专题训练-聚丙烯酸甲酯二氧化硅有机无机复合物的合成

学号：合肥学院化学与材料工程系《专题研究训练》选课实验报告项目名称聚丙烯酸甲酯/二氧化硅有机无机复合物的合成实验者所属专业指导教师提交日期专题研究训练实验课程组一、《专题研究训练》实验报告姓名学号班级实验类别综合型实验■研究型实验□实验名称聚丙烯酸甲酯/二氧化硅有机无机复合物的合成报告者承诺我保证填报内容真实、准确。实验者（签章）：电话：邮箱：2009年6月29日指导教师评语我已对《实验报告》认真审阅，表中各项内容属实。对该学生的实验研究工作、实验时间、实验结果等给予客观公正评价如下：并给予相应成绩（百分制）：指导教师（签章）：年月日二、实验报告正文聚丙烯酸甲酯/二氧化硅有机无机复合物的合成1实验目的和要求1、理解乳液合成的一般方法与原理；2、掌握典型有机合成的一般实验方法；掌握有机/无机复合材料合成的一般方法；2实验原理聚丙烯酸甲酯是丙烯酸甲酯的共聚物。本体自聚物是一种坚韧的，有一定强度的无色透明橡胶态物质。密度1.22g/cm3。折射率1.479。室温下不发黏或很少发黏。具有好的粘接性和弹性。伸长率可达750％。强度较差。拉伸强度6.9MPa。溶解性随分子量而异，分子量越大，溶解性越差，通常可溶于丙酮、醋酸乙酯、二氯乙烷、二甲苯等。不溶于乙醇、饱和烃、四氯化碳、甲苯等。适用于作丙烯酸酯橡胶基材、复合玻璃透明夹层等。乳液聚合物和溶液聚合物以共聚物为多。适用于作织物、皮革、纸张处理剂，胶黏剂，建筑用乳胶漆等。又称败脂酸甲酯；分子式：CH2＝CHCOOCH3；性质：无色液体。有特殊辛辣气味。易挥发，具有催泪性。熔点-76.5℃。沸点80.5℃。闪点-2.8℃。相对密度0.9535。折射率1.4040。易溶于乙醇、乙醚、丙酮、苯等溶剂，微溶于水(6g/100mL，20℃)。对眼、皮肤、黏膜有较强刺激作用。纯品在低于10℃不聚合，高于10℃易发生聚合，光、热、过氧化物等会加速聚合作用，通常加入对苯二酚或4-甲氧基酚作阻聚剂。工业上由丙烯氧化生成丙烯酸后与甲醇酯化反应制得。是合成聚合物的单体。主要用作腈纶第二单体。可以和甲基丙烯酸酯、醋酸乙烯、苯乙烯等单体共聚，聚合物广泛用于涂料、纺织、制革、黏合剂等行业。1.乳化聚合是将不溶于水或微溶于水的单体在强烈的机械搅拌作用及乳化剂的作用下与水形成乳状液，在水溶性引发剂作用下进行的聚合反应。乳液聚合(emulsionpolymerization)2.乳液聚合的特点：优点:(1)聚合热易扩散,聚合反应温度易控制;(2)聚合体系即使在反应后期粘度也很低,因而也适于制备高粘性的聚合物;(3)能获得高分子量的聚合产物;(4)可直接以乳液形式使用缺点:需破乳,工艺较难控制3.乳液聚合的组成与作用单体、水、引发体系、乳化剂(1)种类(i)阴离子型:亲水基团一般为-COONa,-SO4Na,-SO3Na等,亲油基一般是C11~C17的直链烷基,或是C3~C6烷基与苯基或萘基结合在一起的疏水基;(ii)阳离子型:通常是一些胺盐和季铵盐(iii)两性型:氨基酸(ⅳ)非离子型:聚乙烯醇,聚环氧乙烷等(2)作用(i)降低表面张力,便于单体分散成细小的液滴,即分散单体;(ii)在单体液滴表面形成保护层,防止凝聚,使乳液稳定;(iii)增溶作用(3)主要参数(i)临界胶束浓度(简称CMC):CMC越小,越易形成胶束,乳化能力越强.(ii)亲水亲油平衡值(HLB值):8-18为宜(iii)三相平衡点与浊点4.乳液聚合机理（1）乳化体系各组分在各相中的分布情况（2）成核期5.反应方程式nCH2=CH-COOCH3→-[CH2－C(COOCH3)H]n-6.