烯搅拌桨的金属棒,该活动搅拌桨通过其开合,不仅能非常方便地进出反应瓶,而且还能以不同的打开角度来适应实际需要(如虚线所示)。为了得到更好的搅拌效果,也可根据需要用玻璃棒烧制各种特殊形状的搅拌棒(桨)。
图1—2 实验室用搅拌器
以上的反应装置适合于不需要氮气保护的聚合反应场合,若需氮气保护的聚合反应则需相应地添加通氮装置。为保证良好的保护效果,单单只向体系中通氮气常常是不够的。通常需先对反应体系进行除氧处理,而且在反应过程中,为防止氧气和湿气从反应装置的各接口处渗入,必须使反应体系保持一定的氮气正压。常用氮气保护反应装置见图1—3。其中,图1—3(a)适合于除氧要求不是十分严格的聚合反应。若反应是在回流条件下进行,则在开始回流后,由于体系本身的蒸汽可起到隔离空气的作用,因此可停止通氮。图1—3(b)适合于对除氧除湿相对较严格的聚合体系。在反应开始前,可先加入固体反应物(也可将固体反应物配成溶液后,以液体反应物形式加入),然后调节三通活塞,抽真空数分钟后,再调节三通活塞充入氮气,如此反复数次,使反应体系中的空气完全被氮气置换。之后再在氮气保护下,用注射器把液体反应物由三通活塞加入反应体系,并在反应过程中始终保持一定的氮气正压。
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(a) (b)
图1—3 氮气保护反应装置
对于体系黏度不大的溶液聚合体系也可以使用磁力搅拌器,特别是对除氧除湿要求较严的聚合反应(如离子聚合)。使用磁力搅拌器可提供更好的体系密闭性,典型的聚合反应装置如图1—4(a)所示。其中的温度计若非必需,可用磨口玻璃塞代替[见图1—4(b)]。其除氧操作见图1—3(b)。
(a) (b)
图1—4 磁力搅拌反应装置
对于一些聚合产物非常黏稠的聚合反应,则不适合使用以上的一般反应容器。如熔融缩聚随着反应程度的提高,聚合产物分子量的增大,聚合产物黏度非常大,使用一般的三颈瓶,由于瓶口小、出料困难,不便于产物
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的后处理;再如一些非线形逐步聚合反应,如果条件控制不当,可能形成不熔不溶的交联产物,使用一般的三颈瓶会给产物的清理带来极大的困难,易对反应器造成损伤。对于这样的聚合反应,宜使用如图1—5所示的“树脂反应釜”,树脂反应釜分为底座和釜盖两部分,反应完成后,将盖子揭开,黏稠的物料易倾出,反应器也易清理。
图1—5 树脂反应釜
聚合反应温度的控制是聚合反应实施的重要环节之一。准确的温度控制必须使用恒温浴。实验室最常用的热浴是水浴和油浴,由于使用水浴存在水汽蒸发的问题,因此若反应时间较长宜使用油浴(如硅油浴)。根据聚合反应温度控制的需要,可选择适宜的热浴。热浴的温度控制一般通过继电器控温仪来实现。
若反应温度在室温以下,则需根据反应温度选择不同的低温浴。如O0C用冰浴,更低温度可使用各种不同的冰和盐混合物、液氮和溶剂混合物等。不同的盐与冰、不同的溶剂与液氮以不同的配比混合可得到不同的冷浴温度,一些常用的低温浴见表1—1。此外,也可使用专门的制冷恒温设备。
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表l.l 一些常用低温浴的组成及其温度
温度/℃ 0 13 -40 - -50 -30 -50 -72 -78 -98 -192 组 成 碎冰 干冰加二甲苯 干冰加溴苯 干冰加丙二酸二乙酯 干冰加乙醇 干冰粉末 液氮加甲醇 液态空气 温度/℃ 5 -5 - -20 -41 -60 -77 -90 -100