无皂乳液聚合实验.doc

附二实验: 无皂乳液聚合法合成单分散高分子胶体微球 一．目的和要求 1. 了解高分子和高分子聚合反应基本知识。 2. 掌握无皂乳液聚合反应机理以及单分散高分子微球合成操作。 3. 了解形成稳定的胶体微球体系的机理和zeta 电势等有关知识。 4. 了解高分子微球的基本表征手段、仪器原理及相关操作。 二．前言 1. 高分子化学的基本概念 ?20世纪20年代是高分子科学诞生的年代，1920年，高分子科学的始祖H. Staudinger德国首次提出以共价键联结为核心的高分子概念，并获得1953年度诺贝尔化学奖。 高分子（macromelecular）是一种由许多原子通过共价键连接而形成的分子量很高（104 －107，甚至更高）的化合物。一般把相对分子质量高于10000的分子称为高分子，所以高分子又称大分子。由于高分子多是由小分子通过聚合反应而制得的，因此也常被称为聚合物或高聚物，用于聚合的小分子则被称为“单体”。 如果把小分子化合物看作点分子，那么高分子就像一条链或一串珠子，这条贯穿于整个分子的链被称为高分子的主链，高分子主链的长径比可以达到103－105，甚至更大。 由于高分子化合物的相对分子质量很大，所以在物理、化学和力学性能上与分子化合物有很大差异。如高分子化合物的高强度、高弹性、高粘度、力学状态的多重性以及结构的多样性等特点都是其有别于小分子化合物的特征。每个高分子都是一个长链，与小分子化合物相比，其分子的作用力要大得多，超过了组成大分子的化学键能，所以它不能像一般小子化合物那样被化，用蒸馏法加以纯化，这也正是高分子化合物具有各种力学强度，用作材料的内在因素。除了少数天然高分子如蛋白质、DNA等外，高分子化合物的分子量是不均一的，高分子化合物实际上是一系列同系物的混合物，这种性质称为多分散性。因此其分子量实质上都是指平均分子量。平均分子量可以通过体积排除色谱来测定（SEC也称凝胶渗透色谱GPC，见附录）。 高分子化合物中的原子连接成很长的链状分子时，叫链状高分子或线型高分子如聚乙烯 PE，聚甲基丙烯酸甲酯PMMA。这种高分子在加热时可以熔融，在适当的溶剂中可以溶解。高分子链种类不同，因而具有不同的柔性（flexibility）由于链中化学键可以旋转，因此高分子链可以伸展的、折叠的、螺旋的甚至是缠绕的线团（entanglement coil）等诸多构象（conformation）。线型高分子链上可以有支化的侧链（side chain），线型高分子链间可以发生键合形成二维、三维的网状交联结构高分子分子链可以聚集形成各种晶态、非晶态的凝聚态结构，这些结构变化赋予高分子材料千变万化的性质和广泛的应用，如硬型或韧性塑料，高强度纤维以及高弹性橡胶等。线型高分子化合物可以在加热时熔融，在适当溶剂中溶解。交联的高分子化合物由于一般都不是平面结构而是立体结构，所以也叫体型高分子（如碱性酚醛树脂，Resoles）。体型高分子加热时不能熔融，只能变软；不能在任何溶剂中溶解，只能某些溶剂溶胀。 高分子化合物在自然界中大量存在，这种高分子叫天然高分子。在生物界中，构成生物体的蛋白质，纤维素；携带生物遗传信息的核酸；食物中的淀粉，衣服原料的棉、毛、丝、麻以及木材、橡胶等等，都是天然高分子。非生物界中，如黏土、石英、金刚石等，都是无机高分子。完全由人工方法合成的高分子，在高分子科学中占有重要的地位。这种高分子是由一种或几种小分子作原料，通过各种聚合反应而得到的如由乙烯单体经加聚反应得聚乙烯(聚合物)；由乙二醇单体和对苯二甲酸单体经缩聚反应生成聚对苯二甲酸乙二酯聚合物。2. 高分子聚合方法 将小分子化合物聚合分子量的高分子化合物的聚合方法有许多种，通常可以按照不同的分类方法可以进行分类。 2.1 1929年， W. H.Carothers (1896～1937，聚酰胺-66（尼龙）的发明者) 按照反应过程中是否析出低分子物，把聚合反应分为缩聚反应和加聚反应。缩聚反应通常是指多官能团单体之间发生多次缩合，同时放出水、醇、氨或氯化氢等低分子副产物的反应，所得聚合物称缩聚物。加聚反应是指 α-烯烃、共轭双烯和乙烯类单体等通过相互加成形成聚合物的反应，所得聚合物称加聚物，该反应过程中并不低分子副产物，因而加聚物的化学组成和起始的单体相同。 2.2 1953年Carothers 的学生P. J. Flory（1910-1985）按反应机理，把聚合反应分成逐步聚合和链式聚合两大类。逐步聚合反应每一步的速率常数和活化能大致相同。反应初期，大部分单体很快消失聚合成二至四聚体等中间产物；低聚物继续反应，使产物的分子量增大。因此，可认为单体转化率基本上不依赖于聚合时间的延长，但产物的分子量随聚合时间的延长逐渐增大。例如：带官能团化合物之间的缩聚反应如乙二醇和对苯二甲酸