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。 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 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。

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。 （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 ‧SO4－ ＋ 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 ）]

 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 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

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。

※如轉成3.pdf檔或4.power point檔 再於學習歷程資源中心中繳交者, （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！ 最好能以（ ） 註記資料出處名稱、年度，及 頁數。 謝謝！