实验5苯内乳液的制备一、实验目的1.了解由基共聚合的特点、意义，与自由基均聚合的异同。2.掌握自由基共聚合的实验操作方法。二、实验原理两种或两种以上单体混合物，经引发聚合后，形成的聚合物其大分子链中，含有两种或两种以上结构单元的聚合过程，简称自由基共聚。苯丙乳液是苯乙烯、丙烯酸酯类、丙烯酸类的多元共聚物的简称，是一类容易制备、性能优良、应用广泛且符合环保要求的聚合物乳液。单体是形成聚合物的基础，决定着其乳液产品的物理、化学及机械性能。合成苯丙乳液的共聚单体中，苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等为硬单体，赋予乳胶膜内聚力而使其具有一定的硬度、耐磨性和结构强度；丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯等为软单体，赋予乳胶膜以一定的柔性和耐久性。丙烯酸为功能性单体，可提高附着力、润湿性和乳液稳定性，并赋予乳液一定的反应特性，如亲水性、交联性等。除了丙烯酸以外，功能性单体还有丙烯酰胺、N一羟甲基丙烯酰胺、丙烯睛等。单体的组成，特别是软单体和硬单体的比例，会使苯丙乳液的许多性能发生变化，其中最重要的是乳胶膜的硬度和乳液的最低成膜温度会有显著的变化。共聚单体的组成与所得共聚物的玻璃化温度Tg的关系如下式所示：1/T.=W;/Tg+W2/Tg2+...W/Tg式中wi为共聚物中各单体的质量分数，T为共聚物玻璃化温度，Ti为共聚物中各单体的均聚物的玻璃化温度。共聚物的玻璃化温度T.越高，膜就越硬；反之，T越低，膜越软。调节苯丙乳液的共聚单体的种类和它们之间的比例，可合成具有不同玻璃化温度的乳液，用于涂料、胶粘剂等行业。本实验用苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸进行四元乳液共聚，合成苯丙乳液。聚合引发剂为过硫酸钾，采用阴离子型十二烷基硫酸钠和非离子型OP一10的混合乳化剂。聚合工艺采用单体预乳化法，并连续滴加单体预乳化液和引发剂溶液。三、实验材料及设备苯乙烯31.4mL、甲基丙烯酸甲酯13.2mL、丙烯酸丁酯31.1mL、丙烯酸2.7mL、OP-103.4g、十二烷基硫酸钠3.4g、碳酸氢钠1.5g、过硫酸钾1.5g、氨水、三颈瓶、圆底烧瓶、恒温水浴、冷凝管、搅拌器、滴液漏斗、温度计。四、实验步骤14
14 实验 5 苯丙乳液的制备 一、实验目的 1.了解由基共聚合的特点、意义，与自由基均聚合的异同。 2.掌握自由基共聚合的实验操作方法。 二、实验原理 两种或两种以上单体混合物，经引发聚合后，形成的聚合物其大分子链中，含有两种或 两种以上结构单元的聚合过程，简称自由基共聚。 苯丙乳液是苯乙烯、丙烯酸酯类、丙烯酸类的多元共聚物的简称，是一类容易制备、性 能优良、应用广泛且符合环保要求的聚合物乳液。 单体是形成聚合物的基础，决定着其乳液产品的物理、化学及机械性能。合成苯丙乳液 的共聚单体中，苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等为硬单体，赋予乳胶膜内聚力而使其具有一定的 硬度、耐磨性和结构强度；丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯等 为软单体，赋予乳胶膜以一定的柔性和耐久性。