毫米级大颗粒交联聚苯乙烯白球的磺化工艺研究

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 ：polystyrene sulfonation 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AsishRanjan Mukherjee 和Chitte RRahd 提出合成方法并成功合成。

V ol 138N o 19#8#化 工 新 型 材 料N EW CH EM ICAL M A T ERIA L S 第38卷第9期2010年9月基金项目:陕西省教育厅专项(07JK195);陕西科技大学博士科研启动基金项目(BJ09-11)作者简介:周之燕(1985-),女,在读硕士,师承王秀峰教授,主要从事复合材料方面研究。

聚苯乙烯微球的制备及其在光子晶体中的应用周之燕1 王秀峰1 师 杰2 张新孟1(11陕西科技大学材料科学与工程学院,西安710021;21西安工业大学材料与化工学院,西安710032)摘 要 亚微米级聚苯乙烯微球是一类常见的制备光子晶体的材料。

综述了分散聚合法和乳液聚合法制备光子晶体用单分散聚苯乙烯微球的研究进展;介绍了聚苯乙烯胶体球在蛋白石结构、反蛋白石结构和可调制光子晶体中的应用进展;并提出了今后的研究方向。

关键词 光子晶体,单分散聚苯乙烯微球,蛋白石,反蛋白石,可调制光子晶体Fabrication of polystyrene microsphere and its applicationin the photonic crystalZho u Zhiy an 1 Wang Xiufeng 1 Shi Jie 2 Zhang Xinm eng 1(11Schoo l of M aterial Science and Eng ineering ,Shaanxi U niv ersity o f Science&T echno logy ,Xi .an 710021;21School of M aterial and Chemical Eng ineering,Xi .an U niversity of Scho ol o f Technolog y,Xi .an 710032)Abstract Sub-micr on po ly st yrene pho tonic cry st als is a kind o f co mmon materials for per par ing photo nic cry sta ls.T he development o f the dispersio n po lymer izatio n and emulsio n polymerization wer e r eview ed,w hich were used to prepare the mo no dispersed po ly styr ene micr ospher e.W hile the monodispersed polysty rene wer e obtained,po ly styr ene photonic crystal can be pr epar ed by t he self -assembly metho d.At last,the advance of o pa l,Inv erse opal,tunable pho tonic cry stal wer e int roduced.A t last,the perspectiv e of the futur e research wer e pr edicted.Key words pho tonic cry sta l,mo no disper sed po ly styr ene micr ospher e,opal,inver se o pal,tunable pho tonic cry stal光子晶体材料又称光子带隙材料,指介电常数(折射率)周期性变化的材料,最早是由美国科学家Yablo no vitch [1]和Jo hn [2]在研究自辐射和光子局域化时提出的。

聚苯乙烯工艺设计学生学号：学生姓名：专业班级：指导老师：完成日期：摘要：可发性聚苯乙烯（Expandable PolyStyrene，简称EPS）通称聚苯乙烯和苯乙烯系共聚物，是一种树脂与物理性发泡剂和其它添加剂的混合物。

可发性PS可被加工成低密度（0．7—10．0ib／ft3）的泡沫塑料剂品。

最常见的可发性聚苯乙烯是含有作为发泡剂的戊烷的透明PS粒料。

关键词：可发性聚苯乙烯，悬浮聚合，影响因素一.聚苯乙烯的定义和合成1.1 .定义聚苯乙烯树脂是由苯乙烯单体通过自由基聚合而成的聚合物，英文名称为Polystyrene，简称PS。

其分子结构式为：它是饱和烃类聚合物属热塑性树脂注意：化学性质非常活泼，单体在贮存、运输过程中，需要加入少量的间苯二酚或叔丁基间苯二酚等阻聚剂以防止自聚1.2. 合成●本体聚合——获得的PS纯净度高，主要用来制造对电性能要求高的制品。

