1.有機(jī)玻璃的制備

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1、實(shí)驗(yàn)一.有機(jī)玻璃的制備【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?.了解本體聚合的特點(diǎn)，掌握本體聚合的方法；2.熟悉有機(jī)玻璃的制備及成型方法，了解聚合工藝對(duì)產(chǎn)品性能的影響；3.了解自由基聚合的自動(dòng)加速現(xiàn)象?！緦?shí)驗(yàn)原理】甲基丙烯酸甲酯由于具有龐大的側(cè)基，其聚合物產(chǎn)品往往為固體。聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）俗稱有機(jī)玻璃，其最突出的性能是具有高度的透明，透光率可達(dá)90%以上。相對(duì)密度小，制品比同體積的無(wú)機(jī)玻璃制品輕巧很多。耐沖擊強(qiáng)度好，低溫性能良好，是航空工業(yè)與光學(xué)儀器制造工業(yè)的重要原料。有機(jī)玻璃表面光滑，在一定的彎曲限度內(nèi)，光線可以在其內(nèi)部傳導(dǎo)而不逸出，故外科手術(shù)中利用它把光線輸送到

2、口腔、喉部等作照明。它的電性能優(yōu)良，電子、電氣工業(yè)中常用它來(lái)作為絕緣材料。有機(jī)玻璃又由于著色后色彩五光十色，鮮艷奪目，被廣泛應(yīng)用于裝飾材料和日用制品。本體聚合又稱塊狀聚合，它是在沒(méi)有任何介質(zhì)存在下，單體本身在微量引發(fā)劑引發(fā)下聚合或者直接用熱、光和輻射線照射引發(fā)聚合。此法的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)過(guò)程比較簡(jiǎn)單，成品無(wú)需后處理，產(chǎn)品也比較純凈，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)對(duì)要求透明度或電性能好的聚合物非常重要。各種規(guī)格的板棒、管材等制品均可直接聚合而成。但是自由基本體聚合中存在自動(dòng)加速效應(yīng)，聚合熱不易排出，故造成局部過(guò)熱，使聚合物分子量分布寬，產(chǎn)品變黃并產(chǎn)生氣泡，使聚合物破損，在灌模聚合

3、中若控溫不好，體積收縮不均，還會(huì)產(chǎn)生聚合物光折射率不均勻和局部皺紋的弊端。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(shí)排出反應(yīng)熱是十分重要的。工業(yè)生產(chǎn)中在反應(yīng)配方和工藝選擇上必須是引發(fā)劑濃度要低，反應(yīng)溫度不宜過(guò)高，聚合分段進(jìn)行，反應(yīng)條件隨不同階段而異。甲基丙烯酸甲酯單體既可以進(jìn)行自由基聚合，又可以進(jìn)行陰離子聚合。甲基丙烯酸甲酯的本體聚合是在引發(fā)劑引發(fā)下，按自由基聚合反應(yīng)歷程進(jìn)行的，引發(fā)劑通常為過(guò)氧化苯甲酰（BPO）或偶氮二異丁腈（AIBN）。本實(shí)驗(yàn)以過(guò)氧化二苯甲酰為引發(fā)劑進(jìn)行自由基本體聚合，反應(yīng)過(guò)程如下。1.引發(fā)劑的分解2.鏈的引發(fā)3.鏈的增長(zhǎng)

4、4.鏈的終止（1）偶合終止（2）歧化終止甲基丙烯酸甲酯在60℃以上時(shí)聚合，以歧化終止為主。在本體聚合反應(yīng)開(kāi)始前，通常有一段誘導(dǎo)期，聚合速度為零，體系無(wú)黏度變化。當(dāng)轉(zhuǎn)化率超過(guò)20%之后，聚合速率顯著加快，出現(xiàn)自動(dòng)加速效應(yīng)，并且甲基丙烯酸甲酯并不是聚合物的良溶劑，長(zhǎng)鏈自由基有一定程度的卷曲，自動(dòng)加速效應(yīng)更加明顯，此時(shí)若控制不當(dāng)，體系易發(fā)生暴聚而使產(chǎn)品性能變壞。由于黏度增加，散熱困難，有時(shí)甚至?xí)a(chǎn)生劇烈的爆炸。而轉(zhuǎn)化率達(dá)80%之后，聚合速率顯著變小，最后聚合反應(yīng)幾乎停止，需升高溫度才能使之完全聚合。甲基丙烯酸甲酯本體聚合制備有機(jī)玻璃常常采用分段聚合方式，先