丙烯酸甲酯的单体聚合的工艺为：在装有电动搅拌器、球形冷凝管和恒压漏斗的三口烧瓶内加入适量的去离子水和乳化剂，加热搅拌，温度控制在50℃～60℃，待乳化剂充分溶解后，在加入1/10的单体和引发剂进行预乳化半小时，然后升温至80℃左右，在3小时左右滴加完剩余单体。由于使用了乳化剂而具有特殊机理，单体在胶束中引发、聚合是在单体－聚合物乳胶粒中进行。其特点是速度快、产物分子量大、体系粘度低、易于散热；缺点是乳化剂等不易除净，影响产物性能，特别是电性能较差，在工业上乳液聚合主要用于合成橡胶的生产，如丁苯橡胶、丁腈橡胶和氯丁橡胶生产。3仪器与试剂表1.实验试剂列表药品名称规格产地十二烷基硫酸钠化学纯广东汕头市西陇化工厂二氧化硅上海试剂一厂综合经营公司丙烯酸甲酯化学纯上海凌峰化学试剂有限公司过硫酸钾分析纯上海苏懿化学试剂有限公司无水氯化钙分析纯广东汕头市西陇化工厂表2.实验仪器列表仪器名称规格及产地精密定时电动搅拌器JJ-1，江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司电动恒温水浴锅上海浦东物理光学仪器厂电子天平FA2104B，上海精密科学仪器有限公司其他仪器三口烧瓶、量筒、恒压漏斗4实验过程：4.1制备工艺流程简图4.2实验步骤：1．将150ml量筒、三口烧瓶洗净，备用2.称取2.0g十二烷基硫酸钠与1.0克的二氧化硅放入三口烧瓶，量取100ml蒸馏水注入三口烧瓶内，放入水浴锅，加热至50℃。3.在水浴温度为50℃下，恒温搅拌半小时。4．将水温升至80℃左右{聚合温度对产率的影响（70℃、80℃）}，用恒压漏斗向溶液中缓慢滴加2ml丙烯酸甲酯，完毕后，加入10ml过硫酸钾（0.5g+10ml蒸馏水），保温搅拌三十分钟。5．再加入18ml丙烯酸甲酯，保温搅拌若干小时{聚合时间对产率的影响（1小时。3小时）}。6．待乳液冷却后，倒入烧杯，加入100ml10%的CaCl2溶液破乳。7．用漏斗滤出固体产物。8.将产物放在室外晒干，称重。4.3实验装置图：预聚合聚合剩余单体破乳干燥少量引发剂与表面活性剂少量单体与二氧化硅或氧化铝5实验数据记录：表3实验结果反应条件产量（g）1小时70℃19.18851小时80℃17.05023小时80℃15.37296实验结果的讨论：1.聚丙烯酸甲酯是丙烯酸甲酯的均聚物或共聚物。本体自聚物是一种坚韧的，有一定强度的无色透明橡胶态物质。玻璃化温度6℃。密度1.22g/cm3。折射率1.479。室温下不发黏或很少发黏。具有好的粘接性和弹性。伸长率可达750％。强度较差。拉伸强度6.9MPa。溶解性随分子量而异，分子量越大，溶解性越差，通常可溶于丙酮、醋酸乙酯、二氯乙烷、二甲苯等。不溶于乙醇、饱和烃、四氯化碳、甲苯等。适用于作丙烯酸酯橡胶基材、复合玻璃透明夹层等。乳液聚合物和溶液聚合物以共聚物为多。适用于作织物、皮革、纸张处理剂，胶黏剂，建筑用乳胶漆等。2.由于实验室三口烧瓶较少，我们的实验是用烧瓶进行的，这样没有进行冷凝回流，部分产品丢失，实验数据精确度小。由实验数据可以看出，反应同等时间下，反应温度较低的产量较高；同等温度反应下，反应时间较短的产量较高。7实验总结：本次实验实验过程是我们学生分组独立完成的，通过独立思考解决实验过程中遇到的很多问题，对实验有了新的认识。也增强了对本专业的认识和今后做实验的信心。实验过程中我们分组合作完成，锻炼了与他人合作和共同解决问题的能力。做专题实验，很考验学生平时对实验操作常识和专业知识的掌握能力。这是我们第一次做专题实验，收获颇多。8参考文献[1]纪秋龙，章明秋，容敏智等．减摩耐磨用无机颗粒/高分子复合材料研究的进展[J]．中国塑料，2001，15(8):1-4.[2]龚文化．聚合物基减摩耐磨复合材料研究[J]．武汉理工大学学报，2004，26(5):32-35.[3]朱诚身．聚合物结构分析[M]．北京:科学出版社，2004:501-550.