●悬浮聚合——获得的PS分子量高分布窄但纯度不如本体聚合PS，可用来制造一般日用和工业用品、和PS泡沫塑料。

乳液聚合——主要用于涂料和PS泡沫塑料。

溶液聚合——主要用于配制清漆。

各种生产方法制得的PS在性能上略有不同。

我国PS的工业化生产主要采用悬浮聚合和本体聚合，其中以悬浮法为主。

1.3.聚苯乙烯的结构聚苯乙烯的分子链上交替连接着侧苯基。

由于侧苯基的体积较大，有较大的位阻效应，而使聚苯乙烯的分子链变得刚硬，因此，玻璃化温度比聚乙烯、聚丙烯都高，且刚性脆性较大，制品易产生内应力。

由于侧苯基在空间的排列为无规结构，因此聚苯乙烯为无定形聚合物，具有很高的透明性。

侧苯基具有很大的空间位阻，造成PS分子链很僵硬，Tg在80℃。

侧苯基的存在使聚苯乙烯的化学活性要大一些，苯环所能进行的特征反应如氯化、硝化、磺化等聚苯乙烯都可以进行。

此外，侧苯基可以使主链上a 氢原子活化，在空气中易氧化生成过氧化物，并引起降解，因此制品长期在户外使用易变黄、变脆。

但由于苯环为共扼体系，使得聚合物耐辐射性较好，在较强辐射的条件下，其性能变化较小。

磺化聚苯乙烯两亲聚合物
磺化聚苯乙烯（简称SPS）是一种两亲聚合物，它具有独特的
化学结构和性质。

磺化聚苯乙烯是通过将苯乙烯聚合物的一部分苯
环上的氢原子进行磺化反应而制得的。

磺化的过程就是在苯环上引
入磺酸基团（-SO3H），这使得聚合物同时具有亲水性和疏水性。

磺
化聚苯乙烯因此具有两亲性质，即在分子中同时具有亲水基团和疏
水基团。

磺化聚苯乙烯的两亲性使得它在许多应用中具有广泛的用途。

首先，由于其亲水性，磺化聚苯乙烯可以用作离子交换树脂的原料，用于水处理、电解质膜等领域。

其次，磺化聚苯乙烯还可以用作燃
料电池的电解质膜材料，其亲水性和离子导电性能使其成为燃料电
池中重要的组件。

此外，磺化聚苯乙烯还可以用于制备抗静电材料、药物传递系统等领域，其独特的两亲性质为这些应用提供了可能。

除了应用，磺化聚苯乙烯的两亲性质也为科学研究提供了丰富
的研究课题。

研究人员可以利用其两亲性质来探索其在生物医学领
域的应用，比如用作药物传递系统的载体等。

同时，磺化聚苯乙烯
的两亲性质也为材料科学和化学工程领域的研究提供了新的思路和
方法。

总的来说，磺化聚苯乙烯作为一种两亲聚合物，具有广泛的应用前景和科研价值。

其两亲性质使得它在多个领域都有着重要的作用，并且为科学家和工程师提供了丰富的研究和开发空间。

希望未来能够有更多的研究和应用能够充分挖掘磺化聚苯乙烯的潜力，为人类社会的发展做出更大的贡献。

磺化聚苯乙烯型阳离子交换树脂的制备与性能研究磺化聚苯乙烯型阳离子交换树脂是一种用于水处理、离子交换和催化等领域的重要材料。

其制备与性能研究可以帮助我们了解其结构特征、交换性能及应用潜力。

本文将介绍磺化聚苯乙烯型阳离子交换树脂的制备方法和其性能研究的相关内容。

磺化聚苯乙烯型阳离子交换树脂的制备方法主要包括聚合、磺化和交联三个步骤。

聚合步骤中，通常选择苯乙烯为单体，以二氯甲烷为溶剂，过氧化苯乙烯为引发剂进行自由基聚合反应。

得到的聚苯乙烯样品经过溶剂抽提和干燥处理后，进行磺化反应。

常用的磺化剂包括浓硫酸、浓硝酸和冰醋酸等。

磺化反应一般在适当的温度和时间下进行，以保证磺化反应的充分程度。

最后，通过交联反应将磺化的聚苯乙烯样品转化为交联树脂。

常用的交联剂包括二氯甲烷、二氯甲烷/二溴乙烷混合溶剂等。

经过交联反应后，样品通过溶剂抽提和干燥处理得到最终的磺化聚苯乙烯型阳离子交换树脂。

磺化聚苯乙烯型阳离子交换树脂的性能研究主要包括其结构表征、交换性能和稳定性的分析。

结构表征可以通过红外光谱（FT-IR）、核磁共振（NMR）等方法进行。

这些表征方法可以揭示磺化聚苯乙烯型阳离子交换树脂的官能团含量和结构特征，为进一步的分析提供基础。

交换性能的分析主要包括对不同离子的吸附性能和选择性的研究。

