實驗二 甲基丙烯酸甲酯的本體聚合.doc

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1、高分子化學(xué)實驗報告實驗二甲基丙烯酸甲酯的本體聚合甲基丙烯酸甲酯的本體聚合一、實驗?zāi)康?、了解本體聚合的原理，熟悉有機(jī)玻璃的制備方法2、觀察整個聚合過程中體系粘度的變化過程二、實驗原理甲基丙烯酸甲酯在過氧化苯甲酰引發(fā)劑存在下進(jìn)行自由基聚合反應(yīng)。自由基加聚的工藝方法主要有四種：本體聚合、溶液聚合、懸浮聚合及乳液聚合。本體聚合是指單體僅在少量的引發(fā)劑存在下進(jìn)行的聚合反應(yīng)，或者直接在熱、光和輻照作用下進(jìn)行的聚合反應(yīng)。聚甲基丙烯酸甲酯為無定形聚合物，具有高度的透明性，因此稱為有機(jī)玻璃。因它具有優(yōu)良的光學(xué)性

2、能，比重小，在低溫下仍能保持其獨特的物理性能而廣泛的應(yīng)用于建材、民用制品，尤其是航空工業(yè)上。因此它是較重要的合成材料之一。甲基丙烯酸甲酯在BPO引發(fā)下自由基聚合：自由基聚合屬于連鎖反應(yīng)，一般有三個基元反應(yīng)：鏈引發(fā)、鏈增長、鏈終止（有時還會出現(xiàn)鏈轉(zhuǎn)移）反應(yīng)。1、引發(fā)劑分解2、引發(fā)3、增長4、終止a、偶合終止b、歧化終止（甲基丙烯酸甲酯在60℃以上時聚合以歧化終止為主）本實驗采用本體聚合，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到一定程度時粘度增大，大分子鏈自由基活性降低，阻礙了鏈自由基的相互結(jié)合，使鏈終止速度減慢，而小分子單體卻

3、依然可以自由與鏈結(jié)合，鏈增長速率不會受到影響，從而導(dǎo)致自動加速效應(yīng)，內(nèi)部溫度急劇上升，又繼續(xù)加劇反應(yīng)，如此循環(huán)，而粘度又屏蔽熱量，使局部溫度過高，嚴(yán)重影響聚合物的性質(zhì)，因此，，本體聚合要求嚴(yán)格控制不同階段的反應(yīng)溫度，隨時排出反應(yīng)熱。三、實驗藥品及儀器藥品：過氧化苯甲酰（BPO）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）儀器：試管、具塞錐形瓶、恒溫水浴鍋、溫度計實驗裝置如下圖：四、實驗步驟1、預(yù)聚：洗凈并干燥玻璃儀器，同時加熱水浴鍋到80-90℃。稱取0.20g引發(fā)劑BPO放入帶磨口的圓底燒瓶中，再加入10.6m

4、L單體MMA，輕輕蓋上塞子（不要老是搖動），放入水浴鍋中加熱，當(dāng)瓶內(nèi)的預(yù)聚物粘度與甘油粘度相近時，立即停止加熱。2、灌模：取兩個干燥潔凈的塑料試管（可適當(dāng)?shù)丶有┰S裝飾物），為避免有氣泡產(chǎn)生，將預(yù)聚物緩慢、呈細(xì)流線狀倒入試管中，注意切勿完全灌滿，應(yīng)預(yù)留一定空間以防脹裂。3、聚合：將試管封口，放在40~50℃的烘箱中聚合24小時，直至硬化。最后在100℃情況下處理0.5至1小時，使反應(yīng)趨于完全。4、脫模：敲碎試管，得聚合物有機(jī)玻璃。五、注意事項1、預(yù)聚時要注意粘度的變化，當(dāng)粘度與甘油粘度相近時，立即

5、停止加熱，否則過度后會發(fā)生暴聚；2、灌模時試管稍微傾斜，將高聚物呈細(xì)線形穩(wěn)定緩慢流入試管。六、實驗結(jié)果及分析實驗結(jié)果：聚合得到粘度近似甘油的油狀液體；灌模成型后得到透明光滑玻璃。結(jié)果分析：第一次實驗失敗，在水浴中還是很稀，從水浴鍋中拿出立即暴聚，產(chǎn)生大量氣泡，可能是因為引發(fā)劑過量導(dǎo)致，第二次實驗室加入一半的引發(fā)劑實驗成功。還可能是溫度過高或受熱不均勻?qū)е庐a(chǎn)生氣泡而暴聚，又或是從水浴鍋拿出觀察反應(yīng)時否達(dá)到終點時搖晃混入氧，在較高溫度下產(chǎn)生新的活性中心，反應(yīng)速率驟增，并大量放熱，造成暴聚。實驗總結(jié)：

6、1、預(yù)聚時要注意粘度變化，當(dāng)粘度與甘油粘度相近時，立即停止加熱，如果粘度太大，會導(dǎo)致自動加速效應(yīng)，甚至暴聚。2、引發(fā)劑量要適度，太多可能導(dǎo)致反應(yīng)速率過快，大量放熱而造成暴聚。而且有些BPO很純，反應(yīng)很快，溫度不能太高。3、在水浴時，不能老是搖動燒瓶，否則易把氧氣溶入溶液中而導(dǎo)致暴聚。4、灌模時，試管稍微傾斜，將高聚物呈細(xì)線形穩(wěn)定、緩慢流入，以防產(chǎn)生氣泡。另外，如果灌模灌太多，會放出大量的熱，容易暴聚，所以不能灌太多。七、思考題1、在烘箱中聚合，最后為何體積變小了？答：聚合，小分子變大分子，分子間

7、隙變小了。2、預(yù)聚完為何不能冷卻，而直接灌模？答：冷卻導(dǎo)致溫度不均勻，易產(chǎn)生氣泡。3、有的同學(xué)最后得到的有機(jī)玻璃中帶有乳白色，為什么？答：灌模時，加入的小飾物帶有水分，如樹葉等，高溫聚合時，水分進(jìn)入有機(jī)玻璃中，乳化。4、本體聚合的優(yōu)缺點？答：優(yōu)點：生產(chǎn)過程比較簡單；聚合物無需后處理；產(chǎn)品較純凈。缺點：由于無散熱介質(zhì)存在，且聚合過程中物質(zhì)不斷增加，聚合物又是不良導(dǎo)體，故放出的熱量難以散去。5、在制備有機(jī)玻璃的過程中，為什么要進(jìn)行預(yù)聚合？答：縮短聚合反應(yīng)的誘導(dǎo)期并使凝膠效應(yīng)提前到來，以便在灌模前移出

8、較多的聚合熱，以利于保證產(chǎn)品質(zhì)量；可以減少聚合時的體積收縮。6、在本體聚合的過程中，為什么在各階段控制的反應(yīng)溫度不同？答：預(yù)聚時散熱不困難可以在較高的溫度下進(jìn)行；聚合時為了與散熱速度相適應(yīng)，要低溫緩慢聚合，且溫度過高易產(chǎn)生氣泡。