甲基丙烯酸甲酯的本体聚合和有机玻璃的制备1
PMMA(有机玻璃板)本体聚合的实验报告及制作流程
有机玻璃板（PMMA）的制作一、实验目的1.了解本体聚合的特点与规律, 掌握本体聚合反应的操作方法。
2.制备出无气泡、平整透明的有机玻璃薄板。
二、实验原理甲基丙烯酸甲酯在ABIN引发剂存在下进行如下聚合反应:本体聚合: 单体本身在不加溶剂及其他分散介质的情况下由微量引发剂或光、热、辐射能等引发进行的聚合反应。
本体聚合的优点:(1) 与其它聚合方法如溶液聚合、乳液聚合等相比, 由于聚合体系中的其他添加物少（除引发剂外, 有时会加入少量必要的链转移剂、颜料、增塑剂、防老剂等）, 因而所得聚合产物纯度高、分子量较高, 特别适合于制备对透明性和电性能要求高的产品, 而且对环境污染较低。
(2) 反应设备是最简单。
本体聚合的缺点:聚合反应却是最难控制的, 这是由于本体聚合不加分散介质, 聚合反应到一定阶段后, 体系粘度大, 易产生自动加速现象, 聚合反应热也难以导出, 因而反应温度难控制, 易局部过热, 导致反应不均匀, 使产物分子量分布变宽, 这在一定程度上限制了本体聚合在工业上的应用。
解决方法: 常采用分阶段聚合法, 即工业上常称的预聚合和后聚合。
三、实验仪器及药品甲基丙烯酸甲酯（MMA）30mL 偶氮二丁异腈（ABIN）0.267g锥形瓶（200mL）1个水浴加温装置1套铁架台1个电动搅动装置1套四、实验步骤1. 有机玻璃板模具的制作取三块50mm*50mm硅玻璃片洗净并干燥（其中两块可以选择涂一层硅油, 即邻笨二甲酸丁二脂, 也叫DPB）。
把三块玻璃片重叠、并将中间一块纵向抽出约30mm, 其余三断面用切割好的玻璃片用玻璃胶封牢, 然后将中间玻璃板抽出, 作灌浆用。
2. 预聚合在干净的（200mL）锥形瓶中加入30mLMMA及0.267g的AIBN, 混合均匀, 然后套上带有搅动棒的橡胶塞, 用试管夹夹住锥形瓶的瓶颈, 在70-75℃的水浴中加热, 同时开启电动搅动装置（注意搅动的速率不能过快, 特别是刚开始时）, 进行预聚合约30min, 注意观察体系粘度变化, 当体系黏度变大, 但仍能顺利流动时（即预聚物的转化率约7%-10%,似甘油粘稠状时）, 取出锥形瓶, 并将聚合液冷却至40-45℃, 注入模具中（浇铸时注意防止锥形瓶外的水珠滴入）, 垂直放置5-10min赶出气泡。
甲基丙烯酸甲酯的本体聚合实验
1.5温度/℃
100以2h～冷却速度
2～3
4～6
8～10
12～16
18～2048
46
40
36
3250
48
40
38
3212
20
35
40
701.5
1.5
1.5
2～3
2～3100
100
100
100
1002.5h冷却至40℃的速度冷却
先冷至80℃，再按上述速度
冷却
2、浇铸灌模
将以上预聚合的预聚液灌入事先准备好的模具中。（模具要用丙酮充分擦干净，否则会造成有机玻璃黏附模板，无法脱模，必要时可以在模板上涂一层有机硅油，以防黏膜）
×100
1～
1.5
2～3
4～6
8～12
14～25
30～45
特白
0.06
0.06
0.06
0.025
0.020
0.005
0.471
0.6
0.6
0.2
0.6
硬脂酸×100甲基丙烯酸
×100
0.15
0.1
0.1
0.1聚合的工艺条件
板材厚度
/mm
1～
1.5保温温度
无色透明
52有色板
54保温时间
/h
10高温聚合
高分子工程实验教案
（3）
一、实验内容
甲基丙烯酸甲酯的本体聚合（有机玻璃的制备）
二、实验目的与要求
1、
2、
3、进一步掌握本体聚合的基本概念和本体聚合的特征；
了解在本体聚合中如何避免自动加速效应；
掌握有机玻璃的制备方法。
三、实验教时:8教时
甲基丙烯酸甲酯的本体聚合(有机玻璃板的制备)
化学化工学院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：2011/10/19姓名：学号：同组人：一、预习部分1.甲基丙烯酸甲酯的性质：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。
2.有机玻璃的性质及应用：有机玻璃的化学名称叫聚甲基丙烯酸甲酯，是由甲基丙烯酸酯聚合成的高分子化合物。
有机玻璃有机玻璃应用广泛，不仅在商业、轻工、建筑、化工等方面。
而且有机玻璃制作，在广告装潢、沙盘模型上应用十分广泛，如：标牌，广告牌，灯箱的面板和中英字母面板。
