1、材料化学专业实验报告实验名称：甲基丙烯酸甲酯的本体聚合（有机玻璃板的制备）年级： 日期：姓名： 学号： 同组人：一、预习部分甲基丙烯酸甲酯，无色液体，易挥发，易燃。熔点为-48，沸点 100-101，24（4.3kPa） ，相对密度 0.9440（20/4） ，折射率 1.4142，闪点（开杯）10，蒸气压（25.5）5.33kPa。溶于乙醇、乙醚、丙酮等多种有机溶剂，微溶于乙二醇和水。在光、热、电离辐射和催化剂存在下易聚合。PMMA 是以丙烯酸及其酯类聚合所得到的聚合物统称丙烯酸类树酯，相应的塑料统称聚丙烯酸类塑料，其中以聚甲基丙烯酯甲酯应用最广泛。聚甲基丙烯酸甲酯缩写代号为 PMMA，俗称
2、有机玻璃，是迄今为止合成透明材料中质最优异的。二 实 验 部 分1 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 板 的 制 备 方 法 ， 了 解 其 工 艺 过 程2： 实 验 原 理本 体 聚 合 是 指 单 体 仅 在 少 量 引 发 剂 存 在 下 进 行 的 聚 合 反 应 ， 或 者 直 接 加 热 ， 光 和 辐 射 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 。
3、 但 是 ， 由 于 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 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 收 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 的 速 度 增 加 ， 聚 合 物 分 子 变 大 ， 出 现 所 谓 的 自 动
4、 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 的 加 速 进行 而 失 去 控 制 ， 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 得 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 成 为 有 机 玻 璃 。 聚 甲 基 丙烯 酸 甲 酯 具 有 较 好 的 耐 冲 击 强 度 于 良 好 的 低 温 性 能
5、， 是 航 空 工 业 和 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 到 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 是 甲 基 丙烯 酸 甲 酯 与 苯 乙 烯 等 单 体 共 聚 来 改 善 耐 候 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
6、 ， 再 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 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%以 后 ， 聚 合 体 粘 度 增 加 ， 聚 合 速 率 明 显 加 快 ， 此 时 应 该 停止 第 一 阶 段 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 打 到 90%以上 后 ， 聚 合
7、 物 业 已 成 型 ， 可 以 升 温 使 单 体 完 全 聚 合 。 引 发 剂 的 用 量 应 视 制 备 的 制 品 厚 度而 定 。三 化 学 试 剂 和 仪 器化 学 试 剂 ： 过 氧 化 苯 甲 酰 ， 甲 基 丙 烯 酸 甲 酯仪 器 设 备 ： 三 颈 瓶 ， 冷 凝 管 ， 搅 拌 器 ， 玻 璃 板 ， 橡 胶 管 ， 温 度 计四 实 验 步 骤准 确 称 取 70mg 的 过 氧 化 苯 甲 酰 ， 80g 甲 基 丙 烯 酸 甲 酯 ， 混 合 均 匀 ， 加 入 到配 有 冷 凝 管 和 温 度 计 的 三 颈 瓶 中 ， 水 浴 加 热 并 开 动 搅 拌 器
8、 ， 逐 步 升 温 到 95度 左 右 ， 反 映 至 有 粘 稠 产 物 出 现 ， 用 玻 璃 棒 沾 取 少 量 产 物 出 现 拉 丝 现 象 即 可 ，粘 度 大 约 为 甘 油 粘 度 两 倍 ， 停 止 加 热 ， 迅 速 将 产 物 倒 入 事 先 准 备 好 ， 用 两 片玻 璃 板 夹 住 橡 胶 管 制 成 的 模 具 中 ， 用 夹 子 夹 紧 ， 放 入 烘 箱 中 ， 由 老 是 控 制 温度 ， 持 续 加 热 20h。 打 开 烘 箱 ， 自 然 冷 却 至 室 温 ， 取 下 夹 子 ， 小 心 撬 开 玻 璃板 ， 取 出 制 品 ， 洗 净 ， 吹 干
9、， 取 部 分 试 样 进 行 分 析 。五 实 验 结 果20406080101201401601800.180.20.20.240.260.280.3 #Y Axis TitleX Axis TitleB如图可见，玻璃化温度大约在 164 度，高于理论数据 104 度，分析原因可能为引发剂失效或者加入量过少，引发反应没有在预订温度完成，升高温度，能量增高后，反应才被引发。六 思 考 题1.自 动 加 速 效 应 是 怎 样 产 生 的 ？ 对 聚 合 反 应 有 哪 些 影 响 ？自加速效应又称自动加速效应。自由基聚合反应进行到一定转化率时，会出现反应速率自动加快的现象。出现自动加速的根本
10、原因是链自由基的终止速率受抑制。产生抑制的因素有两种：凝胶效应(gel effect)或 Trommsdorff 效应(Trommsdorff effect)或 Norrish-Smith 效应(Norrish-Smith effect)和沉淀效应。启动加速效应在自由基聚合中是一种较为普遍的现象。这种现象的存在是有害的，常常影响产物的质量。因此，在自由基聚合反应中需减少或避免其发生。一般地讲，采用升高反应温度、在反应体系中加入适量的良溶剂或加入适宜的链转移剂及分阶段聚合等手段均可减少凝胶效应的发生。2 制 备 有 机 玻 璃 ， 各 阶 段 的 温 度 应 怎 样 控 制 ， 为 什 么 ？有
11、 机 玻 璃 制 备 时 ， 温 度 前 期 缓 慢 升 温 ， 升 至 预 定 温 度 后 保 持 小 波 动 ， 是 温 度恒 定 ， 待 反 应 物 反 应 充 分 ， 粘 稠 以 后 ， 倒 出 ， 降 温 ， 然 后 放 入 烘 箱 内 缓 慢 升温 ， 再 恒 温 ， 切 忌 快 速 升 温 ， 或 超 出 预 定 温 度 过 多 ， 容 易 发 生 爆 聚 。3 用 偶 氮 二 异 丁 腈 作 为 引 发 剂 制 备 有 机 玻 璃 ， 为 什 么 厚 度 越 大 ， 加 入 的 引发 剂 量 越 小 ？原因是偶氮二异丁腈在引发过程中药释放氮气，这时候由于体系粘度很大，不利于气体向外扩散，所以引发剂的用量要控制防止过多的引发剂产生过多气体，在成有机玻璃中产生过多气泡。