可以通过吸附-解吸实验、批处理实验和离子选择性实验等方法进行分析。

稳定性的分析可以通过热重分析（TGA）、循环吸附和再生实验等方法进行。

这些性能研究可以帮助我们了解磺化聚苯乙烯型阳离子交换树脂的应用潜力和改进方向。

磺化聚苯乙烯型阳离子交换树脂的制备和性能研究是一个综合性课题，需要综合运用化学合成、材料科学和表征技术等多个学科的知识。

通过制备不同组成和结构的磺化聚苯乙烯型阳离子交换树脂，并对其进行综合性的性能研究，可以为其应用于水处理、离子交换和催化等领域提供基础数据和科学依据。

这对于提高水质净化效率、减少废物排放和提高催化反应的选择性等具有重要意义。

31995206207收稿,1996204218修稿单分散、大粒径聚苯乙烯微球的制备3曹同玉　戴　兵　戴俊燕　王艳君　袁才登(天津大学应用化学系　天津　300072)摘　要　以聚乙烯基吡咯烷酮为分散剂、偶氮二异丁腈为引发剂、醇/水混合物为分散介质进行了苯乙烯的分散聚合,讨论了初始单体浓度、分散剂用量、引发剂浓度、分散介质组成和反应温度等反应条件对所得聚合物颗粒直径和直径分布的影响.通过大量的试验,筛选出了较为理想的分散聚合的条件及配方,制备出了粒径为418μm 的单分散聚苯乙烯微球.然后,以分散聚合所制得的聚合物颗粒为种子,用动力学溶胀法制成了粒径增大近四倍的单分散、大粒径聚苯乙烯微球,并讨论了滴水速度和补加分散剂对溶胀的影响.关键词　单分散,大粒径,聚合物微球,分散聚合,动力学溶胀法单分散、大粒径、具有不同颗粒形态和表面特征的聚合物微球因其具有比表面大、吸附性强、凝集作用大及有表面反应能力等特异性质,故在标准计量、医学免疫、生物工程、分析化学、情报信息、化学工业及微电子等领域里有着极其广阔的应用前景[1～3].Vander 2hoff 等人[4,5]曾在宇宙飞船上的失重条件下用种子乳液聚合法制成了粒径为2～30μm 的单分散聚苯乙烯(PSt )微球.但毕竟因其成本太高,而且这样的条件在地面上不易获得,故该项技术难以普及推广.如何在地球表面上的通常条件下制备出单分散、大粒径的聚合物微球是为研究者提出的重要课题.近年来人们用分散聚合法[6～10]及种子溶胀法[11～13]合成出了不同种类、不同级别的单分散、大粒径聚合物微球,并且已应用到了许多技术领域,但对其合成技术的规律性研究尚处于刚刚起步阶段,其理论远未成熟,有待于进一步深化和提高.本工作中首先研究了各种反应条件对分散聚合所得聚合物颗粒直径及直径分布的影响,然后以分散聚合制得的单分散聚合物颗粒为种子,用动力学溶胀法(DSM )制得了单分散、大粒径PSt 微球.1　实验部分111　试剂试验中所用的单体苯乙烯(St )为工业纯的,用前经减压蒸馏;引发剂偶氮二异丁腈(A IBN )为化学纯的,用前用无水乙醇进行重结晶;分散剂聚乙烯基吡咯烷酮(PV P )和聚乙烯醇(PVA )为试剂级的;所用的无水乙醇为分析纯的,不加处理,直接使用;反应中所用的水为去离子水.112　分散聚合试验表1为分散聚合基本配方,在分散聚合的条件试验和动力学试验中,除特别指明外,第2期1997年4月高　分　子　学　报ACTA POL YM ERICA SIN ICANo.2Apr.,1997158其它组分均按表中所列用量.将PV P 溶于由乙醇和水组成的混合溶剂中,将其投入装有温度计、搅拌器和冷凝器的250ml 四口瓶内,通氮气保护,于70℃下预分散30min ,然后加入单体St 和引发剂A IBN ,在70℃下反应12h.反应过程中,每隔一定时间,取样,在光学显微镜下观察并记录现象.反应完成后,收集分散液并测定有关数据.T able 1　Recipe for dispersion polymerizationComposition St PVP AIBN Ethanol Water Weight (g )30102100136014716113　动力学溶胀试验对分散聚合所制备的PSt 种子用St 进行溶胀,以制备更大粒径的单分散聚合物微球.