苯乙烯与甲基丙烯酸甲酯共聚物竞聚率的测定

王玉丹，尹奋平

(西北民族大学 化工学院，甘肃 兰州 730030)



苯乙烯与甲基丙烯酸甲酯共聚物竞聚率的测定

王玉丹，尹奋平*

(西北民族大学 化工学院，甘肃 兰州 730030)

目的：合成St-MMA单体体系的共聚物，分别采用标准曲线法和双波长法测定竞聚率.方法：用紫外吸光光度法分别测定共聚物在波长为260 nm，270 nm的吸光度，绘制共混物摩尔比-吸光度标准曲线，用截距斜率法计算竞聚率.双波长法先直接求出共聚物的含量组成，同样再用截距斜率法计算.结果：标准曲线法波长为260 nm时r1=0.733 7，r2=0.311 2，波长为270 nm时r1=1.105 9，r2=0.607.双波长法得r1=6.748 8，r2=0.704 9.结论：该法操作简便、精密度高、重现性好,适于St-MMA共聚物竞聚率的测定.

竞聚率；紫外吸光光度法；苯乙烯；甲基丙烯酸甲酯

采用本体聚合方法聚合St-MMA的共聚物，具有产物纯度高、单位反应器体积产量高、可直接成型等优点[1].化学反应式如下：

苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物的英文名称是styrene-methyl methacrylate copolymer,简称MS[2].生产企业，国内有上海高桥化工厂，国外的有日本三菱孟山都化成公司.在用途方面，与ABS共混，可以有效提高ABS的热变形温度；与聚丁二烯共混，可以明显改善其冲击性能.在工业生产中，测定竞聚率的方法很多，主要可以分成两个步骤：步骤一主要是测定共聚物的组成或残留单体量；步骤二用动力学计算法计算共聚的竞聚率.测定共聚物的组成主要的方法有紫外光谱法、元素分析法、红外光谱法、滴定法，测定残留单体量方法是气相色谱法[3].用途最广泛的是紫外吸光广度法.此法测定结果准确可靠，出结果速度快、测定成本低，适合用于样品量多的测定.

1　仪器与试剂

数显智能型恒温水浴锅 (上海波洛实验设备有限公司),测速电动搅拌器(上海艾牧生物科技有限公司 ),循环水式多用真空水泵 (河南省太康科教器材厂),电热鼓风干燥箱(上海波洛实验设备有限公司),电子天平(上海民桥精密科学仪器有限公司 ),紫外分光光度计(北京普析通用仪器有限责任公司 ).

氢氧化钠(NaOH)(化学纯,天津市白世化工有限公司 ),丙酮(化学纯,天津市白世化工有限公司),过氧化二苯甲酰(BPO)(化学纯天津市白世化工有限公司 ),甲基丙烯酸甲酯(PMMA)(化学纯,上海中秦化学试剂有限公司), 苯乙烯(St)(化学纯,天津市凯信化学工业有限公司 ),氯化钙(化学纯,天津市凯信化学工业有限公司 ),聚乙烯醇(1.5%,自制).

2　方法与结果

2.1St-MMA体系的共聚

表1单体投料量与单体摩尔浓度比

取5支试管按1～5编号按照表1投料量先加入新制(PMMA)单体，引发剂(BPO)0.3 g，固体物质全部溶解于(PMMA)单体中，再分别一一加入7 g，6 g，5 g，4 g，3 g的(St)单体，摇匀.放水浴锅中20分钟，冷却，分别倒入装有12 mL的甲醇烧杯中，使共聚产物沉淀，抽滤干燥至恒重，保存待用.

2.2标准曲线的绘制

1) 取4个50 mL的容量瓶，洗净、干燥，分别编号Ⅰ号、Ⅱ号、Ⅲ号、Ⅳ号， 并用分析天平称取PMMA 0.021 g，0.039 g，0.062 g，0.079 g，再按同样的方法称取聚苯乙烯均聚物0.081 g，0.059 g，0.040 g，0.021 g，分别按顺序装到容量瓶中，转化为摩尔比将结果汇总.

2) 分别向Ⅰ号、Ⅱ号、Ⅲ号、Ⅳ号容量瓶加入30 mL的丙酮，使混合物溶解，轻轻摇动一段时间后，静置，待到固体物质全部溶解，再滴加丙酮溶剂至刻度.

