，并且溶液表面有油状液滴。原因是BPO溶于氯仿，杂质不溶，故有少量颗粒。另BPO长期置于空气中，使之变潮变润，因此溶液表面有油状液滴，即不与氯仿相溶的水滴。

2、用大烧杯量取150ml甲醇，在烧杯口盖上3~4层纱布，将溶解有BPO的溶液经纱布缓慢过滤，滤液慢慢滴入用冰水冷却的甲醇中；

有不溶杂质残留在纱布上，当滤液滴入甲醇中时，立刻有大量白色亮晶晶的颗粒出现；溶液静置有大量白色针状晶体析出。原因用纱布过滤时，虽然绝大多数杂质被去除，但因纱布效果有限，所以仍有一些杂质落入甲醇中。BPO在甲醇中的溶解度比氯仿小很多，而残

留的杂质可能充当成核剂的作用，所以一开始就有大量白色颗粒产生，静置之后形成针状晶体。

3、将上一步骤的溶液静置，待BPO充分结晶析出后，用布氏漏斗抽滤，并用适量冷的甲醇洗涤晶体，继续抽滤、抽干；并将所得的产品转移到纸上。

抽滤瓶中有白色颗粒；烧杯闭上有白色附着物；所得产品部分呈针状晶体，部分呈粉末状。原因因抽出的甲醇中仍有没被析出的BPO，所以在抽滤瓶中会有白色颗粒，残留在烧杯中的甲醇在挥发后，溶解在其中的BPO就会附着在烧杯壁上。产品抽滤和转移时有很多针状晶体被破坏成粉末。

4、复重步骤①~③二次后，将结晶物置于真空干燥器中干燥并称重计算产率。 5、将干燥的BPO晶体盛放在广口棕色瓶并保存在干燥器内备用。

五、注意问题

1、过氧化苯甲酰应在室温下溶解，不能加热，否则容易引起爆炸，所以应特别注意。 2、氯仿极易挥发，在过滤时应快速过滤；

3、甲醇有毒，使用时注意通风；甲醇有毒，亦可以用乙醇代替。丙酮和乙醚对过氧化物有诱发分解作用，所以不适合作重结晶的溶剂。

4、该实验中温度过高会发生爆炸，因此注意控制温度。

六、思考题

1、重结晶时，溶剂的品种和用量如何确定？

2、重结晶法一般包括哪几个步骤？各步骤的主要内容是什么？

3、用活性炭脱色为什么要待固体物质完全溶解后才加入？为什么不能在溶液沸腾时加入？