本工作中采用缓慢而均匀滴加水的动力学溶胀法,其配方如表2所示.按表2配方称取醇,水、St 、A IBN 和PVA ,并配成溶液,加入PSt 种子分散液,一起倒入四口瓶中,开动搅拌.然后通过一套医用输液装置以一定速度向体系内均匀滴加水.在滴加过程中,定时取样,在光学显微镜下观察并记录现象.T able 2　Recipe for dynamic swelling methodComposition Ethanol Water St PVA AIBN PSt seed particlesWeight (g )241017610311601120101601016 3160g of water was post 2added in the case of DSM114　分析测试聚合物微球直径用日产J EM 21000X 型透射电子显微镜和XSS 22型光学显微镜测定.用显微镜照像法拍摄微球样品的照片,随机抽取100个微球,测其直径并进行统计处理.微球的直径通过电镜进行测量和标定.微球的平均直径、标准偏差δ和分散系数ε按下列公式计算:d =6ni =1d i /n(1)δ=6ni =1(d i -d )2/(n -1)58015(2)ε=δ/d(3)式中d i ———单个微球直径;d ———微球平均直径;n ———样本容量;δ———标准偏差;ε———分散系数.2　结果与讨论211　分散聚合的影响因素不同的聚合反应条件对分散聚合,尤其是对最终聚合物颗粒的直径及直径分布有着很大的影响.在本工作中,主要研究了初始单体浓度(St )、分散剂用量(PV P )、引发剂浓度(I )、分散介质的组成(E )以及反应温度(T )等参数对分散聚合的影响,找到了分散聚合的一般规律,确定了分散聚合能够正常进行的条件范围,并筛选出了用来制备单分散种子颗粒的分散聚合最佳工艺和最适宜的反应条件.21111　初始单体浓度的影响　初始单体浓度是分散聚合一个重要参数.为了研究它的影9512期曹同玉等:单分散、大粒径聚苯乙烯微球的制备Fig.1　E ffect of initial monomer concentration on size andsize distribution T =70℃,[PVP ]=210%(wt ),[I]=1g/100g monomer ,[E]=8819g/100g media响,在不同单体浓度下进行了分散聚合,并分别测定了其颗粒直径和直径分布,结果示于图1中.由图可以看出,随着初始单体浓度的增大,粒子平均直径增大,直径分布变宽.初始单体浓度对颗粒直径的影响关键在于分散介质对聚合物初始溶解度的改变.随着初始单体浓度的增大,分散介质对聚合物链的溶解性增大,聚合物的临界链长增大,致使在成核阶段形成的初级粒子和次级粒子的数目减少,因而导致最终聚合物颗粒粒径增大.随着初始单体浓度的增大,颗粒的直径分布变宽.原因是单体浓度增大时,溶液中聚合反应速率加快,齐聚物自由基和死聚合物链生成速率也加快,颗粒的相对捕捉效率下降,体系中的次级粒子不能有效地捕捉连续相中的齐聚物自由基和死聚合物链,这些未能被及时捕捉的齐聚物自由基和死聚合物链从连续相中沉析出来就有可能有足够的时间结合足够的分散剂而稳定存在,形成新的能够继续长大的次级粒子,这就是所谓的“二次成核”或“多次成核”.“二次成核”的存在必然引起粒子生长得不均匀,造成最终粒径分布变宽.从某种意义上讲,“二次成核”的出现相当于延长了分散聚合的成核期,这也将导致最终颗粒单分散性变差,粒径分布变宽.Fig.2　E ffect of PVP concentration on size and size distributionT =70℃,[St ]=30%(wt ),[I ]=1g/100g monomer ,[E]=8819g/100g media21112　分散剂用量的影响　分散剂PV P 用量对聚合物颗粒直径及直径分布的影响见图2。

