崑山科技大學材料工程系材料製備實驗課程內容

授課教師：許旭東

教學目標：教導學生認識高分子化學實驗之基礎步驟及程序。

教學目標： 1. 教導學生認識高分子化學實驗之 基礎步驟及原理（知識）2. 使學生具備各種高分子化學實驗 系統之裝置及操作能力（技能）3. 提升學生對高分子化學實驗系統 專業設計的觀念及興趣（態度）4. 使學生瞭解高分子化學實驗系統 安全操作及設計的準則（其他）

實驗三 A:PMMA乳化聚合加熱板磁石攪拌合成實驗。

1. 乳化聚合法（ Emulsion Polymerization）之特點：單體水溶液在某種濃度以上時，因乳化劑之集合而行成微包，若將不溶或難溶於水的單體加入這體系時，單體分子會進入微包的內部。此時從巨觀上來看，就像油狀的單體一部分溶在水裡，稱為溶化（ solubilization）。

乳化聚合一般用水溶性聚合 觸媒，例如過硫酸鉀（ Potassium persulfate ， KPS）， 在水相中產生的自由基進入 微包中的單體處即開始聚合 反應， 因此與懸浮聚合的 反應機構完全不一樣。

乳化聚合時，聚合速率大，同時 所得聚合體的聚合度亦高，這是 乳化聚合很大的特色。還有容易調節溫度及 適度的反應 溶液黏度等優點。因含有乳化劑，所以攪拌速率 不需太快。在水相聚合時，必須解決含反應廢 液排水處理時所遭遇之種種困難。

2.乳化聚合法（ Emulsion

Polymerization） 之優、缺點：（ 1 ）優點： 容易控制熱。 容易攪拌。 乳膠也許直接有用。 高聚合速率。可控制分子量。 可得有用之小粒子。 於製造膠黏、軟性固體產品 很有用。

（ 2 ）缺點：聚合體也許需要額外的清除 及純化。不易去除凝聚劑、乳化劑， 及表面活性劑等。常需快速攪拌。

3. PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）

乳化聚合之原理：

PMMA之自由基鏈鎖聚合反應：

起始劑的分解：

K ＋ － SO3 － O － O － SO3－ K ＋

2 SO‧ 4－ ＋ 2 K ＋

 

起始反應： ‧SO4

－ ＋ CH 2 ＝ C （ CH 3 ） COO CH 3

SO4 －－ CH 2 － C （ CH 3 ） COO CH

3 ‧

成長反應： SO4 － CH 2 － C （ CH 3 ）（ COOCH 3

）‧

＋ n [CH 2 ＝ C （ CH 3 ）（ COOCH 3

） ]

SO4 －[CH 2 － C （ CH 3 ）（ COOCH 3 ）]n － CH 2 － C （ CH 3 ） ‧

C ＝ O

O － CH 3

終止反應： 2 SO4 － [CH 2 － C （ CH3 ）（ COOCH3 ） ] n － CH 2 － C （ CH3 ）（ COOCH3 ）‧

SO4 － [CH 2 － CH （ COOH ） ] 2n ＋ 1 － CH 2 － C （ CH3 ） SO4

C ＝ O

O － CH3

應用 硫酸鋁 Al2 （ SO4 ） 3 （ aq ） 觀察聚合體 膠凝程度 之原理： 聚合體自由基膠體因帶負電荷，與 Al 3 ＋

電性相反，造成正負電荷相吸之吸附作用， 使膠體的表面電位減少，以致於膠體之間的靜電斥力大幅降低，使個別膠體顆粒易於接近、凝聚，而達到去除膠體顆粒穩定性的目的，進而產生大膠羽，達到膠凝沉降的效果。

膠凝沉澱量越多，表聚合反應進行越完全。

（ 1 ） PMMA乳化聚合 HPMS 合成實驗 所需之 儀器 及 藥品：

儀器：燒杯（ 1 L ） ×1； 溫度計 ×1； 攪拌用磁石 ×1 ； 加熱板磁石攪拌器 ×1； 量筒（ 100 m L ） × 1 ；

量筒（ 10 m L ） × 1； 圓錐燒瓶（ 250 m L） ×1 ； 有刻度滴管 ×1； 試管（ 10 m L ） ×4； 尺及手錶 ×1。

藥品： 甲基丙烯酸甲酯單體：簡稱 MMA methyl methacrylate 分子式 CH 2 ＝ C （ CH3 ） COOCH3

分子量為 100.0 g/mole mp為 － 48.2℃ b p為 100.3 ℃ 十二烷基硫酸鈉：簡稱 SLS Sodium lauryl sulfate 為陰離子界面活性劑 CH3 （ CH2 ） 10CH2OSO3Na

分子量為 288.38

過硫酸鉀：簡稱 KPS Potassium persulfate 為起始劑 分子式 K2S2O8

分子量 270 . 3 硫酸鋁： Al2 （ SO4 ） 3‧14－ 18H2O

為膠凝劑 其溶液濃度為 1﹪ （ W/W）

（ 2 ） PMMA乳化聚合 HPMS合成實驗步驟：

實驗前準備：燒杯（ 1 L）中加入約 300 m L自來水；再置於 HPMS上加熱到 60℃ ，並用溫度計控溫，使溫度維持在 60 ±1 ℃ 之間。 在圓錐燒瓶（ 250 m L）中，加入蒸餾水 160-170m L（各組所加入的m L數，詳細如 表 -1所示），及攪拌磁石 1 個，並開始攪拌； 請注意須有 漩渦 產生，並且 攪拌速率穩定。

在圓錐燒瓶（ 250 m L）中， 加入 SLS 2.0 g（各組所 加入的 g 數，詳細如 表 -1 所示）。 在圓錐燒瓶（ 250 m L）中， 加入 MMA 30 m L（各組所 加入的 m L數，詳細如 表 -1 所示）。

當 溫度計 能夠維持控溫在 60 ±1 ℃ 之間 10 min 穩定溫度時， 加入 KPS 0.30 g

（各組所加入的 g 數，亦詳細如 表 -1 所示） ，並開始計時（即 t = 0 sec ）。 每 3 min （包括 t = 0 sec ） 記錄 1 L 燒杯 之水溫 （ Ti ），並描點於 圖 - 1 中， 及 觀察 聚合溶液的顏色變化，並記錄於 表 - 1 中，直到 t = 2 hr 為止。 【注意：聚合反應如發生，則溶液會從死白 轉藍白，再轉為牛奶白。】

每 30 min （包括 t = 0 sec或聚合溶液的顏色改變時）從圓錐燒瓶中 取 3 m L 的聚合溶液 到內含 5 m L 之 Al2 （ SO4 ） 3 溶液的試管中，如有聚合物膠體沉澱產生，待其沉降穩定後，用尺量取聚合物膠體沉澱體積（ Ml數），並記錄於 表 - 1，直到 t = 2 hr為止。

（ 3 ）實驗結果記錄 ：（ 4 ）討論、心得 及 結論：

※ 請再將報告張貼在學習歷程資源中心之1. 文章 及

2.doc 檔案 上，※ 如轉成 3.pdf 檔或 4.power point 檔 再於學習歷

程資源中心資源中心中繳交者 ,

※ 每種檔案在該次報告中加 5 分，即繳交於四方面檔案者至多可加 20 分，

※ 繳交幾種請於報告中註明

△ 在 討論 中，如引用到 某些 參考資料

的理論 或 觀念，最好能以（ ）

註記資料出處名稱、年度，及 頁數。

謝謝！