5、在聚合釜內(nèi)進(jìn)行預(yù)聚合，后將聚合物澆注到制品型模內(nèi)，再開(kāi)始緩慢后聚合成型。預(yù)聚合有幾個(gè)好處：一是縮短聚合反應(yīng)的誘導(dǎo)期，并使“凝膠效應(yīng)”提前到來(lái)，以便在灌模前排出較多的聚合熱，以利于保證產(chǎn)品的質(zhì)量；二是可以減少聚合時(shí)的體積收縮，因MMA由單體變成聚合物，體積要縮小20%~22%，通過(guò)預(yù)聚合可使收縮率小于12%，另外漿液黏度大，可減少灌模的滲透損失?！緦?shí)驗(yàn)儀器及試劑】1.實(shí)驗(yàn)儀器錐形瓶（50mL）1只試管1支溫度計(jì)（100℃）1支恒溫水槽1臺(tái)量筒（50ml/10ml）各1個(gè)制模玻璃（10cm×10cm）2塊小試管1個(gè)描圖紙、橡皮條、膠水若干2.實(shí)驗(yàn)試劑甲基

6、丙烯酸甲酯（MMA）（新蒸）約10g過(guò)氧化二苯甲酰（BPO）（精制）0.1g~0.3g鄰苯二甲酸二丁酯（DBP）3ml【實(shí)驗(yàn)步驟】1.制模將玻璃板用去污粉洗凈后，烘干。用玻璃紙將小橡皮條包好，使之不露出。將包好的小橡皮條放入二塊玻璃板的四角，用沾有膠水的描圖紙把玻璃板三邊封嚴(yán)，留出一邊作灌槳用。制好的模放入烘箱內(nèi)，于50℃烘干。2.預(yù)聚在50mL洗凈干燥的錐形瓶中，加入10g甲基丙烯酸甲酯（MMA）、0.2g過(guò)氧化二苯甲酰（BPO）和3ml鄰苯二甲酸二丁酯（DBP）。搖勻后，放在水浴中，逐步加熱至85~95℃，保溫，期間不斷搖動(dòng)錐形瓶，注意觀察反應(yīng)物

7、黏度的變化，當(dāng)液體成黏稠狀時(shí)（類似室溫下的甘油，此時(shí)轉(zhuǎn)化率大約為10%，反應(yīng)約需0.5~1小時(shí)），停止加熱，迅速冷卻至40℃左右。1.澆筑將預(yù)聚好的物料注入模具中，灌漿時(shí)要小心，既不要讓物料溢至模外，也不要全灌滿，必須稍留一定空間，以免加熱膨脹導(dǎo)致反應(yīng)物料溢出，另取一條描圖紙用膠水封口。（可以在模具中加入樹(shù)葉等薄形物品，封裝入有機(jī)玻璃中）2.后聚合將注有漿液的模具放入50℃的烘箱中，低溫聚合過(guò)夜，此時(shí)已成柔軟透明固體，轉(zhuǎn)化率約為85%，注意溫度不能太高，否則易使產(chǎn)物內(nèi)部產(chǎn)生氣泡。然后在100~110℃的烘箱中進(jìn)一步聚合2~3小時(shí)。3.脫模取出模子，用

8、水洗去膠水和描圖紙，撐開(kāi)玻璃板，即得有機(jī)玻璃平板。4.自動(dòng)加速現(xiàn)象的觀察取少量預(yù)聚液倒入小試管中仍在90℃下