丙烯酸为功能性单体，可提高附着力、润湿 性和乳液稳定性，并赋予乳液一定的反应特性，如亲水性、交联性 等。除了丙烯酸以外，功能性单体还有丙烯酰胺、N－羟甲基丙烯酰胺、丙烯腈等。 单体的组成，特别是软单体和硬单体的比例，会使苯丙乳液的许多性能发生变化，其中 最重要的是乳胶膜的硬度和乳液的最低成膜温度会有显著的变化。共聚单体的组成与所得共 聚物的玻璃化温度 Tg 的关系如下式所示： 1/Tg=w1/Tg1+w2/Tg2+.wi/Tgi 式中 wi为共聚物中各单体的质量分数，Tg为共聚物玻璃化温度，Tgi为共聚物中各单体 的均聚物的玻璃化温度。共聚物的玻璃化温度 Tg越高，膜就越硬；反之， Tg越低，膜越软。 调节苯丙乳液的共聚单体的种类和它们之间的比例，可合成具有不同玻璃化温度的乳液，用 于涂料、胶粘剂等行业。 本实验用苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸进行四元乳液共聚，合成苯丙 乳液。聚合引发剂为过硫酸钾，采用阴离子型十二烷基硫酸钠和非离子型 OP－10 的混合乳 化剂。聚合工艺采用单体预乳化法，并连续滴加单体预乳化液和引发剂溶液。 三、实验材料及设备 苯乙烯31.4mL、甲基丙烯酸甲酯13.2 mL 、丙烯酸丁酯31.1mL、丙烯酸2.7mL、OP-10 3.4g、 十二烷基硫酸钠 3.4g、碳酸氢钠 1.5g、过硫酸钾 1.5g、氨水、三颈瓶、圆底烧瓶、恒温水浴、 冷凝管、搅拌器、滴液漏斗、温度计。 四、实验步骤
1、在圆底烧瓶中，加入100mL水，1.5g碳酸氢钠，3.4g十二烷基硫酸钠，3.4gOP-10、搅拌溶解后再依次加入2.7mL丙烯酸，13.2mL甲基丙烯酸甲酯，31.1mL丙烯酸丁酯，苯乙烯31.4mL，室温下搅拌乳化15min。2、称取1.5g过硫酸钾于锥形瓶中，用30mL水溶液配成引发剂溶液。3、在三颈瓶中加入40mL单体预乳化液，搅拌并升温至72℃后滴加8mL引发剂溶液，约15min滴完。然后同时分别滴加剩余的单体预乳化液和14mL引发剂溶液，1h滴完，再在15min内滴完剩余的8mL引发剂溶液。缓慢升温至90℃，熟化0.5h，冷却反应液至60℃，加氨水调pH至8，出料。五、实验结果凝胶率的测定：称取少量乳液（约2g）于培养血中，放入120℃烘箱中，干燥2h，取出冷却后再称重，则凝胶率为：凝胶率（%）=（干燥后的质量/乳液质量）×100%六、问题与讨论1采用何种手段可以提高乳液稳定性？15
15 1、在圆底烧瓶中，加入 100mL 水， 1.5g 碳酸氢钠， 3.4g 十二烷基硫酸钠， 3.4g OP-10、 搅拌溶解后再依次加入 2.7mL 丙烯酸， 13.2mL 甲基丙烯酸甲酯， 31.1mL 丙烯酸丁酯， 苯 乙烯 31.4mL，室温下搅拌乳化 15min。 2、称取 1.5g 过硫酸钾于锥形瓶中，用 30mL 水溶液配成引发剂溶液。 3、在三颈瓶中加入 40mL 单体预乳化液，搅拌并升温至 72o C 后滴加 8mL 引发剂溶液， 约 15min 滴完。然后同时分别滴加剩余的单体预乳化液和 14mL 引发剂溶液，1h 滴完，再在 15min 内滴完剩余的 8mL 引发剂溶液。缓慢升温至 90o C，熟化 0.5h，冷却反应液至 60o C， 加氨水调 pH 至 8，出料。 五、实验结果 凝胶率的测定： 称取少量乳液（约 2g）于培养皿中，放入 120o C 烘箱中，干燥 2h，取出冷却后再称重， 则凝胶率为： 凝胶率（%）=（干燥后的质量/乳液质量）×100% 六、问题与讨论 1 采用何种手段可以提高乳液稳定性？