选材要取决于造型设计，什么样的造型，用什么样的有机玻璃、色彩、品种都要反复测试，使之达到最佳效果。
有了好的造型设计，还要靠精心的加工制作，才能成为一件优美的工艺品。
3.有机玻璃的分类：可分四种。
有色透明有机玻璃：俗称彩板。
透光柔和，用它制成的灯箱、工艺品，使人感到舒适大方。
有色的有机吊灯玻璃分：透明有色、半透明有色，不透明有色三种。
磁有机玻璃光泽不如珠光有机玻璃鲜艳，质脆、易断、适于制作表盘、盒、医疗器械和人物、动物的造型材料。
透明有机玻璃：透明度高，宜制灯具。
用它制成的吊灯、玲珑剔透、晶莹澄澈。
半透明有机玻璃类似磨砂玻璃，反光柔和，用它制成的工艺品，使人感到舒适大方。
无色透明有机吊灯，玲珑剔透，晶莹澄澈。
珠光有机玻璃：是在一般有机玻璃加入珠光粉或荧光粉著成。
这类有机玻璃色泽鲜艳，表面光洁度高，外形式经模具热压后，即使磨平抛光，仍保持模压花纹，形成独物的艺术效果。
用它可制作人物、动物造型，商标、装饰品及宣传展览材料。
压花有机玻璃：分透明、半透明无色，质脆，易断，适于制作。
实验1 甲基丙烯酸甲酯的本体聚合
1第一章材料的合成实验1甲基丙烯酸甲酯的本体聚合一、目的要求了解本体聚合的原理，熟悉有机玻璃的制备方法。
二、基本原理本体聚合是在没有介质存在下单体本身聚合，因此聚合时只用单体和少量引发剂加热使单体聚合生成聚合物。
nCH 2CCOOCH 3CH 3C COOCH 3n CH 3CH 3在本体聚合过程中，由于单体聚合时放出大量热，而且随着聚合反应的进行，生成的聚合物溶在单体中，使体系变粘稠，这样导热效率更差，热量难以导出。
所以本体聚合控制温度是很重要的。
为了控制本体聚合的速度导出聚合热，通常采用二段或多段聚合的方法。
三、药品与仪器甲基丙烯酸甲酯（MMA ）精制过氧化苯甲酰（BPO ）重结晶70℃的恒温水浴一个50毫升锥形瓶一个5毫升试管二个折光仪（通循环水维持25℃）四、实验步骤取一个50ml 锥形瓶加入20ml 新蒸的MMA ，加入引发剂过氧化苯甲酰（为单体重量0.1%）混合均匀，为使水蒸汽不进入锥形瓶内，上面可盖一玻璃纸，用橡皮圈扎紧。
将配好的MMA-BPO于水浴加热，温度为80℃，直到成粘稠甘油状液体立即停止加热，用冷水冷却至室温。
反应过程中随时间变化取出一滴测折光率（注意每次测定一次用氯仿清洗整个棱镜以除去聚合物）。
分别将预聚物灌入两支5ml的试管中，灌浆时注意不要带入气泡，将灌完后试管置于40℃的烘箱中继续进行聚合，约24小时，为使聚合进行彻底，增加聚合物的硬度，在最后一小时可升温至100℃。
五、注意事项1.仪器要洁净干燥，实验中锥形瓶避免进水；2.过氧化物类引发剂受到撞击、强烈研磨等极易燃烧、爆炸，取用时要轻拿轻放，如洒落要及时清理干净。
六、思考与讨论1.反应时注意引发剂用量，其用意何在？2.为什么有的体系长时间没有出现粘度变大现象？3.如最后产品中有气泡，试着分析一下其中的原因。
4.聚合为何要采取分段加热，即先高温后低温的工艺？2。
实验五 甲基丙烯酸甲酯的本体聚合及有机玻璃的制备
甲基丙烯酸甲酯的本体聚合 及有机玻璃的制备
实验目的
1.了解本体聚合的基本原理和特点。 2.掌握和了解有机玻璃的制造和操作技术特
点。
一、 基本原理
本体聚合: 单体本身在不加溶剂及其他分散介质的情况下由 微量引发剂或光、热、辐射能等引发进行的聚合反应。
本体聚合的优点:
(1) 由于聚合体系中的其他添加物少（除引发剂外, 有时 会加入少量必要的链转移剂、颜料、增塑剂、防老剂等）, 因而所 得聚合产物纯度高, 特别适合于制备对透明性和电性能要求高的产 品。
四、思考题
1. 本体聚合工艺中的关键是什么？ 采用什么措施来解决这些问题？ 2. 经聚合后的浆液为什么要在先低温下聚合，然后再升温？ 3. 硬脂酸在有机玻璃制备中起什么作用？
2. 灌浆
将冷却后的浆液慢慢灌入试管中, 注意检查是否有气泡。若有 气泡, 将试管口朝上, 用手指弹磕试管外壁使气泡逸出。
3. 后聚合 将灌浆后的模具在40℃的烘箱内进行低温聚合, 当模具内聚合物 基本成为固体时升温至100℃, 保温2 h, 使聚合完全。 4. 脱模 将模具自然冷却至40℃以下时, 脱去试管即得有机玻璃。观察其
(2) 反应设备是最简单。
本体聚合的缺点:
聚合反应难控制的, 这是由于本体聚合不加分散介质, 聚合反应到 一定阶段后, 体系粘度大, 易产生自动加速现象, 聚合反应热也难以 导出, 因而反应温度难控制, 易局部过热, 导致反应不均匀, 使产物分 子量分布变宽。这在一定程度上限制了本体聚合在工业上的应用。
