碘量法在苯乙烯乳液聚合中的應(yīng)用

陳小敏

摘 要：文章通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比不同量乳化劑對(duì)聚合反應(yīng)速度和產(chǎn)物的相對(duì)分子質(zhì)量的影響，介紹了碘量法在苯乙烯乳液聚合中間接測(cè)定反應(yīng)程度，用化學(xué)分析的方法去測(cè)定聚合物單體的殘余含量。

關(guān)鍵詞：苯乙烯，碘量法，乳化劑

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ316.334 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）17-0173-02

苯乙烯乳液聚合是指苯乙烯借助乳化劑和機(jī)械攪拌，使苯乙烯單體分散在水中形成乳液，再加入引發(fā)劑引發(fā)單體聚合的反應(yīng)過(guò)程。它與其它的聚合類(lèi)型反應(yīng)機(jī)理有所不同，乳液膠束是聚合的主要場(chǎng)所，而聚合的生成物是帶有膠體特征的聚合物膠乳。

乳化劑是乳液聚合中的主要組分，當(dāng)乳化劑水溶液超過(guò)臨界膠束濃度時(shí)，開(kāi)始形成膠束。

采用碘量法測(cè)定反應(yīng)后乳液中單體的含量，可以間接計(jì)算乳液聚合的反應(yīng)程度，為測(cè)定苯乙烯乳液聚合的聚合度提供了一種簡(jiǎn)單、快捷的方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 化學(xué)試劑

苯乙烯（CP），過(guò)硫酸鉀（AR），油酸鈉（AR），氯化鋁，氫氧化鈉，乙醇，去離子水，10%碘化鉀溶液，0.5%淀粉指示劑，0.5%十二烷基硫酸鈉溶液，20%硫酸溶液，硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液（0.1065 mol/L），溴—溴化鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液（CBr2=0.1056 mol/L）。

1.2 儀 器

三口瓶，回流冷凝管，電動(dòng)攪拌器，恒溫水浴，溫度計(jì)，量筒，移液管，燒杯，布氏漏斗，抽濾瓶，水泵，分析天平（感量0.0001 g），250 ml碘量瓶，50m l移液管，50 ml堿式滴定管。

1.3 原 理

①乳液聚合主要在乳化劑作用下形成的膠束和乳膠粒內(nèi)進(jìn)行，乳膠粒的形成有膠束成核與均相成核兩種方式。

乳液聚合通常分為四個(gè)階段：分散初期階段，乳膠粒生成階段，乳膠粒長(zhǎng)大階段，聚合完成階段。

隨著反應(yīng)的進(jìn)行，由于Trommsdroff效應(yīng)，苯乙烯乳液聚合速率常常出現(xiàn)中后期加速現(xiàn)象，直至反應(yīng)把苯乙烯消耗完?；瘜W(xué)反應(yīng)方程式如下：

②苯乙烯單體中碳碳雙鍵與溴進(jìn)行加成反應(yīng)，所消耗的量通過(guò)碘化鉀和硫代硫酸鈉進(jìn)行氧化還原反應(yīng)測(cè)得。化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

1.4 實(shí)驗(yàn)步驟

本實(shí)驗(yàn)分兩組進(jìn)行，第一組乳化劑用量為0.3000 g ；第二組乳化劑用量為0.6000 g；乳化劑選用油酸鈉。

引發(fā)劑的配制：每?jī)山M分別在100 ml烘干的干凈小燒杯中共稱(chēng)取K2S2O8樣品0.3200 g+0.0200 g，用吸量管準(zhǔn)確加入去離子水或蒸餾水，充分溶解，使引發(fā)劑的濃度達(dá)到0.1000 g K2S2O8/100 mlH2O。

向裝有攪拌裝置、冷凝裝置和溫度計(jì)的250 ml三口圓底燒瓶中加入50 ml蒸餾水和乳化劑，用吸量管移取1 ml 10%的NaOH溶液。開(kāi)動(dòng)攪拌裝置并對(duì)圓底燒瓶進(jìn)行水浴加熱，待乳化劑溶解后，燒瓶?jī)?nèi)溫度達(dá)80 ℃左右，用吸量管準(zhǔn)確加入10 ml K2S2O8溶液及10 ml苯乙烯單體于燒瓶?jī)?nèi)，快速升溫至90+1℃，并保持在此溫度下反應(yīng)90 min，然后終止聚合反應(yīng)。

將反應(yīng)完的乳液倒入250 ml大燒杯中，加2 g氯化鋁，開(kāi)動(dòng)攪拌裝置，快速攪拌使乳液凝聚。然后采用布氏漏斗吸濾，吸濾后的PS用80 ℃左右熱水洗滌至用濃度為1%的AgNO3溶液檢查無(wú)Cl—為止，濾液備用。洗滌干凈的PS再用25 ml乙醇浸泡1 h，再二次抽濾并用20 ml乙醇洗滌PS并回收洗滌的乙醇，然后把抽干的聚合產(chǎn)物置于60 ℃的烘箱中烘干，最后稱(chēng)重、并計(jì)算轉(zhuǎn)化率。

準(zhǔn)確稱(chēng)取上述吸濾后的濾液5 g（精確到0.0001 g），加入已有30 ml 0.5%十二烷基硫酸鈉溶液的碘量瓶中，用移液管加入50 ml溴—溴化鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液（CBr2=0.1056 mol/L），震蕩、搖勻。繼續(xù)分別加入20 ml 10%碘化鉀溶液，20 ml 20%硫酸溶液，蓋好瓶蓋，輕輕搖勻后進(jìn)行水封，置于暗處反應(yīng)10 min，然后用濃度為0.1065 mol/L的Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，快速滴定至近終點(diǎn)再加入3 ml 0.5%淀粉指示劑，繼續(xù)滴定至藍(lán)色剛好消失。平行測(cè)定三次，并做空白試驗(yàn)。

1.5 計(jì)算公式

①最終的轉(zhuǎn)化率=（固含量—不揮發(fā)組分量）/單體量

2 結(jié)果與討論

2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

采用傳統(tǒng)的直接重量法和間接的碘量法對(duì)不同量的乳化劑作用下的苯乙烯聚合反應(yīng)的程度進(jìn)行了試驗(yàn)，得到的結(jié)果見(jiàn)表1。

從表1可以看出，直接重量法測(cè)定的結(jié)果與化學(xué)分析碘量法的結(jié)果非常的接近，說(shuō)明化學(xué)分析在苯乙烯乳液聚合的反應(yīng)程度計(jì)算方面是可行的，為測(cè)定苯乙烯的聚合反應(yīng)提供了另一種方法。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響因素

①實(shí)驗(yàn)中加入0.5%十二烷基硫酸鈉溶液是作為一種表面活性劑和分散劑，可促進(jìn)苯乙烯乳液的分散。

如不加該溶液，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中試樣分散不均勻，會(huì)影響終點(diǎn)判斷和結(jié)果準(zhǔn)確性。

②由于單質(zhì)碘不穩(wěn)定，所以實(shí)驗(yàn)過(guò)程中必須暗反應(yīng)，而且需要快速滴定，這樣指示劑的顏色變化會(huì)對(duì)最后的結(jié)果造成一定的影響。

③在反滴定過(guò)程中，應(yīng)在滴定接近終點(diǎn)時(shí)加入淀粉溶液，防止較多的單質(zhì)碘被淀粉包住，影響終點(diǎn)的確定。

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