第二章胶粘剂与涂料实验1水溶性脉醛树脂的合成及性能测试一、实验目的1.了解脲醛树脂的合成机理；熟悉相关仪器的作用及使用方法；2.掌握脲醛树脂合成工艺；3.了解胶粘剂常用测试指标；熟悉相关仪器的作用及使用方法；4.掌握胶粘剂常用测试指标测试方法。二、实验原理木材工业中应用的是热固性脲醛树脂，一般是在碱酸碱条件下缩聚而成，总反应过程可分为下列两步：1.加成反应：尿素与甲醛水溶液在中性或弱碱性介质中，首先进行的羟甲基化反应（加成反应），生成一羟、二羟和三羟甲基脲同系物。甲醛与尿素的摩尔比小于1，生成一羟甲基脲：(1)NH,CONH,+HOCH,OH-NH,CONHCH,OH+H,O甲醛与尿素的摩尔比大于1，生成二羟甲基脲、三羟甲基脲(2）NH2CONH2+2HOCH2OH-OHCH2NHCONHCH2OH+2H2O(3)OHCH2NHCONHCH,OH+HOCH2OH-→OHCHNHCON(CH2OH)2+H,O2.缩聚反应：缩聚反应在碱性和酸性条件下都能进行，但碱性条件下进行得很慢，故工业上合成UF均在酸性条件下进行。（1）一羟甲基脲与尿素间的缩聚反应NH2CONHCH2OH+NH2CONH2-NH2CONHCH2NHCONH2+H2O（2）二羟甲基脲与尿素间的缩聚反应OHCH,NHCONHCH,OH+NH,CONH2-→OHCHNHCONHCH,NHCONH,+H,O（3）一羟甲基脲间的缩聚反应NH2CONHCH2OH+NH,CONHCH2OH-→NH2CONHCH2NHCONHCH2OH+H2O（4）一羟甲基脲与二羟甲基脲间的缩聚反应2NH,CONHCH,OH+OHCH,NHCONHCH,OHHOCH2NHCONHCH,NHCONHCH2NHCONHCH,OH+2H,O16
16 第二章 胶粘剂与涂料 实验 1 水溶性脲醛树脂的合成及性能测试 一、实验目的 1.了解脲醛树脂的合成机理；熟悉相关仪器的作用及使用方法； 2.掌握脲醛树脂合成工艺； 3.了解胶粘剂常用测试指标；熟悉相关仪器的作用及使用方法； 4.掌握胶粘剂常用测试指标测试方法。 二、实验原理 木材工业中应用的是热固性脲醛树脂，一般是在碱酸碱条件下缩聚而成，总反应过程可 分为下列两步： 1.加成反应：尿素与甲醛水溶液在中性或弱碱性介质中，首先进行的羟甲基化反应（加 成反应），生成一羟、二羟和三羟甲基脲同系物。 甲醛与尿素的摩尔比小于 1，生成一羟甲基脲： （1）NH2CONH2 + HOCH2OH→ NH2CONHCH2OH + H2O 甲醛与尿素的摩尔比大于 1，生成二羟甲基脲、三羟甲基脲 （2）NH2CONH2 + 2HOCH2OH→ OHCH2NHCONHCH2OH + 2H2O （3）OHCH2NHCONHCH2OH + HOCH2OH→ OHCH2NHCON(CH2OH) 2+H2O 2.缩聚反应：缩聚反应在碱性和酸性条件下都能进行，但碱性条件下进行得很慢，故工 业上合成 UF 均在酸性条件下进行。 （1）一羟甲基脲与尿素间的缩聚反应 NH2CONHCH2OH + NH2CONH2→NH2CONHCH2NHCONH2 + H2O （2）二羟甲基脲与尿素间的缩聚反应 OHCH2NHCONHCH2OH + NH2CONH2→ OHCH2NHCONHCH2NHCONH2 + H2O （3）一羟甲基脲间的缩聚反应 NH2CONHCH2OH + NH2CONHCH2OH→ NH2CONHCH2NHCONHCH2OH + H2O （4）一羟甲基脲与二羟甲基脲间的缩聚反应 2NH2CONHCH2OH + OHCH2NHCONHCH2OH→ HOCH2NHCONHCH2NHCONHCH2NHCONHCH2OH + 2H2O
（5）二羟甲基脲间的缩聚反应OHCH2NHCONHCH2OH+OHCH2NHCONHCH2OH-→OHCH2NHCONHCH2NHCONHCH2OH+H2O+CH2O三、实验内容采用二次缩聚法合成水溶性脲醛树脂，并对合成树脂的固含量、固化时间、pH值及粘度进行测试。四、实验原料及设备尿素（100%）、甲醛（37%）、氢氧化钠、氯化铵电动搅拌棒、三口圆底烧瓶（250mL）、球型冷凝管、水浴锅、分析天平、烧杯、量筒玻璃棒、pH试纸等。五、实验配方及操作步骤（一）配方：尿素：100%80g甲醛：37%125mL适量氢氧化钠：20%适量氯化铵：20%（二）操作步骤：（1）将甲醛加入三口圆底烧瓶中，开动搅拌器，用氢氧化钠溶液（5滴左右）调节pH至9，升温到40℃；（2）加入一次尿素（为总量的3/4，即60g），将水浴锅升温至80℃，保温20分钟后，用氯化铵溶液调节pH值至6（6滴左右），继续在80℃保温20分钟；（3）加入二次尿素（为总量的1/4，即20g），将水浴锅升温至85℃，保温15分钟后，降温至70℃，用氢氧化钠溶液调节pH值到7，冷却，当内温达到40℃以下，放料，水溶性脲醛树脂合成完毕。六、实验结果1.固体含量测定固体含量是在规定的测试条件下，测得胶黏剂中非挥发性物质的重量百分数。（1）仪器真空烘箱、表面血（直径24mm）、电子天平（0.0001g）。（2）操作步骤用电子天平称取1-1.2g试样（精确至0.0001g）放入表面皿中。将表面血放入恒定温17
17 （5）二羟甲基脲间的缩聚反应 OHCH2NHCONHCH2OH + OHCH2NHCONHCH2OH→ OHCH2NHCONHCH2NHCONHCH2OH + H2O +CH2O 三、实验内容 采用二次缩聚法合成水溶性脲醛树脂，并对合成树脂的固含量、固化时间、pH 值及粘 度进行测试。 四、实验原料及设备 尿素（100%）、甲醛（37%）、氢氧化钠、 氯化铵 电动搅拌棒、三口圆底烧瓶（250mL）、球型冷凝管、水浴锅、分析天平、烧杯、量筒、 玻璃棒、pH 试纸等。 五、实验配方及操作步骤 （一） 配方： 尿素：100% 80g 甲醛：37% 125mL 氢氧化钠：20% 适量 氯化铵：20% 适量 （二）操作步骤： （1）将甲醛加入三口圆底烧瓶中，开动搅拌器，用氢氧化钠溶液（5 滴左右）调节 pH 至 9，升温到 40℃； （2）加入一次尿素（为总量的 3/4，即 60g），将水浴锅升温至 80℃，保温 20 分钟后， 用氯化铵溶液调节 pH 值至 6（6 滴左右），继续在 80℃保温 20 分钟； （3）加入二次尿素（为总量的 1/4，即 20g），将水浴锅升温至 85℃，保温 15 分钟后， 降温至 70℃，用氢氧化钠溶液调节 pH 值到 7，冷却，当内温达到 40℃以下，放料，水溶性 脲醛树脂合成完毕。 六、实验结果 1.固体含量测定 固体含量是在规定的测试条件下，测得胶黏剂中非挥发性物质的重量百分数。 （1）仪器 真空烘箱、表面皿（直径 24mm）、电子天平（0.0001g）。 （2）操作步骤 用电子天平称取 1-1.2g 试样（精确至 0.0001g）放入表面皿中。将表面皿放入恒定温
