聚醋酸乙烯酯(PV Ac>的合成與分析
一、實驗目的：
1.學習乳化聚合方法合成聚合體
2.學習使用pH計
3.學習使用萬能拉力試驗機
4.學習分析紅外線光譜圖
二、實驗原理
乳化聚合第一次被使用是在第二次世界大戰時，製造1,3-Butadiene 及Styrene 之合成橡膠時的方法。其較Bulk Polymerization 來說，熱傳及黏度的問題都能獲得良好的改善。經乳化聚合所得的產物，稱之為乳液(Latex>，有時產物不需再進一步處理就可直接拿來使用。
以水為分散媒(連續相>，加入乳化劑(Emulsifier or Surfactant>及水溶性起始劑，在攪拌下進行聚合反應。而一般典型之乳化聚合的進料如下：
1.單體相：
單體(油溶性，不溶於水>
鏈轉移劑(油溶性，不溶於水，用於控制分子量大小>
2.水溶液相：
水(分散媒或連續相>
起始劑(水溶性>
乳化劑(具親水、親油端>
市售的「萬能膠水」合成膠劑，即為乳化聚合的聚醋酸乙烯酯黏合劑，將醋酸乙烯酯單體分散於水中，利用過硫酸鉀為起始劑，加熱聚合生成高分子聚合物。
圖1 聚醋酸乙烯酯反應結構圖
乳化聚合方法通常裝設簡單攪拌反應器，在加入乳化劑、起始劑的水溶液和單體後，一邊攪拌一邊加熱即可製備出乳液，一般聚合溫度控制在70~90℃之間。因醋酸乙烯酯聚合熱較大，反應溫度上昇顯著，要想獲得高濃度之安定乳液較困難，因此一般採分批加入法。
乳化聚合法的優點為：
1.容易控制：反應混合物的黏度遠小於相同濃度的真溶液，大
量的水可增加其熱容量，且反應混合物可迴流。
2.可同時獲得高聚合速率和高平均鏈長(使用高乳化劑濃度和低
起始劑濃度>。
3.乳液成品可直接利用。
4.乳液粒子小，有助於低程度殘留單體成品之獲得。其缺點為：
1.不易獲得純聚合體(乳化劑不易移除>。
2.欲收取固態聚合體需相當的技術。
3.水的加入降低了每單位反應器體積的聚合體產量。
三、儀器及藥品
1.儀器項目
2.藥品清單
3.儀器裝置圖
圖2 儀器裝置圖
四、實驗步驟
(1>乳液聚合1.架設實驗裝置如圖2所示，並準備藥品。
2.於四口圓底燒瓶內加入蒸餾水150ml，再加入1.5g羧甲基纖維
素，啟動攪拌馬達，轉速設定250rpm。
3.啟動加熱包電源開關，溫度設定在70℃，慢慢加熱。
4.加熱一段時間後，當溫度達到約50～60℃時，依次加入5g十
二烷基硫酸鈉、0.5g磷酸三鈉、1g過硫酸鉀，最後滴入10g的醋酸乙烯酯。
5.當溫度達到70℃後，開始將剩餘的90g醋酸乙烯酯單體，於1
小時內滴入，滴完後繼續攪拌。從滴入單體開始，每隔5分鐘，
記錄反應溫度。
6.當溶液溫度上升到最高點後(約80℃>，溫度開始緩緩下降，關
閉加熱包電源，停止加熱，繼續攪拌，直到冷卻至室溫為止。
7.將反應後的乳液倒出，測量固成份含量、pH值及黏著強度，
並利用紅外線光譜測定結構。
(2>乳液的性質測試
1.固成份測定：秤取5g的乳液，於105℃下烘乾2小時，取出
後，冷卻至室溫加以秤重，測量重量比值。
2.pH值測定：利用pH計，經校正後測定乳液pH值。
3.黏著強度測試：
利用乳液將兩片木片黏合，固定接著面積，加壓乾燥後，利
用萬能拉力試驗機，測量抗張強度(測量5次試片，取平均值
和標準偏差>。
五、實驗記錄及數據
1.添加物使用量
2.乳化聚合時溫度記錄<每五分鐘記錄一次）
3.聚合過程中乳液觀察
(1>顏色變化
(2>黏度變化
(3>乳液有無微粒形成，是否有聚集現象
(4>溫度最高溫為何
4.乳液物性測試
測試方法請參考實驗步驟(2>乳液的性質測試，將所測試結果
記錄下來。
六、問題與討論
1.乳化聚合機構為何(可分為三個階段>？
2.請說明自由基聚合與逐步聚合反應的差異性？並舉例說明。
3.聚醋酸乙烯酯的乳液應用在哪些方面？國內有哪些製造廠商？
4.乳化聚合中所使用的界面活性劑的用途為何？有哪幾種分類？
有何區別？
5.何謂臨界微胞濃度(critical micelle concentration>？
6.請說明起始劑、增稠劑、溫度及攪拌速度對乳化聚合的影響？
7.請說明如何將聚醋酸乙烯酯進一步鹼化成聚乙烯醇？
七、附錄
萬能拉力機的操作與測試：
1.氣壓機插電，將氣壓機紅色按鈕拉起
2.將筆電裝上，接上拉力機連接線(接在電腦後方右邊>開機
3.開啟拉力機左後方黑色電源
4.電腦開機後，選第一項(Man-Yi>
5.點選桌面：大學部拉力試驗 Vac聚合反應
6.點選桌面：TRAPEZIUM2 輸入帳號及密碼：user
7.將NEW選單拉下，選TEST，NEXT，TEST1，NEXT
Batch size(Sample種類1>、
SubBatch size (每種類測試次數 5>，輸入完畢右邊點空白處即會出現相關條件
8.輸入sample厚度、寬度、長度，再按兩次NEXT，Finish，進入
操作頁面
9.拉力機部份先試夾夾具大約高度後，再將下極限固定以防夾具碰
撞，將拉力機後面延伸計向後轉
10.力量歸零(按ZERO鍵>。右手邊氣閥控制上夾具，先夾住試片上端，試片位置需置中且正