解决方法:
常采用分阶段聚合法, 即工业上常称的预聚合和后聚合。
Hale Waihona Puke 二 、主要药品与仪器甲基丙烯酸甲酯（MMA） 过氧化苯甲酰（BPO）
甲基丙烯酸甲酯的本体聚合和有机玻璃的制备
甲基丙烯酸甲酯的本体聚合和有机玻璃的制备(化学122班)一、实验目的1.了解自由基本体聚合的特点和实施方法。
2.熟悉有机玻璃柱的制备方法，了解其工艺过程。
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如下聚合反应：CH 2C CH 3COOCH 3n CH 2CCH 3COOCH 3n ()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。
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。
但是，由于聚合后期体系粘度大，聚合热难以散去，反应控制困难，导致产品发黄，出现气泡，从而影响产品的质量。
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，而单体分子的扩散受到的影响不大，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，结果使得聚合反应速度增加，聚合物分子量变大，出现所谓的自动加速效应。
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”式地加速进行而失去控制，出现爆聚现象。
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取无瑕疵型材的关键。
聚甲基丙烯酸甲酯为无定形聚合物，具有高度的透明性，因此称为有机玻璃。
聚甲基丙烯酸甲酯具有较好的耐冲击强度与良好的低温性能，是航空工业与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导而不逸出，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，可以使用甲基丙烯酸甲酯与苯乙烯等单体共聚来改善耐磨性。
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，在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于散热，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%之后，聚合体系粘度增加，聚合速率显著增加。
甲基丙烯酸甲酯的本体聚合.
100
80
inverting ratio(%)
60
40
20
0 0 20 40 60 80 100 120 140 160
t(min)
图1 PMMA在BPO引发下转化率随时间的变化关系.
三、实验设备和样品
1.仪器
100ml 锥形瓶 1只； 1000ml烧杯 1只； 100℃温度计1支； 调压电热套一个 玻璃棒一支 平板玻璃80×100×3mm 4块 橡皮片80×100×3mm 2块 铁夹子 8只 胶带纸 1卷 橡皮膏若干
COOCH3
பைடு நூலகம்
在本体聚合反应开始前，通常有一段诱导期，聚合速度为零，体系无粘度变化。然后反应逐 步进行。当转化率超过20%之后，聚合速度显著加快，称为自加速效应，此时若控制不当， 体系易发生暴聚而使产品性能变坏。而转化率达80%之后，聚合速率显著减小，最后几乎停 止聚合反应，需升高温度才能使之完全聚合。
。
（2）注模及热处理 a . 仔细洗净玻璃片并干燥之； b.按玻璃片大小将橡皮片口型，左上角断开，用胶带纸缠绕橡皮条二层，涂上聚乙 烯醇糊，放于二片玻璃之间使其粘结起来，然后将模具四周用橡皮膏粘封二层，左上 角留出供灌浆用。 c. 用滴管将预聚体慢慢灌入模具内，灌完后检查是否有气泡，若有气泡，可将模具 口部向上放置片刻，并用手指弹嗑模具外壁使气泡逸出。然后用橡皮膏将模口密封， 四周用夹子夹住。 d. 将已灌浆之模具置于恒温水槽中，升温至 60 ℃，保持 3 小时，然后升温至 95100℃，保持2小时，使聚合完全，取出模具，撤去玻璃夹板，得一透明光洁的有机 玻璃板。
五、注意事项
转化率超过20%以后,聚合速度显著加快,此时应注意控制反应条件 防止发生暴聚.