度的真空烘箱中，烘干至恒重后，称重。（3）固体含量计算固体含量按下式计算：R= ((M -M)/(M-M)) X100%式中：R——固体含量(%)M一一表面血与干燥后树脂的质量（g）Mi一一表面皿的重量（g）Mz—一表面血与干燥前树脂的重量（g）2.固化时间测定脲醛树脂固化是指树脂加入固化剂后在100℃的沸水中，从树脂开始放入到树脂固化所需要的时间，以秒表示。（1）仪器水浴锅、试管（直径18mm，长150mm），玻璃棒，秒表。（2）操作步骤称取50g试样放入100mL烧杯中，在烧杯中加入占树脂溶液质量乘以其固含量1.7%的氯化铵，搅拌均匀后，立即称取试样2g放入试管中（注意不要使试样黏在管壁上），插入玻璃棒，将试管放入沸水中，沸水的水面比试管液面要高出20mm左右，在不断搅拌下，试样逐渐硬化。当试管放入沸水中时，开始按动秒表，直到玻璃棒突然不能提起的瞬间停止秒表，记录时间。（3）计算氯化铵用量X（g）按下式计算：X=GXRX0.017式中：G一一树脂重量（g）R一一树脂的固体含量（%）3.pH值的测定脲醛树脂合成过程中，用pH试纸测定pH值。（1）仪器：pH计（酸度计）、烧杯（50mL）（2）操作步骤将仪器安装、校好、待用：用滤纸将附于电极上的剩余溶液吸干；将电极浸入试样，轻摇烧杯，使试样均匀（注意玻璃极下端玻璃泡极易损坏，切忌与硬物接触）：pH计显示的值即为试样的pH值；测量完毕后，冲洗电极。18
18 度的真空烘箱中，烘干至恒重后，称重。 （3）固体含量计算 固体含量按下式计算： R=〔( M - M1)/( M2- M1)〕×100% 式中：R——固体含量(%) M——表面皿与干燥后树脂的质量（g） M1——表面皿的重量（g） M2——表面皿与干燥前树脂的重量（g） 2.固化时间测定 脲醛树脂固化是指树脂加入固化剂后在 100℃的沸水中，从树脂开始放入到树脂固化所 需要的时间，以秒表示。 （1）仪器 水浴锅、试管（直径 18mm，长 150mm），玻璃棒，秒表。 （2）操作步骤 称取 50g 试样放入 100mL 烧杯中，在烧杯中加入占树脂溶液质量乘以其固含量 1.7%的 氯化铵，搅拌均匀后，立即称取试样 2g 放入试管中（注意不要使试样黏在管壁上），插入玻 璃棒，将试管放入沸水中，沸水的水面比试管液面要高出 20mm 左右，在不断搅拌下，试样 逐渐硬化。当试管放入沸水中时，开始按动秒表，直到玻璃棒突然不能提起的瞬间停止秒表， 记录时间。 （3）计算 氯化铵用量 X（g）按下式计算： X=G×R×0.017 式中：G——树脂重量（g） R——树脂的固体含量（%） 3.pH 值的测定 脲醛树脂合成过程中，用 pH 试纸测定 pH 值。 （1）仪器：pH 计（酸度计）、烧杯 (50mL) （2）操作步骤 将仪器安装、校好、待用；用滤纸将附于电极上的剩余溶液吸干；将电极浸入试样，轻 摇烧杯，使试样均匀（注意玻璃极下端玻璃泡极易损坏，切忌与硬物接触）；pH 计显示的值 即为试样的 pH 值；测量完毕后，冲洗电极