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聚苯乙烯的悬浮聚合及磺化

实验报告

姓名：吉武良 院系：化院20系 学号：PB13206270

摘要：本文介绍了使用浓硫酸和乙酸酐在低温下制备磺化剂，与聚苯乙烯反应使之磺化。并且通过NaOH甲醇溶液滴定的方法测定磺化度。

关键词：聚苯乙烯磺化磺化度

Abstract：This experiment uses concentrated sulfuric acid and acetic anhydride to make sulfonating agent in low temperature and this sulfonating agent reacts with polystyrene and produces sulfonated polystyrene. The degree of sulfonation is measured by titration of sodium hydroxide and benzene/methanol solution of sulfonated polystyrene.

Keyword：polystyrenesulfonation

degree of sulfonation

一、引言

聚苯乙烯：

应用极其广泛，普遍用作包装材料，生活用品及工业用材料。近年来其使用量越来越大，废弃物日益增多，给环境造成严重污染，由于其耐老化，抗腐蚀，无法自然降解等特点，人们纷纷研究废旧聚苯乙烯的回收利用。如加入含芳烃的有机溶剂或直接改性制得涂料和胶粘剂。使用适当的磺化剂将聚苯乙烯变为带有磺酸基的水溶性物质。这种产品的应用前景看好，可应用于水增稠剂、阻垢剂、浸渍剂、粘合剂、纺织浆糊的生产及土壤保质和石油工业等领域[1]。

磺化聚苯乙烯（Sulphonated Polystyrene，SPS）在40 年代率先由印度学者AsishRanjanMukherjee 和ChitteRRahd提出合成方法并成功合成。后经各国科学工作者不断

研究发展，合成技术日臻完善。纯净的SPS 是淡棕色薄片状硬固体，在水、甲醇、乙醇、丙醇中可全部溶解，但不溶解与苯、四氯化碳、氯仿和甲基乙基酮。浓度为1%以上的水溶液较粘并在溶液中表现出典型的聚电解质性质。SPS 一方面具有憎水的有机长链，同时又具有水溶性的磺酸基，能溶于水和低级醇，能溶解各种水垢且不会沉淀，对金属有一定的腐蚀但腐蚀性较小。低磺化度的 SPS 还具有一定的乳化性能，可广泛用于工业水处理、油田化学及各类清洗剂产品等领域[2]。

磺化剂一般为浓硫酸、三氧化硫、氯磺酸、酰基磺酸酯，也可以是酰氯或酸酐与硫酸反应得到的产物。溶剂一般为环己烷、，二氯乙烷、吡啶等有机溶剂。

本实验使用醋酸酐与硫酸反应得到的产物做磺化剂，主要反应如下：

磺化反应如下：

二、 实验部分

1、试剂与仪器 主要试剂：

线性聚苯乙烯，醋酸酐，浓硫酸，二氯乙烷，苯，甲醇，酚酞，氢氧化钠。 仪器设备：

烧杯，玻璃棒，三口瓶，电磁搅拌器，水浴，温度计，冷凝管滴液漏斗。

2、实验步骤

1） 苯乙烯的悬浮聚合

称量0.080g明胶于150mL三口瓶，加入60mL蒸馏水，在40~50℃搅拌回流，使明胶溶解。然后降温至30~40℃，加入0.075gBPO，5mLSt,1mLDVB，搅拌使单体形成均一小颗粒。升温至80℃左右反应1h。继续升温至95℃反应1h，应结束

后抽滤，得白色微带浅黄色的小颗粒状球体，用热水洗涤2~3次，冷水洗涤两次，抽干，称重得产品4.6633g。 2） 磺化反应

向150mL三口瓶中加入20mL二氯乙烷和3.0344g 聚苯乙烯，加入磁子，打开电磁搅拌器使用磁子搅拌并使用水浴升温至60℃，溶胀30min。通过恒压滴液漏斗向三口瓶中缓慢滴加30mL浓硫酸，10~15min滴加完毕。然后升温至80℃反应2h。反应结束，得棕褐色小颗粒，抽滤后将产物放入10mL25%硫酸溶液，一边搅拌一边加入50毫升蒸馏水，静置半小时。抽滤，丙酮洗涤，干燥称重得产品重量5.3399g。 3、实验注意事项

1） 反应体系必须无水，否则会引起磺化剂的损耗，醋酸酐不稳定，遇水易分解。 2） 在制备磺化剂的时候，必须控制滴加速度，防止反应过热导致副反应的大量发

生。

3） 如果制备完成的磺化剂出现分层说明体系内含有水，磺化剂制备的不是太成功。 4） 磺化反应过程中要控制磺化剂的滴加速度，防止反应过快硫酸浓度过大，使体

系碳化发黑。

三、 结果与讨论

1、实验现象

1） 在苯乙烯的悬浮聚合中，很多同学最后得到的不是均一的小颗粒状产物，而是

粒径达到厘米级甚至是大块状的固体。分析一下原因可能有如下：在明胶溶解时，搅拌桨上粘付有明胶，导致聚合物在搅拌桨上生成形成块状物，同时搅拌桨搅拌剪切力作用减弱，不能有效维持聚合物成较小颗粒状，导致粒径过大；升温过快温度过高导致聚合速率突然增大。

2） 聚苯乙烯为颗粒状固体，若先向三口烧瓶中加入液态的二氯乙烷，后加入固态

的聚苯乙烯，导致聚苯乙烯有相当一部分黏在反应器壁上，未能与溶剂接触，溶解的时候也难以溶解。后来调高转速后，能将其淹没在溶剂中，使其溶解。以后一定要先加固体后加液体。

3） 溶液开始物色，稍微浑浊，在滴加磺化剂的过程中，体系颜色逐渐加深变黄，