甲基丙烯酸甲酯的本体聚合
化学化工学院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 C,沸点100-101 T,24C (4.3kPa ),相对密度 0.9440 (20/4 C),折射率 1.4142，闪点(开杯)10C, 蒸气压(25.5 C) 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PMM ，俗称有机玻璃，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，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1实验目的 (1) ： 了解自(2) :熟悉有 2:实验原理 本体聚合是指 作用下进行的 成各种规格的 产品发黄，出 本体聚合进行 扩由基本体聚合的特点和实施方法 机玻璃板的制备方法，了解其工艺过程单体仅在少量引发剂存在下进行 聚合反应。
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甲基丙烯酸甲酯的本体聚合和有机玻璃的制备(化学122班)
一、实验目的
1.了解自由基本体聚合的特点和实施方法。
2.熟悉有机玻璃柱的制备方法，了解其工艺过程。
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如下聚合反应：
CH 2C CH 3
COOCH 3n CH 2C
CH 3COOCH 3n ()
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。
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。
但是，由于聚合后期体系粘度大，聚合热难以散去，反应控制困难，导致产品发黄，出现气泡，从而影响产品的质量。
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，而单体分子的扩散受到的影响不大，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，结果使得聚合反应速度增加，聚合物分子量变大，出现所谓的自动加速效应。
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”式地加速进行而失去控制，出现爆聚现象。
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取无瑕疵型材的关键。
聚甲基丙烯酸甲酯为无定形聚合物，具有高度的透明性，因此称为有机玻璃。
聚甲基丙烯酸甲酯具有较好的耐冲击强度与良好的低温性能，是航空工业与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导而不逸出，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，可以使用甲基丙烯酸甲酯与苯乙烯等单体共聚来改善耐磨性。
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，在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于散热，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%之后，聚合体系粘度增加，聚合速率显著增加。
此时应该停止第一阶反应，将聚合浆液转移到模具中，低温反应较长时间。
当转化率达到90%以上后，聚合物也已成形，可以升温使单体完全聚合。
引发剂的使用量应视制备的制品厚度而定。
三、仪器和试剂
仪器:100mL圆底烧瓶、回流冷凝管、磁力搅拌恒温水浴锅、玻璃瓶
试剂: 甲基丙烯酸甲酯(MMA)、过氧化二苯甲酰(BPO)
四、实验步骤
1. 准备:取试管一支，用洗液、自来水、蒸馏水依次洗涤干净，烘干备用。
2. 制浆(预聚):在干净、干燥的100mL圆底烧瓶中加入40ml甲基丙烯酸甲酯，准确称取0.04g BPO，混合均匀，使过氧化苯甲酰完全溶解，在该圆底烧瓶上安装回流装置并用水浴加热。
磁力搅拌下于80～85℃加热预聚合，观察反应的粘度变化至形成粘性薄浆(似甘油状或稍粘些，反应需0.5～1小时)，迅速冷却到40℃停止聚合反应。
3. 成型(有机玻璃棒材的制备):将上述制得的预制物，小心灌入提前准备好的玻璃瓶中然后将灌好的模具放入50℃的烘箱中，保持24h。
然后升温至70℃，保持半小时。
最后升温至95℃，保持半小时。
取出模具，冷却后将模具砸碎，得以透明光滑的有机玻璃制品。
五、实验结果和数据记录
实验结果：得到透明无色的固体有机玻璃柱。
六、思考题
1．本体聚合与其他聚合方法比较有何特点？
答: (1)乳液聚合优点:散热容易，可连续化；缺点:产品中留有部分乳化剂和其他助剂，纯度不高。
(2)溶液聚合优点:散热容易，可连续化；缺点:不宜制成干燥粉状或粒状树脂。
(3)悬浮聚合优点:散热容易，间歇生产，产物比较纯净；缺点:需要加分离、洗涤、干燥等程序，较为复杂。
(4)本体聚合优点:聚合物纯净，宜生产透明浅色制品,设备相对简单；缺点:不易散热，聚合时易发生爆聚。
2.采用预制浆的目的是？
答：由于在本体聚合时，散热问题困难会导致凝胶效应，出现自加速现象，有爆聚的危险，所以采用两段聚合法，第一阶段在较高温度下聚合，加快聚合速率，在转化率不是十分高的情况下，之后进行第二阶段的聚合，低温聚合降低反应速率，防止爆聚。
3.本体聚合与其他聚合为何要在低温下聚合然后升温，如何避免有机玻璃中产生气泡？
答：自由基聚合中采用双基终止（偶合终止或歧化终止），在预制浆液之后，由于自由基浓度较高，终止的概率很高，为了获得较高分子量的聚合物，降低自由基活性，可以有效阻止双基终止；但是，在反应后阶段，由于聚合物浓度升高，体系粘度急剧升高，单体运动受到了阻止，同时双基终止也受限，为了降低体系由于粘度过高所导致的后续加工问题，升温促进聚合终止。
4.MMA单体比重为0.94，聚合比重为1.99，计算安全聚合后体积的收缩率，若要制得厚5mm，长20mm，宽15mm的有机玻璃平板，所需的单体量为多少？。