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
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。
甲基丙烯酸甲酯通过本体聚合
.了解本体聚合的原理、特点和实施方法。
2.熟悉利用甲基丙烯酸甲酯本体聚合制备有机玻璃的方法，了解其工艺过程。
二．基本概念1.本体聚合――单体仅在少量的引发剂存在下进行的聚合反应，或直接在热、光和辐射作用下进行的聚合反应。
2.引发剂――易分解产生自由基并使单体聚合的化合物。
3.凝胶效应――按动力学方程，在反应初期以后，体系引发剂浓度下降，单体浓度下降，聚合总速率本应该下降，但是在反应过程总没有下降，反而上升的现象成为自加速现象。
其出现的主要是体系粘度增加所引起的，故又称为凝胶效应。
三.实验原理甲基丙烯酸甲酯通过本体聚合方法可以制得有机玻璃。
聚甲基丙烯酸甲酯由于有庞大的侧基存在，为无定形固体，其最突出的性能是具有高度的透明性，比重小，故其制品比同体积无机玻璃制品轻巧得多。
同时又具有一定的耐冲击强度与良好的低温性能，表面光滑，电性能优良。
甲基丙烯酸甲酯在引发剂的作用下，发生本体聚合反应，生成聚甲基丙烯酸甲酯：四．实验仪器与药品甲基丙烯酸甲酯过氧化苯甲酰试管三颈瓶冷凝管恒温水浴机械搅拌器五．实验步骤1.预聚物的制备准确称取0.05g过氧化苯甲酰、50g(60ml)甲基丙烯酸甲酯，混合均匀，投入到100mL、配有冷凝管的磨口三颈瓶中，开启冷却水，采用水浴恒温，开动搅拌，升温至75-80℃进行聚合反应，注意体系粘度和体积的变化，30min后取样，若预聚物具有一定粘度，则移去热源，冷却至50℃左右。
2.聚合物的成型取1.5×15cm试管若干支，分别进行灌注，灌注高度一般为5-7cm，（灌注过多，压力太大，有可能使气泡不易逸出，留在聚合物内。
）然后静置数天，直至试管内物料变得坚硬。
撤除试管，可得到一透明度高、光洁的圆柱形聚甲基丙烯酸甲酯。
六．分析与思考1.自加速效应是怎样产生的？对聚合反应有那些影响？2.制备有机玻璃，各阶段的温度应怎么控制，为什么？醋酸乙烯酯的乳液聚合一．实验目的1.了解乳液聚合的基本原理和特点；2.掌握乳液聚合的试验技术。
2. 实验二 甲基丙烯酸甲酯的本体聚合
不过产物中含溶剂（有些污染环境），后处理比较困难；悬浮聚合以水作溶剂，水无污染，散热好，易除去，但要求单体不溶于水，故在应用上受限制；乳液聚合反应机理不同，可以同时提高聚合速度和聚合度，散热好，易操作。
甲基丙烯酸甲酯在BPO 引发下自由基聚合：H 2C C C CH 3O O CH 3n BPO H 2C CCH 3CO OCH 3n图一 为甲基丙烯酸甲酯在过氧化苯甲酰引发剂存在下聚合反应的变化规律。
以BPO 为引发剂，图中用量是：Ⅰ.2%，Ⅱ.1%，Ⅲ.0.5%，Ⅳ.0.25%，Ⅴ.0.125%图中曲线表明：聚合反应开始前有一段诱导期，聚合速率为零，体系无粘度变化。
在转化率超过20％以后，聚合速率显著加快，出现自动加速效应。
而转化率达到80％以后，聚合速率显著减小．最后几乎停止聚合，需要升高温度才能使聚合反应完全。
为避免出现自动加速效应，可通过冷却降温与控制粘度的方法，在预聚时控制粘度，并控制温度在80~90℃时（引发剂的半衰期适当），以适应在较低温度下聚合。
转化率/%时间/min 图一 甲基丙烯酸甲酯本体聚合物时间与转化率曲线六、注意事项1.单体与引发剂的关系是本实验的关键之一，过多引发剂将导致爆聚，过少引发剂则不能引发聚合。
2.实验的温度也是主要影响因素，预聚合阶段应在80℃左右，硬化阶段应在55℃左右，最后熟化阶段应在90℃左右，否则难以控制反应速率和实验效果。
3.预聚合溶液粘度的变化的监测是本实验的难点，由于没有仪器进行定量测定，主要靠耐心细致的观察和体会，请各位同学务必注意细节。
4.预聚合的转化率太低，固化、熟化阶段难以控制；预聚合的转化率太高则可能直接导致爆聚。
5．预聚合时要控制温度不能太高，防止发生爆聚。
6．灌模后要等温度降低后再放入烘箱继续反应。
7.聚合物比相应单体的密度大，因而在聚合反应过程中会发生体积收缩。
因此在浇铸聚合时应注意控制预聚合的单体转化率。
而且在后聚合过程中，若温度控制不好易导致收缩不均匀，使聚合物的光折射率不均匀以及产生局部皱纹，影响产品质量。
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.
