实验二 甲基丙烯酸甲酯的本体聚合.docVIP

高分子化学实验报告 高分子化学实验报告 实验二 甲基丙烯酸甲酯的本体聚合 甲基丙烯酸甲酯的本体聚合 一、实验目的 1、了解本体聚合的原理，熟悉有机玻璃的制备方法 2、观察整个聚合过程中体系粘度的变化过程 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自由基聚合反 应。自由基加聚的工艺方法主要有四种：本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合及乳液聚合。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。 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。因它具有优良的光学性能，比重小，在低温下仍能保持其独特的物理性能而广泛的应用于建材、民用制品，尤其是航空工业上。因此它是较重要的合成材料之一。 甲基丙烯酸甲酯在BPO引发下自由基聚合： 自由基聚合属于连锁反应，一般有三个基元反应：链引发、链增长、链终止（有时还会出现链转移）反应。 引发剂分解 2、引发 3、增长 4、终止 偶合终止 b、歧化终止 （甲基丙烯酸甲酯在 60℃以上时聚合以歧化终止为主） 本实验采用本体聚合，当反应达到一定程度时粘度增大，大分子链自由基活性降低，阻碍了链自由基的相互结合，使链终止速度减慢，而小分子单体却依然可以自由与链结合，链增长速率不会受到影响，从而导致自动加速效应，内部温度急剧上升，又继续加剧反应，如此循环，而粘度又屏蔽热量，使局部温度过高，严重影响聚合物的性质，因此，，本体聚合要求严格控制不同阶段的反应温度，随时排出反应热。 三、 实验药品及仪器 药品：过氧化苯甲酰（BPO）、甲基丙烯酸甲酯（MMA） 仪器：试管、具塞锥形瓶、恒温水浴锅、温度计 实验装置如下图： 实验步骤 预聚：洗净并干燥玻璃仪器，同时加热水浴锅到80-90℃。称取0.20g 引发剂BPO放入带磨口的圆底烧瓶中，再加入10.6mL单体MMA，轻轻盖上塞子（不要老是摇动），放入水浴锅中加热，当瓶内的预聚物粘度与甘油粘度相近时，立即停止加热。 灌模：取两个干燥洁净的塑料试管（可适当地加些许装饰物），为避免有气泡产生，将预聚物缓慢、呈细流线状倒入试管中，注意切勿完全灌满，应预留一定空间以防胀裂。 聚合：将试管封口，放在40~50℃的烘箱中聚合24 小时，直至硬化。最后在100℃情况下处理0.5 至1 小时，使反应趋于完全。 脱模：敲碎试管，得聚合物有机玻璃。 五、注意事项 1、预聚时要注意粘度的变化，当粘度与甘油粘度相近时，立即停止加热，否则过度后会发生暴聚； 2、灌模时试管稍微倾斜，将高聚物呈细线形稳定缓慢流入试管。 六、实验结果及分析 实验结果：聚合得到粘度近似甘油的油状液体； 灌模成型后得到透明光滑玻璃。 结果分析： 第一次实验失败，在水浴中还是很稀，从水浴锅中拿出立即暴聚，产生大量气泡，可能是因为引发剂过量导致，第二次实验室加入一半的引发剂实验成功。还可能是温度过高或受热不均匀导致产生气泡而暴聚，又或是从水浴锅拿出观察反应时否达到终点时摇晃混入氧，在较高温度下产生新的活性中心，反应速率骤增，并大量放热，造成暴聚。 实验总结： 1、预聚时要注意粘度变化，当粘度与甘油粘度相近时，立即停止 加热，如果粘度太大，会导致自动加速效应，甚至暴聚。 引发剂量要适度，太多可能导致反应速率过快，大量放热而造成暴聚。而且有些BPO 很纯，反应很快，温度不能太高。 3、在水浴时，不能老是摇动烧瓶，否则易把氧气溶入溶液中而导致暴聚。 4、灌模时，试管稍微倾斜，将高聚物呈细线形稳定、缓慢流入，以防产生气泡。另外，如果灌模灌太多，会放出大量的热，容易暴聚，所以不能灌太多。 七、思考题 1、在烘箱中聚合，最后为何体积变小了？ 答：聚合，小分子变大分子，分子间隙变小了。 预聚完为何不能冷却，而直接灌模？ 答：冷却导致温度不均匀，易产生气泡。 有的同学最后得到的有机玻璃中带有乳白色，为什么？ 答：灌模时，加入的小饰物带有水分，如树叶等，高温聚合时，水分进入有机玻璃中，乳化。 本体聚合的优缺点？ 答：优点：生产过程比较简单；聚合物无需后处理；产品较纯净。缺点：由于无散热介质存在，且聚合过程中物质不断增加，聚合物又是不良导体，故放出的热量难以散去。 5、在制备有机玻璃的过程中，为什么要进行预聚合？ 答：缩短聚合反应的诱导期并使凝胶效应提前到来，以便在灌模前移出较多的聚合热，以利于保证产品质量；可以减少聚合时的体积收缩。 6、在本体聚合的过程中，为什么在各阶段控制的反应温度不同？ 答：预聚时散热不困难可以在较高的温度下进行；聚合时为了与散热速度相适应，要低温缓慢聚合，且温度过高易产生气泡。