苯乙烯悬浮聚合实验条件优化探讨

丁波秦岭曾彬奉喜中

摘要：通过悬浮聚合法制取了聚苯乙烯(Ps)。主要探讨了引发剂用量、搅拌速度、温度、分散剂用量对苯乙烯悬浮聚合的影响。结果表明：在苯乙烯用量为20ml，引发剂过氧化二苯甲酰（BPO）用量为0.7g，搅拌速度控制在300r/min，温度控制在70-90℃，反应时间4h左右，油水比为1:5的实验条件下，以聚乙烯醇为有机分散剂，滑石粉为无机分散剂时，所得的聚苯乙烯颗粒尺寸适中、透明度良好，产率85%以上。

关键词：苯乙烯；悬浮聚合；聚苯乙烯

Abstract：Tookthepolystyrenebysuspensionpolymerizationmethod（ps）.Mainlydiscussestheinitiatordosage,stirringspeed,temperatureanddosageofdispersantsonthesuspensionpolymerizationofstyrene.Resultsshowthatthedosageofstyreneto20ml,th-einitiator2benzoylperoxide(BPO)dosageis0.7g,stirringspeedcontrolin300r/min,thetemperaturecontrolin70-90℃,thereactiontimeof4h,oil-waterratioof1:5experi-mentalconditions,withpolyvinylalcoholasorganicdispersant,inorganicdispersantsfort-alcumpowder,thepolystyreneparticlesizeismoderate,goodtransparency,theyieldover85%.

Keywords：Styrene;Suspensionpolymerization;polystyrene

0前言

聚苯乙烯(Polystyrene，简称PS)合成的塑料目前已经走进家家户户，早已成为世界的五大塑料之一。其合成多采用悬浮聚合工艺，流程简单，反应条件容易控制，反应产物为均匀珠状颗粒物。大小均一，表面光滑的产物可直接用来加工成型【1】。在合成过程中，起关键作用的影响因素有：引发剂种类、分散剂的用量、温度、搅拌的速度；以上因素控制不当易引起粒料的粘结，影响单体聚合【2】【3】。苯乙烯在实验室聚合时出现粒料粘结，甚至粘结成块较于常见。

1实验方法

（1）苯乙烯的精制：取30ml苯乙烯于分液漏斗中，用5%氢氧化钠溶液20ml分3次洗涤，然后使用蒸馏水洗涤至水层呈中性，单体用无水硫酸钠干燥3小时。

将干燥后的苯乙烯倒入100ml蒸馏瓶中，进行减压蒸馏，收集44℃/20mmHg或59℃/40mmHg的馏分，记下馏分温度压力。

（2）苯乙烯的悬浮聚合：在装有温度计、搅拌器、回流冷凝器的250ml三口烧瓶中，加入100ml蒸馏水、0.073g聚乙烯醇。在500r/min的搅拌速度下，在20min内升温到85℃-90℃，使聚乙烯醇溶解；再将温度降至60～70℃，泡沫消失后立即加入0.23g滑石粉并继续搅拌2~5min。

在20ml的精致的苯乙烯中加入0.7g引发剂（过氧化苯甲酰），直至溶解完全，将混合物加入到烧瓶中。

维持温度在60-70℃转速不变，反应1h后，再升温至75-80℃，反应1.5h，再升温到80-90℃，4.5h后，此时若出现颗粒太小且要控制颗粒大小时，可以适当降低转速。同时每隔15min可用吸管吸取少量物料于表面皿中进行观察，如颗粒变硬发脆，即可以认为反应基本达到终点，停止加热，同时一边搅拌一边用冷水慢慢冷却至室温。

（3）产品分离提纯；用布氏漏斗抽滤，并用热水洗涤3次，最后在50℃的鼓风干燥箱中烘干至恒重。

2结果与讨论

2.1分散剂的选择与用量

实验条件：20ml精制后的苯乙烯，引发剂BPO0.7g，水100ml，搅拌速度300r/min，反应温度85℃，改变分散剂及其用量考察其对聚合反应的影响。实验结果见表2

表2分散剂的选择与用量对聚合反应的影响

由实验结果可看出，随着有机分散剂用量的增加，得到的颗粒透明度下降，粒度较小且不均匀，其原因是分散剂包裹在液滴外层，阻止聚合反应的继续进行，从而致使颗粒透明度不好，同时聚合物微球粒子周围的分散剂浓度增大，对凝聚产生阻碍作用，因此得到的颗粒小且不均匀。

缺少无机分散剂反应，会导致反应中期有部分产物结块。

综上可知，在当前实验条件下，使用0.073g聚乙烯醇，0.23g滑石粉作为分散剂为宜。

2.2搅拌速度

实验条件：20ml精制后的苯乙烯，引发剂BPO0.7g，水100ml，反应温度85℃，聚乙烯醇0.073g，滑石粉0.23g，观察在不同的搅拌速率下，聚合反应的变化情况，结果见表3

表3搅拌速度对聚合反应的影响

由上表可看出：搅拌速度越快，会使形成的颗粒相互分散，最终形成较小的粒子；而搅拌速度过慢，又会导致小粒子相互粘结【1】。综合考虑在实验条件下选择搅拌速度以300r/min为宜。

2.3温度

实验条件：20ml精制后的苯乙烯，引发剂BPO0.7g，水100ml，搅拌速度300r/min，聚乙烯醇0.073g，滑石粉0.23g，观察不同的反应温度对聚合反应的影响。结果见表4

表4温度对聚合反应的影响

由上表可看出：随着温度的升高，颗粒的透明度逐渐增加，但温度高于90℃后，其透明度又有所下降【1】；同时在高温和低温下聚合反应均会出现结块现象，产生的颗粒不均匀。因此，聚合反应温度控制在85℃左右为宜。

2.4引发剂用量对聚合反应的影响

文献表明，随着引发剂BPO用量的增加，聚合物颗粒变大、反应时间缩短【1】。故在该实验条件下，引发剂用量0.7g为宜。

3结论

根据实验结果及讨论，可得最佳实验条件：苯乙烯用量为20ml，水用量为100ml，引发剂BPO0.7g，有机分散剂聚乙烯醇0.073g、无机分散剂滑石粉0.23g，搅拌速度300r/min，温度控制在85℃左右，反应时间4小时为宜。

参考文献

[1]王俏，张玉琦，刘勇.苯乙烯悬浮聚合工艺条件优化[J].化学与生物工程.2010，27（4）；71-73.

[2]潘祖仁.高分子化学（第四版）[M].化学工业出版社.2007;60-75;140-143

[3]董素芳.PS的悬浮聚合中悬浮剂的应用[J].2010年塑料助射生产与应用技术、信息交流会论文集.2010;372-374.

作者简介：丁波，男，1988-，汉，湖北咸宁人，浙江中协能源科技有限公司，大学本科，主要从事煤炭行业。