实验二 甲基丙烯酸甲酯的本体聚合

实验二甲基丙烯酸甲酯的本体聚合一、实验目的1、了解本体聚合的原理，熟悉有机玻璃的制备方法；2、掌握减压蒸馏的原理及操作过程。二、实验原理甲基丙烯酸甲酯在过氧化苯甲酰引发剂存在下进行自由基聚合反应。自由基加聚的工艺方法主要有四种：本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合及乳液聚合，本体聚合由于反应组成少，只是单体或单体加引发剂，所以产物较纯，但散热难控制；溶液聚合过程易控制，散热较快，不过产物中含溶剂（有些污染环境），后处理比较困难；悬浮聚合以水作溶剂，水无污染，散热好，易除去，但要求单体不溶于水，故在应用上受限制；乳液聚合反应机理不同，可以同时提高聚合速度和聚合度，散热好，易操作。甲基丙烯酸甲酯在BPO引发下自由基聚合自由由基聚合属属连锁反反应，一般般有三个基基元反应：链引发，链增长，，链终止（有时还会会出现链链转移）反应。链引引发：R-+MM一RM•链增增长：RM・++M一RMM・・+M一RMMMM•+M一……一~M・・链终终止：~M•+~M•一'死'聚聚合物本实验采采用本体体聚合，当当反应到一一定程度时时粘度增大，大分子子链自由基活性降低，阻碍了链自由基的相互结合，使链终止速速率减慢，，而小分子单体却依然可以自由与链结合，链增长速率不会受到到影响，从而导致自动加速效应，内部温度急剧上升，又继续加剧反应，如此循环，而粘度又屏蔽热量，使局部温度过高，严重影响聚聚合物的性质，这是是我们不想看到的。时间/min图1、为聚合反应的变化规律，图中曲线表明：聚合反应开始前有一段诱导期，聚合速率为零，体系无粘度变化。在转化率超过20%以后，聚合速率显著增加，出现自动加速效应。而转化率达到80%以后，聚合速率显著减小.最后几乎停止聚合，需要升高温度才能使聚合反应完全。为避免出现自动加速效应，可通过冷却降温与控制粘度的方法，在预聚时控制粘度，并控制温度在80〜90°C时（引发剂的半衰期适当），以适应在较低温度下聚合。为纯化甲基丙烯酸甲酯，我们用减压蒸馏的方法。其原理就是利用温度与蒸气压的关系，通过抽气装置抽气以降低液体表面的压强因而只需较低的温度时达到的蒸气压就足够等于外压，从而使液体更易挥发。三、实验仪器及药品器材：试管圆底烧瓶恒温水浴锅试剂：过氧化苯甲酰（BPO）甲基丙烯酸甲酯（MMA）四、实验流程图五、实验步骤1、预聚净并干燥玻璃仪器，同时加热浴锅到80~90C。称取0.2g引发剂BPO放入带磨口的圆底烧瓶中，再加入10.6ml单体MMA，摇匀。然后在水浴锅中加热圆底烧瓶，（不要老是摇动），当瓶内的预聚物粘度与甘油粘度相近时，立即停止加热，冷却至室温。2、灌模取二只干燥洁净的试管（可适当地加些许装饰物），为避免有气泡产生，将预聚物缓慢、呈细流线状倒入试管中，注意切勿完全灌满，应预留一定空间以防胀裂。（可在灌至一半时放入花瓣等装饰品）。3、聚合：将试管封口，放在40C的烘箱中聚合，直至硬化。最后在100C情况下处理0.5至1小时，使反应趋于完全。4、脱模：敲碎试管，得聚合物有机玻璃。六、实验结论及分析1、预聚时要注意粘度变化，当粘度与甘油粘度相近时，立即停止，以防气泡产生甚至爆聚。加热、冷却，如果不控制好，粘度继续升高，会导致自动加速效应，甚至爆聚，致使局部过热。而且粘度过大会造成灌模时的困难.还有温度控制在80~90C是为了使引发剂的半衰期最有效地用于反应时间2、水浴加热时，由于引发剂质量的不同，反应到粘稠状的时间长短有差异。有些BPO很纯，那么温度可以在85C左右，而且很快，而有些同学提纯的引发剂不是很长都还没变稠，那么这是可以适当升温，比如89r左右。另外，在加热时，不要老是摇动锥形瓶，这样容易把氧气溶入溶液中而氧化引发剂使之失效（有条件的话可以同氮气以排氧）3、灌模时也有技巧，试管稍微倾斜，将冷却的高聚物呈细线形稳定、缓慢流入，这样做的目的主要还是减少氧气的进入氧化引发剂，因为反应中引发剂始终是十分重要的。氧在低温时是阻聚剂，而高温时却可以加速聚合反应，使发生暴聚，产生许多气泡。同时，由于反应生成固体时体积会增大，所以灌模不能灌满。4、为什么预聚后要在40~50°C温度下聚合，而不是80~90°C?因为低温、长时间反应最有利于聚合物的形成。低温聚合速度降低，可以大大降低发生爆聚的几率温度过高会使聚合度下降.因为本体聚合最大的麻烦就是散热，温度高了产物质量就有影响。七、结果最后得无色的有机玻璃，应放入新鲜的草，导致烘干时水分蒸发，有气泡产生。所产生的聚合物粘度很大，量减少，只做出一试管的有机玻璃;八、思考题什么是自由基的聚合反应？请以甲基丙烯酸的聚合为例，写出相应的反应机理？答：自由基聚合反应是连锁反应的一种，主要由三个基元反应组成，即链引发，链增长和链终止，可分别用下列式表示：链引引发：R•+MMfRM・链增增长：RM•++M—RMM••+MfRMMMM・+M—……^~M••链终终止：—M•+—M•—'死'聚聚合物自由基的聚合反应分那几种？答：分为本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合、乳液聚合和配位聚合。本体聚合的优点是什么？缺点是什么？本实验中如何