实验1、有机玻璃板的制备
实验一、有机玻璃的制备有机玻璃是指甲基丙烯酸甲酯通过本体聚合方法制备的板材、棒材、管材及其制品。
聚甲基丙烯酸甲酯由于其结构中具有庞大的侧基，不易结晶，为无定形固体。
它的最突出的性能是具有很高的透明度，透光率可达92% 。
另外，它的密度小，耐冲击强度高，低温性能优异，因此是光学仪器制造工业和航空工业的重要原材料。
有机玻璃在光学方面还有一个奇特的性能，即表面光滑的棒材或板材在一定的弯曲限度内，能将从一端射入的光线全部在树脂内部向前传导，最后从另一端射出，就像水从管子中流过一样。
但当其表面的某部分被磨毛时，光线可从这一部分逸出而显示光亮。
利用有机玻璃的这种性能，可用它制作外科手术用具、发光标志等。
有机玻璃的电学性能优良，遇电弧火花时不会碳化，因此，电子、电气工业中常用来作为绝缘材料。
有机玻璃又由于其着色后色彩五光十色，鲜艳夺目，故被广泛用作装饰材料和日用制品。
有机玻璃的最大缺点是表面硬度低，耐热性、耐磨性较差。
这些缺点通常通过与其他单体共聚或与其他聚合物共混来克服。
一、实验目的1、了解本体聚合的基本原理和特点；2、熟悉和掌握有机玻璃的制备方法。
二、实验原理甲基丙烯酸甲酯的本体聚合是在引发剂引发下，按自由基聚合反应的历程进行的，引发剂通常为偶氮二异丁腈或过氧化二苯甲酰。
其反应通式可表示如下：在本体聚合反应开始前，通常有一段诱导期，聚合速度为零。
在这段时间内，体系无粘度变化。
然后聚合反应开始，单体转化率逐步提高。
当转化率达到20%左右时，聚合速率显著加快，称为自动加速现象。
此时若控制不当，体系将发生暴聚而使产品性能变坏。
转化率达到80%之后，聚合速度显著减低，最后几乎停止反应，需要升高温度来促使聚合反应的完全进行。
甲基丙烯酸甲酯聚合过程中出现的自动加速现象主要是由于聚合热排除困难，体系局部过热造成的。
聚合过程中聚合热的排除问题是本体聚合中最大的工艺问题。
为了解决这一问题。
甲基丙烯酸甲酯本体聚合在工艺上采取两段法。
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；(2) 熟悉有机玻璃的制备方法。
二、实验仪器及药品仪器：仪器：塑料试管具塞锥形瓶恒温水浴锅电子天平量筒药品：过氧化苯甲酰（BPO）甲基丙烯酸甲酯（MMA）CH2=C（CH3）COOCH3三、实验流程图四、实验原理本体聚合（bulk polymerization）指单体在光、热或引发剂等作用下的聚合方法，只有单体或单体加引发剂，因此聚合物纯度高。
但自由基聚合的链锁反应特征，使得一旦聚合开始，放出很多热量，同时立即有聚合物形成，体系粘度随之急剧增加，使大量反应热难以传递出去，导致温度失控，体系中局部地区产生过热现象，结果聚合物性质变劣，最严重的情况是发生“爆聚”，使聚合过程彻底失败。
因此控制聚合热和及时的散热非常重要。
甲基丙烯酸甲酯（MMA）的聚合热为56.5kJ/mol，它的聚合热是比较适中。
MMA在BPO作引发剂下发生如下自由基聚合：1.引发剂分解2.链引发3.链增长4.链终止a、偶合终止b、歧化终止本体聚合进行到一定程度，体系粘度增大，大分子链自由基活性降低，阻碍了链自由基的相互结合，使链终止速率减慢，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，这是我们不想看到的。
四、实验步骤、现象及分析五、思考题1. 本体聚合与其他各种聚合方法比较，有什么特点?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。
溶液聚合过程易控制，散热较快，不过产物中含溶剂（有些污染环境），后处理比较困难；悬浮聚合以水作溶剂，水无污染，散热好，易除去，但要求单体不溶于水，故在应用上受限制；乳液聚合反应机理不同，可以同时提高聚合速度和聚合度，散热好，易操作。
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。
有机玻璃的制备方程式
感谢百度文库让我们在这里与你相见，您的下载就是我们最大的动力。
有机玻璃的制备方程式
有机玻璃一般指聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），它的制备方程式如下：
1. 首先是甲基丙烯酸甲酯（MMA）的合成，以丙酮和氢氰酸为原料：
CH3COCH3 + HCN→CH3C(OH)(CN)CH3。
然后这个产物再和甲醇、硫酸反应：
CH3C(OH)(CN)CH3+CH3OH + H2SO4→CH2 = C(CH3)COOCH3+NH4HSO4。
2. 甲基丙烯酸甲酯（MMA）的聚合反应：
nCH2 = C(CH3)COOCH3→[ - CH2 - C(CH3)(COOCH3)- ]n。
这里的聚合反应可以通过自由基聚合等方式来实现哦。
在实际的工业生产或者实验室制备中，对于反应的条件要求还挺严格的呢。
比如说反应温度、催化剂的种类和用量等都会影响有机玻璃的制备质量。
如果温度不合适，可能会导致聚合不完全或者产生过多的副反应产物。
就像我们做蛋糕一样，烤箱的温度没调好，蛋糕可能就做失败啦。
而且催化剂要是加多了或者加少了，也会影响反应的速度和最终产物的性能呢。
第 1 页共 1 页。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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？。