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本体聚合-有机玻璃的制造一、实验目的1.了解本体聚合的原理和特点2.掌握本体聚合的合成方法及有机玻璃的生产工艺3.了聚合温度对产品质量的影响二、实验原理本体聚合是不加其它介质，只有单体本身在引发剂或光、热等作用下进行的聚合，又称块状聚合。本体聚合的产物纯度高、工序及后处理简单，但随着聚合的进行，转化率提高，体系粘度增加，聚合热难以散发，系统的散热是关键。同时由于粘度增加，长链游离基末端被包埋，扩散困难使游离基双基终止速率大大降低，致使聚合速率急剧增加而出现所谓自动加速现象或凝胶效应，这些轻则造成体系局部过热，使聚合物分子量分布变宽，从而影响产品的机械强度；重则体系温度失控，引起爆聚。为克服这一缺点，现一般采用两段聚合：第一阶段保持较低转化率，这一阶段体系粘度较低，散热尚无困难，可在较大的反应器中进行；第二阶段转化率和粘度较大，可进行薄层聚合或在特殊设计的反应器内聚合。本实验是以甲基丙烯酯甲酯（MMA）进行本体聚合，生产有机玻璃平板。聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）由于有庞大的侧基存在，为无定形固体，具有高度透明性，比重小，有一定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工业的重要原料。甲基丙烯酸甲酯（MMA）在引发剂作用下发生聚合反应，放出大量的热，致使反应体系的温度不断升高，反应速度加快造成局部过热，使单体气化或聚合体裂解，制品便会产生气泡或空心，另一方面由于甲基丙烯酸甲酯（MMA）和它的聚合体密度相差甚大（前者0.94，后者1.19），因而在聚合时产生体积收缩，如果聚合热未经有效排除，各部分反应便不一致，收缩也不均匀，因而导致裂纹和表面起皱现象发生，为避免这种现象，在实际生产有机玻璃时常采取预聚成浆法和分步聚合法，整个过程分制模，制浆，灌浆聚合和脱模几个步骤。在聚合反应开始前有一段诱导期，聚合率为零，体系粘度不变，在转化率超过20%以后，聚合速率显著加快，而转化率达80%以后，聚合速率显著减小，最后几乎停止，需要升高温度才能使之完全聚合。三、仪器与试剂仪器：锥形瓶50ml1个，水浴锅1个，电炉1KW1只，变压器1KV1只，温度计100度1支，试管1.5×10cm1支，烧杯500ml1只，玻璃片40mm×70mm3块，涤纶绝缘胶带，橡皮圈，玻璃纸、试管夹、玻璃棒。试剂：甲基丙烯酸甲酯（MMA）新蒸，过氧化二苯甲酰（BPO）精制。四、实验步骤1.制模取三块40mm×70mm硅玻璃片洗净并干燥。把三块玻璃片重叠，并将中间一块纵向抽出约30mm,其余三断面用涤纶绝缘胶带封牢。将中间玻璃抽出，做灌浆用。2.预聚合（制浆）取30g新蒸过的甲基丙烯酸甲酯于干燥的锥形瓶中，加入0.03g引发剂BPO，为使水汽不进入锥形瓶内，上面可盖一玻璃纸，用橡皮圈扎紧，用水浴在80-90度下加热，当预聚物粘度与甘油粘度相近时立即停止加热，用冷水冷却至室温。3.灌浆通过用玻璃纸折叠的漏斗，将冷却的黏液慢慢灌入模具中，垂直放置10min赶出起泡，然后用涤纶绝缘胶带封住磨口的最后一边。4.低温聚合、高温聚合将灌浆后的模具放入50度烘箱内低温聚合6h，当模具内聚合物基本成为固体时升温至100度，保持2h。5.脱模将模具缓慢冷却到50-60度，撬开硅玻璃片，即得有机玻璃平板。五、注意事项1.预聚物在灌膜时，应骤然降温到40℃以下以终止反应2.本实验所用过氧化物类引发剂受到撞击、强烈研磨，极易燃烧、爆炸。取用时，盛引发剂的容器要轻拿、轻放，每次用量少，取用时洒落的，要及时收拾干净六、思考题1.为什么要进行预聚合？2.聚合为什么要采用分段加热，即先高温后低温而后再高温的工艺？