甲基丙烯酸甲酯的本体聚合和有机玻璃的制备1

甲基丙烯酸甲酯的本体聚合和有机玻璃的制备(化学122班)学号姓名成绩学号姓名成绩1251101244唐丽一、实验目的1.了解自由基本体聚合的特点和实施方法。2.熟悉有机玻璃柱的制备方法，了解其工艺过程。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如下聚合反应： 本体聚合是指单体仅在少量的引发剂存在下进行的聚合反应，或者直接在热、光和辐照作用下进行的聚合反应。本体聚合具有产品纯度高和无需后处理等优点，可直接聚合成各种规格的型材。但是，由于聚合后期体系粘度大，聚合热难以散去，反应控制困难，导致产品发黄，出现气泡，从而影响产品的质量。本体聚合进行到一定程度，体系粘度大大增加，大分子链的移动困难，而单体分子的扩散受到的影响不大，链引发和链增长反应照常进行，而增长链自由基的终止受到限制，结果使得聚合反应速度增加，聚合物分子量变大，出现所谓的自动加速效应。更高的聚合速率导致更多的热量生成，如果聚合热不能及时散去，会使局部反应“雪崩”式地加速进行而失去控制，出现爆聚现象。因此，自由基本体聚合中，控制聚合速率使聚合反应平稳进行是获取无瑕疵型材的关键。聚甲基丙烯酸甲酯为无定形聚合物，具有高度的透明性，因此称为有机玻璃。聚甲基丙烯酸甲酯具有较好的耐冲击强度与良好的低温性能，是航空工业与光学仪器制造业的重要材料。有机玻璃表面光滑，在一定的曲率内光线可在其内部传导而不逸出，因此在光导纤维领域得到应用。但是，聚甲基丙烯酸甲酯耐候性差，表面易磨损，可以使用甲基丙烯酸甲酯与苯乙烯等单体共聚来改善耐磨性。有机玻璃是通过甲基丙烯酸甲酯的本体聚合制备的。甲基丙烯酸甲酯的密度小于聚合物的密度，在聚合过程中出现较为明显的体积收缩。为了避免体积收缩和有利于散热，工业上往往采用二步法制备有机玻璃。在过氧化苯甲酰引发下，甲基丙烯酸甲酯聚合初期平稳反应，当转化率超过20%之后，聚合体系粘度增加，聚合速率显著增加。此时应该停止第一阶反应，将聚合浆液转移到模具中，低温反应较长时间。当转化率达到90%以上后，聚合物也已成形，可以升温使单体完全聚合。引发剂的使用量应视制备的制品厚度而定。三、仪器和试剂仪器:100mL圆底烧瓶、回流冷凝管、磁力搅拌恒温水浴锅、玻璃瓶试剂: 甲基丙烯酸甲酯(MMA)、过氧化二苯甲酰(BPO)四、实验步骤1. 准备:取试管一支，用洗液、自来水、蒸馏水依次洗涤干净，烘干备用。2. 制浆(预聚):在干净、干燥的100mL圆底烧瓶中加入40ml甲基丙烯酸甲酯，准确称取0.04g BPO，混合均匀，使过氧化苯甲酰完全溶解，在该圆底烧瓶上安装回流装置并用水浴加热。磁力搅拌下于8085加热预聚合，观察反应的粘度变化至形成粘性薄浆(似甘油状或稍粘些，反应需0.51小时)，迅速冷却到40停止聚合反应。3. 成型(有机玻璃棒材的制备):将上述制得的预制物，小心灌入提前准备好的玻璃瓶中然后将灌好的模具放入50的烘箱中，保持24h。然后升温至70，保持半小时。最后升温至95，保持半小时。取出模具，冷却后将模具砸碎，得以透明光滑的有机玻璃制品。五、实验结果和数据记录实验结果：得到透明无色的固体有机玻璃柱。六、思考题1本体聚合与其他聚合方法比较有何特点？ 答: (1)乳液聚合 优点:散热容易，可连续化；缺点:产品中留有部分乳化剂和其他助剂，纯度不高。(2)溶液聚合 优点:散热容易，可连续化；缺点:不宜制成干燥粉状或粒状树脂。(3)悬浮聚合 优点:散热容易，间歇生产，产物比较纯净；缺点:需要加分离、洗涤、干燥等程序，较为复杂。(4)本体聚合 优点:聚合物纯净，宜生产透明浅色制品,设备相对简单；缺点:不易散热，聚合时易发生爆聚。2.采用预制浆的目的是？答：由于在本体聚合时，散热问题困难会导致凝胶效应，出现自加速现象，有爆聚的危险，所以采用两段聚合法，第一阶段在较高温度下聚合，加快聚合速率，在转化率不是十分高的情况下，之后进行第二阶段的聚合，低温聚合降低反应速率，防止爆聚。3.本体聚合与其他聚合为何要在低温下聚合然后升温，如何避免有机玻璃中产生气泡？答：自由基聚合中采用双基终止（偶合终止或歧化终止），在预制浆液之后，由于自由基浓度较高，终止的概率很高，为了获得较高分子量的聚合物，降低自由基活性，可以有效阻止双基终止；但是，在反应后阶段，由于聚合物浓度升高，体系粘度急剧升高，单体运动受到了阻止，同时双基终止也受限，为了降低体系由于粘度过高所