功能高分子材料课程论文磺化聚苯乙烯型阳离子交换树脂的制备与性能研究专业：材料工程系学生姓名：班级：学号：完成时间： 2013年1月7 日摘要介绍了磺化聚苯乙烯（SPS）型离子交换树脂的合成方法；综述了近年来在氯甲基化反应、Mannich反应以及磺化反应上的新进展、新理论；从结构上对聚苯乙烯型离子交换树脂的强度和热稳定性进行了分析。

聚苯乙烯型离子交换树脂具有稳定的物理化学性质、吸附选择独特、再生容易、操作简便、使用周期长等优良性能，大大促进了化工企业、制药工业、环保、医疗、分析等行业的发展，具有广阔的发展前景。

关键词聚苯乙烯型离子交换树脂；苯乙烯；二乙烯苯；浓硫酸；磺化目录1 磺化聚苯乙烯型阳离子交换树脂的合成 (4)1.1目的要求 (4)1.2 原理 (4)1.3所需仪器、药品 (5)1.4实验步骤 (5)2 磺化聚苯乙烯型阳离子交换树脂的性能研究 (6)2.1 SPS的结构分析 (7)2.2硫酸的用量对SPS磺化度的影响 (7)2.3磺化度对离子交换容量(IEC)的影响 (8)2.4磺化度对SPS电导率的影响 (9)2.5SPS溶液的特性粘数 (9)3 结论 (10)参考文献.......................................................................................11致谢 (12)离子交换树脂由加聚型到聚苯乙烯型的转变是一个质的飞跃。

在合成离子交换树脂的初期，主要是以加聚型为主，但是合成的树脂难以成球状并且化学稳定性较差，机械强度不好，在使用过程中常有可溶性物质渗出。

磺化聚苯乙烯树脂以聚苯乙烯为骨架，与小分子的功能基以化学键的形式结合，因此既保留了原有低分子的各种优良性能，又由于高分子效应可增添新的功能，这使得离子交换树脂的性能大幅度提高，品种成倍地增加，应用范围迅速扩大，大大促进了化工企业、制药工业、环保等行业的发展，对世界经济、政治、军事的发展产生了巨大的影响。

聚苯乙烯交联微球的制备【实验目的】1.了解苯乙烯自由基聚合的基本原理以及悬浮聚合的原理。

2.学习悬浮聚合的操作方法，了解配方中各组分的作用。

3.通过对聚合物颗粒均匀性和大小的控制，了解分散剂、升温速率、搅拌形式与搅拌速率对悬浮聚合的重要性。

【实验原理】悬浮聚合是在悬浮体系中进行的一种聚合方法。

以苯乙烯为例，这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作用下，液滴达到一定的大小和分布。

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，最后再次与水分层，同时，聚合到一定程度以后的液滴中溶有黏性聚合物也可以使液滴相互黏结。

因此，在悬浮聚合体系中还需要加入分散剂，常用的分散剂有明胶，聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸钠、纤维素衍生物或碳酸镁、磷酸钙等。

本实验是在油溶性引发剂过氧化二苯甲酰存在下，用悬浮聚合方法进行的苯乙烯与二乙烯苯的共聚反应，在液滴中的自由基聚合机理如图3-1。

所得产物为白色小珠，可作为苯乙烯型阳(阴)离子交换树脂的母体（称为白珠）。

其中二乙烯苯起着交联作用，使聚合物其有网状结构，二乙烯苯的用量改变就会显著影响聚苯乙烯微球的交联度，从而影响微球的性能。

此外，聚合物微球的粒径主要是通过调节悬浮聚合的反应条件、分散剂种类与比例来实现。

图3-1过氧化二苯甲酰引发苯乙烯自由基聚合机理【实验仪器及试剂】1.实验仪器三口烧瓶（250mL）1只机械搅拌器1套球形冷凝管1支温度计（100℃）1支恒温水浴锅1套表面皿1个烧杯（100mL）1个量筒（25mL，10mL）各1个（公用）滴管1根布氏漏斗1个抽滤瓶1个滤纸等若干22.实验试剂苯乙烯（除去阻聚剂）20mL二乙烯苯（除去阻聚剂）3mL过氧化二苯甲酰（BPO，重结晶）0.4g明胶0.5g去离子水100mL次甲基兰水溶液(0.5%)3~5滴【实验步骤】1.如图3-2所示，将冷凝管、温度计和搅拌装置安装于三口烧瓶上，检查搅拌器运转是否正常。