甲基丙烯酸甲酯的本體聚合及成型

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1、材料制備與合成甲基丙烯酸甲酯的本體聚合及成型開放性實驗姓名：學(xué)號：專業(yè)：材料化學(xué)院系：化學(xué)與化工系指導(dǎo)教師：起止日期：20**年**月**日至20**年**月**日甲基丙烯酸甲酯的本體聚合及成型摘要：有機玻璃通常采用甲基丙烯酸甲酯（MMA）本體聚合方法制備。本實驗以甲基丙烯酸甲酯（MMA）為單體，過氧化二苯甲酰（BPO）為引發(fā)劑，鄰苯二甲酸二丁酯（DPB）為脫模劑，手工成型制備有機玻璃。通過實驗了解聚合原理和特點，利用透光率儀測定所制產(chǎn)品的透明度，討論合成過程對透光率的影響；并分析成型過程中影響產(chǎn)品質(zhì)量的諸多因素。關(guān)鍵字：有機玻璃；甲基丙烯酸甲酯；本體聚合；成型；透光率前言甲

2、基丙烯酸甲酯是一種重要的有機化工原料,主要作為聚合單體用于生產(chǎn)其聚合物和共聚物,還可通過酯交換用于生產(chǎn)甲基丙烯酸高碳酯。其聚合物為透明性極佳的塑膠材料,故常被稱為有機玻璃,且具有極好的耐候性等優(yōu)良特性,廣泛用于汽車、容器、建筑、設(shè)備部件、家用電器材料、衛(wèi)生潔具等方面,特別是近年來應(yīng)用在光學(xué)級有機玻璃、防射線有機玻璃、光導(dǎo)纖維、光盤等高新技術(shù)領(lǐng)域。同時,甲基丙烯酸甲酯作為高性能建筑涂料的改性劑使用,也有很大的利用空間。除此之外,還可用于聚氯乙烯改性抗沖助劑ACR和MBS、腈綸第二單體、醫(yī)藥功能材料等。[1]聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）是高透明無定形熱塑性塑料，是制備有機玻璃的重

3、要材料。有機玻璃與普通硅玻璃相比，具有突出的優(yōu)點：它在塑料中透光性最佳（透光率大于92%），有良好的耐候性、耐酸堿性和尺寸穩(wěn)定性，密度不到普通玻璃的一半，抗脆裂性卻超過普通玻璃幾倍，易于加工成型。有機玻璃在建材、車輛、航空、文教、日常裝飾領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。[2]一、實驗部分1.實驗原理本體聚合是烯類單體在沒有介質(zhì)的情況下，單體本身在引發(fā)劑或催化劑等作用下進行的聚合，而自由基聚合可以通過本體聚合實現(xiàn)。本體聚合的特點是產(chǎn)物純凈，尤其可以得到透明制品，所需設(shè)備簡單。甲基丙烯酸甲酯（MMA）通過本體聚合方法可以制得有機玻璃。聚甲基丙烯酸甲酯由于有龐大的側(cè)基存在，為無定形固體，其最突

4、出的性能具有高度的透明性，其比重小，故制品比同體積無機玻璃制品輕巧得多。同時又具有一定的耐沖擊強度與良好的低溫性能，是航空工業(yè)與光學(xué)儀器制造工業(yè)的重要原料。甲基丙烯酸甲酯的本體聚合一般采用三段法聚合，采用高溫預(yù)聚合，轉(zhuǎn)化率達到一定程度后，再注入模內(nèi)，在低溫下進一步聚合，安全度過危險期，再高溫后聚合制得制品。[3]甲基丙烯酸甲酯在過氧化苯甲酰引發(fā)劑存在下進行如下聚合反應(yīng)：由于甲基丙烯酸甲酯單體比重只有0.94g/cm3，而聚合物比重為1.17g/cm3，故有較大的體積收縮。2.實驗儀器和原料2.1主要儀器100mL塑料杯，試管，恒溫水浴箱，0-100℃溫度計，玻璃板，膠帶，保鮮

5、膜。2.2主要試劑名稱試劑規(guī)格用量單體甲基丙烯酸甲酯（MMA）精制30g或30mL引發(fā)劑偶氮二異丁腈AR0.02g　過氧化二苯甲酰（BPO)　0.5或1g（視室溫定）脫模劑鄰苯二甲酸二丁酯（DPB）　3mL3.實驗步驟3.1引發(fā)劑加入量對爆聚時間的影響1.在干凈的100mL塑料杯中分別加入過氧化二苯甲酰（BPO）0.01、0.02、0.04、0.08、0.1g，鄰苯二甲酸二丁酯（DPB）3mL混合均勻，放入90-95℃水浴中，記錄下時間。當(dāng)產(chǎn)生爆聚時記錄下時間，獲得引發(fā)劑加入量與爆聚時間關(guān)系。2.在干凈的100mL塑料杯中加入適量過氧化二苯甲酰（BPO）、30mL甲基丙烯酸甲

6、酯（MMA）混合均勻，放入90-95℃水浴中。3.注意體系的黏度，當(dāng)體系具有一定的黏度，立即取出塑料杯停止加熱，冷卻至50℃左右，注入玻璃膜中。3.2有機玻璃板的成型1.準(zhǔn)備模具：制備玻璃夾板模具。2.將上述聚合物注入玻璃夾板模具中，垂直放置10min，然后將模口密封。在60-65℃水浴中恒溫反應(yīng)1h。3.將玻璃夾板模放入烘箱，升溫至95-100℃保持2h，撤去夾板。4.有機玻璃透光率的測定，量尺寸與模具尺寸比較。二、實驗數(shù)據(jù)處理通過引發(fā)劑加入量對爆聚時間的影響的實驗得出，過氧化二苯甲酰為0.02g與0.04g時，爆聚時間相對其他組的較少，分別為6min與5.71min。因此

7、下面實驗確定過氧化二苯甲酰的加入量為0.02g或0.04g。將制得的有機玻璃從玻璃夾具中取出，再通過分光光度計測得有機玻璃的透光率。具體數(shù)據(jù)如下表：表2引發(fā)劑用量和聚合后體系黏度與有機玻璃透光率的關(guān)系甲基丙烯酸甲酯的用量/mL過氧化二苯甲酰用量/g吸光度聚合后體系黏度透光率/%300.20.354水狀44.250.2——甘油粘稠狀880.40.043甘油粘稠狀90.57注：透光度值轉(zhuǎn)化為透光率值：從表2中可以看出，甲基丙烯酸甲酯用量一定時，隨著過氧化二苯甲酰用量的增加，透光率增大。而透光率越大，說明透明