实验二--甲基丙烯酸甲酯的本体聚合

实验二甲基丙烯酸甲酯的本体聚合高分子化学实验报告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。1、引发剂分解nCH2CH3CCOOCH3CH2CH3CCOOCH3n2、引发3、增长4、终止a、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：四、实验步骤1、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。2、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。3、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。4、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。2、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。2、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。3、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。4、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。