实验2 苯乙烯的悬浮聚合
实验目的
（1）了解苯乙烯自由基聚合的基本原理。
（2）掌握悬浮聚合的实施方法，了解配方中各组分的作用。
（3）了解分散剂、升温速率、搅拌速率对悬浮聚合的影响。
实验原理
苯乙烯在水和分散剂作用下分散成液滴状，在油溶性引发剂过氧化二苯甲酰引发下进行自由基聚合，其反应如下：
悬浮聚合是由烯类单体制备高聚物的重要方法，由于水为分散介质，聚合热可以迅速排除，因而反应温度容易控制，生产工艺简单，制成的成品呈均匀的颗粒状，故又称珠状聚合，产品不经造粒可直接加工而成。悬浮聚合时单体以小液滴状悬浮在水中进行聚合，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。从单体液滴转变为聚合物固体粒子，中间经过聚合物-单体黏性粒子阶段，为了防止粒子相互黏结在一起，体系中需另加分散剂，以便在粒子表面形成保护膜。
苯乙烯是一种比较活泼的单体，容易进行聚合反应。苯乙烯在水中的溶解度很小，将其倒入水中，体系分成两层，进行搅拌时，在剪切力的作用下单体层分散成液滴，界面张力使液滴保持球形，而且界面张力越大形成的液滴越大，因此在作用方向相反的搅拌剪切力和界面张力的作用下液滴达到一定的大小和分布。而这种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，最后与水分层，同时聚合达到一定程度以后的液滴中溶有的聚合物也可使液滴相黏结。因此，悬浮聚合体系还需加入分散剂即聚乙烯醇（PVA）。
仪器与试剂
仪器 机械搅拌装置一套、水浴装置一套、布氏漏斗、抽滤装置一套、移液管、量筒（100mL、10mL）、烧杯若干、锥形瓶（50mL）。
试剂 过氧化二苯甲酰（BPO）、聚乙烯醇（DP=1799），苯乙烯（>99.5%）、去离子水。
实验内容
（1）如图1所示组装仪器
注：温度计要加温度计套管，搅拌器要加四氟密封塞。另外本实验的重点在于是否恰当地进行搅拌，所以为保证搅拌速度均匀，安装后机械搅拌棒要求可自由旋动无阻力。
图1 聚合反应装置图
1—温度计；2—搅拌器；3—冷凝管
（2）加料
注意加料顺序，特别要注意的是需待过氧化二苯甲酰完全溶解在苯乙烯中再加入其他物质。
配制20mL 1.5%的聚乙烯醇溶液并按表1要求添加其他药品（注：聚乙烯醇溶解时可加热至90℃并用玻璃棒快速搅拌30min）。
表1 实验各组分
（3）聚合
通水冷凝，启动搅拌器并控制在一定转速（400转·min-1以上），将温度升至85～90℃（开始反应温度不要过高）开始聚合。反应1～1.5h之后体系中分散的颗粒变得发黏，此时注意控制搅拌速率。在反应后期将反应温度升高至上限，以加快反应，提高反应转化率。反应2h之后用吸管吸取少量颗粒于表面皿，观察颗粒是否变脆发硬，待颗粒变脆发硬便可结束反应。
（4）后处理
停止加热后，一边搅拌一边用水将三口瓶冷却至室温（此时千万不可停止搅拌）。然后停止搅拌，取下三口瓶。产品用布氏漏斗过滤，用热水洗涤数次。最后在鼓风干燥箱于50℃烘干，称量计算产率列于表2。
结果分析
表2 产率计算
思考题
（1）结合悬浮聚合的理论，说明配方中各种组分的作用。如改为苯乙烯的本体聚合或乳液聚合，此配方需做哪些改动，为什么？
（2）分散剂的作用原理是什么？如何确定用量？改变用量会产生什么影响？如不用聚乙烯醇可用什么试剂代替？
（3）悬浮聚合对单体有何要求？聚合前单体应如何处理？
（4）根据实验体会，结合聚合反应机理，你认为在悬浮聚合的操作中，应特别注意哪些问题？