3) 紫外吸光度的测定.使用TU-1901紫外分光光度计[4]，先检测光度计是否正常，然后将待测样品的空白溶液(丙酮溶剂)置2个石英吸收池中，做空白溶剂校正.再分别测定Ⅰ号、Ⅱ号、Ⅲ号、Ⅳ号容量瓶中溶液的吸光度A.将结果数据汇总.

4) 用1和3的结果绘制标准曲线，见图1.可得波长为260 nm的标准曲线方程为y=11.008x，相关系数R2=0.9972，(R2的值越接近1，说明线性拟合越准确),波长为270 nm的标准曲线方程为y=13.482x，相关系数R2=0.9901[5]，即为260 nm、270 nm波长下的共混物摩尔组成对吸光度的标准曲线方程.

图1　共混物摩尔组成对吸光度的标准曲线

2.3St-MMA共聚产物吸光度的测定及计算摩尔组成

1) 取5个干燥洁净的25 mL的容量瓶5个，洗净、干燥，分别编号1、2、3、4、5号，并用分析天平秤取5组ST-MMA共聚物0.050 g，分别置于1、2、3、4、5号容量瓶，再分别加入15 mL的丙酮，使混合物溶解，轻轻摇动一段时间后，静置.待到固体物质全部溶解，再滴加丙酮溶剂至刻度.

2) 共聚物紫外吸光度的测定.按照共混物的测定方法，用1 cm厚度的石英吸收池，分别测定1号、2号、3号、4号、5号共聚物溶液在波长为260 nm、270 nm的吸光度.

3) 按照标准曲线中紫外吸光度的测定方法，测定聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯在波长为260 nm，270 nm的吸光度.

2.3.1测定波长为260 nm竞聚率的计算

由图2得，所求的方程为y=-0.311 2x+0.733 7，R2=0.794 4 得Y=-r2X+r1得r1=0.733 7，r2=0.311 2，所测得的ST-MMA二元共聚体系St单体、PMMA单体的竞聚率分别为0.311 2，0.733 7.

2.3.2测定波长为270 nm竞聚率的计算

图2　共聚物在波长为260 nm时竞聚率截距斜率曲线

图3　共聚物在波长为270 nm竞聚率截距斜率曲线

由图3得，所求的方程为y=-0.607x+1.1059，R2=0.8657,即Y=-r2X+r1,得r1=1.1059，r2=0.607则所测得的ST-MMA二元共聚体系St单体、PMMA单体的竞聚率分别为0.607，1.105 9.

2.3.3双波长法求竞聚率

由图4可得，所求的直线方程为y=-6.753 8x+0.705 7，R2=0.997 4即Y=-r2X+r1,得r1=0.705 7，r2=6.753 8则所测得的ST-MMA二元共聚体系St单体、PMMA单体的竞聚率分别为6.753 8，0.705 7.

3　结论

图4　双波长法求竞聚率截距斜率曲线

在70 ℃的温度下，BPO为引发剂，采用本体共聚合方法，聚合ST-MMA体系.投料比分别为0.445 7、0.693 3、1.040 0、1.560 0、2.426 7(MMA/ST).波长260 nm的紫外吸光度法测得竞聚率为r1=0.733 7，r2=0.311 2.波长270 nm时测得竞聚率为r1=1.105 9，r2=0.607.采用双波长法测得竞聚率为r1=6.753 8，r2=0.705 7.可见不同的测定条件所对应的竞聚率不同，可进一步考虑条件对结果的影响.在此，应该考虑不同测定的波长对吸光度的测定引起的误差大小不同，实验前可先确定最优的测定波长，或可以采用最大吸收对应的波长.不同的处理方法，结果也不相同，每个结果都存在意义.

[1] 曾惜春.李宗清编.口腔医用高分子[J].湖北医学院学报，1987，04:22-23.

[2] 杜强国等主编. 塑料工业手册·苯乙烯系树脂[M].北京：化学工业出版社, 2004.304.

[3] 朱明华，胡坪.仪器分析(第四版)[M].北京：高等教育出版社，2012.281-288.

[4] 潘祖仁.高分子化学(第五版) [M].北京：化学工业出版社，2013.132.

[5]﹝加﹞ernard Liengme著. Microsoft Excel在科研与工程中的应用[M].葛蕴珊，陈薇译.北京：中国林业出版社,2003.105-117.

2016-05-02

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王玉丹(1990—)，女，河南周口市人.

O631.3

A

1009-2102(2016)02-0006-04