磁性聚苯乙烯的制备
一、实验目的
1、熟悉悬浮聚合的实验方法,掌握悬浮聚合的配方及各组份的作用；
2、了解利用原位聚合的方法制备磁性聚合物的一般过程，并与纯聚苯乙烯悬浮聚合过程及产物进行对比。 二、实验原理
悬浮聚合是通过强力搅拌并在分散剂的作用下，把单体分散成无数的小液珠悬浮于水中由油溶性引发剂引发而进行的聚合反应。
在悬浮聚合体系中，单体不溶或微溶于水，引发剂只溶于单体，水是连续相，单体为分散相，是非均相聚合反应。
但聚合反应发生在各个单体液珠内，对每个液珠而言，从动力学的观点看，其聚合反应机理与本体聚合一样，每一个微珠相当于一个小的本体，因此悬浮聚合也称小珠本体聚合。单体液珠在聚合反应完成后成为珠状的聚合产物。
悬浮聚合克服了本体聚合中散热困难的问题，但因珠粒表面附有分散剂，使纯度降低。 苯乙烯（St）通过聚合反应生成如下聚合物。反应式如下：
聚苯乙烯磁性微球是应用最为普遍的一种磁性微球, 它具有比表面积大, 吸附性能好, 在外磁场作用下易于磁分离等优点, 尤其是在固载催化剂应用方面, 不溶性聚苯乙烯膜或球与可溶性载体如聚乙二醇比较, 在催化剂的分离、回收上更简单方便。
本实验以聚乙烯醇/水为介质, 苯乙烯为单体, 在经油酸表面修饰的磁性纳米颗粒的存在下, 采用悬浮聚合法, 制备聚苯乙烯磁性微球。与其它方法相比, 悬浮聚合法具有以下优点：操作简单安全, 成本低、颗粒大小可控制在较小范围、产品后处理简单, 纯度高, 可进行大批量生产等。
在悬浮聚合过程不溶于水的单体依靠强力搅拌的剪切力作用形成小液滴分散于水中，单体液滴与水之间的界面张力使液滴呈圆珠状，但它们相互碰撞又可以重新凝聚，即分散和凝聚是一个可逆过程。当微珠聚合到一定程度，珠子内粒度迅速增大，珠与珠之间很容易碰撞粘结，不易成珠子，甚至粘成一团。
为了阻止单体液珠在碰撞时不再凝聚，必须加入分散剂，选择适当的搅拌器与搅拌速度。
CHCH2引发剂加热CHCH2nn分散剂在单体液珠周围形成一层保护膜或吸附在单体液珠表面，在单体液珠碰撞时，起隔离作用，从而阻止或延缓单体液珠的凝聚。
悬浮聚合产物的颗粒尺寸大小与搅拌速度、分散剂用量及油水比（单体与水的体积比）成反比。
由于悬浮聚合过程中存在分散-凝聚的动态平衡，随着聚合反应的进行，一般当单体转化率达25%左右时，由于液珠的粘性开始显著增加，使液珠相互粘结凝聚的倾向增强，易凝聚成块，在工业生产上常称这一时期为“危险期”，这时特别要注意保持良好的搅拌。
三、仪器和试剂
1、仪器：
250 mL三口烧瓶、球型冷凝管、50 mL 的小烧杯，恒温水浴锅、恒压滴液漏斗，玻璃棒，电动搅拌机、温度计、表面皿、吸耳球、移液管、布氏漏斗、水泵、天平等。
2、试剂：
Fe3O4油溶性分散液（自制）、苯乙烯（St）、过氧化苯甲酰（BPO）、聚乙烯醇(PVA)、乙醇、去离子水。 四、操作步骤
1. 按图示安装仪器。
图1磁性苯乙烯悬浮聚合实验装置示意图
2.在500mL的三口瓶中加入95 %的乙醇水溶液400mL , 用冰醋酸调节其pH至4-5后, 加入1g干燥好的Fe3O4, 超声5 分钟, 使Fe3O4磁性粒子分散成为黑色的悬浮液。在搅拌状态下, 往悬浮液中加入8ml的3-MPS, 超声水解5min。50℃下磁力搅拌5h。所得到的粗产物经磁场分离, 乙醇洗涤三次, 60℃下真空干燥24小时, 即得到3-MPS 修饰的Fe3O4纳米粒
1-搅拌器 2-密封套 3-温度计4-温度计套管 5-冷凝管6-三口瓶 子，将纳米粒子制备成油溶性分散液。注：该准备实验由指导老师提前准备。
3. 精确称量0.7g聚乙烯醇，将聚乙烯醇溶于130mL去离子水中，并将它注入三口烧瓶内，开动搅拌器，45℃下继续充分溶解。
4. 准确称量0.4g过氧化苯甲酰（BPO）于16ml苯乙烯中充分溶解后，取制备好的Fe3O4
分散液1.5mL加入16mL苯乙烯混合液中, 超声振荡1h , 使其分散得到黑色分散液。
5. 单体分散液缓慢滴入三口烧瓶内，调整适当搅拌速度，使得到球状的并且大小适中的产品。缓慢升温（约40min）到85℃并保持该温度反应2小时，
6.保持转速一定，升温至95℃，大约20分钟后，可将瓶内温度降低至90℃左右，继续反应2小时后，期间可以适当取样，感觉球状产品的硬度变化。反应后期，可慢慢降低温度，停止反应。
8. 反应所得的粗产物过滤或用磁场分离, 用去离子水洗涤，除去水溶性分散剂，然后置于培养皿中或放到滤纸上使之慢慢晾干，最后将产物放入真空烘箱中，在60-65℃温度下烘干，称重、求出产率。
五、实验中应注意的问题
1、使MPS修饰的Fe3O4纳米粒子与单体苯乙烯混合均匀，使其分散得到黑色悬浮液。 2、在实验的第1小时内必须将反应混合物升至反应温度，使聚合有充分的时间。 3、实验过程中前期升温须缓慢，防止颗粒过大，以及造成后期粘结。
4、转速应在1000-1200转/分之间，使单体能形成良好的珠状液滴。要用变速搅拌器，因为搅拌速率决定了产物颗粒的大小和悬浮稳定性。搅拌速度过大会导致颗粒过小，反之则会增大粒径。
5、如果聚合过程中发生停电或聚合物粘在搅拌棒上等异常现象，应及时降温终止反应并倾出反应物，以免造成仪器报废。 六、思考题
1、对磁性纳米颗粒进行油溶性分散处理的原理是什么？ 2、如何保证磁性纳米颗粒在聚苯乙烯微球中的均匀分布？ 3、除了悬浮聚合，其它聚合方法如何制备得到磁性聚苯乙烯? 4、磁性聚合物微球在使用过程中需要注意哪些问题？