实验二甲基丙烯酸甲酯本体聚合

实验二甲基丙烯酸甲酯本体聚合
实验三、甲基丙烯酸甲酯本体聚合
一、实验目的
1.通过实验了解本体聚合的基本原理和特点。

2.掌握有机玻璃制造的操作技术。

二、实验原理
聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），俗称有机玻璃，是重要的合成材料之一。

本实验是用过氧化苯甲酰（BPO）为引发剂，甲基丙烯酸甲酯进行自由基聚合。

本体聚合的具体过程是：
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
其中，甲基丙烯酸甲酯在60℃以上时聚合，以歧化终止为主。

本体聚合由于反应组成少，只是单体或单体加引发剂，所以产物较纯，但散热难控制，在工业化生产中较少采用。

本体聚合反应是一个连锁反应，反应速度很快，伴随着聚合物的生成出现自动加速现象，并且甲基丙烯酸甲酯不是聚合物的良溶剂，长链自由基有一定程度的卷曲，自动加速效应更加明显。

随着粘度增
加，散热困难，会发生“爆聚”。

因此，本体聚合要求严格控制不同反应阶段的温度，随时排除反应热是很有必要的。

由上图可见，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，称为自动加速效应，此时若控制不当，体系易发生爆聚产生大量气泡而使产品性能变坏。

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020406080100120140160
20
40
6080
100
i n v e r t i n g r a t i o (%)t(min)
全聚合。

三、实验仪器和试剂
试管圆底烧瓶水浴锅温度计模子
甲基丙烯酸甲酯过氧化二苯甲酰（BPO）
四、实验流程
五、注意事项
1 在预聚过程中需要严格控制温度以及预聚物粘度。

2 溶解BPO时不宜剧烈摇晃。

六、实验步骤、现象及分析
得到两份无色透明的有机玻璃，但表面有一层乳白色的小点，处于模具顶部的边缘部分并非坚硬的玻璃状，橡胶质感较强，其中一块加有树叶的还有气泡（如下图）因为顶部边缘与氧气接触较多，氧在低温时的阻聚作用，使聚合反应停留在弹性状态造成的。

同时由于所加树叶与预聚物在灌模时之间存在少量空隙，使得出现少量气泡。

七、实验结果
产品如图：两份无色透明的有机玻璃，但表面有一层乳白色的小点，处于模具顶部的边缘部分并非坚硬的玻璃状，橡胶质感较强，其中一块加有树叶的还有气泡。

八、实验思考
1.本体聚合的优、缺点。

本体聚合的优点：反应体系仅由单体以及引发剂组成，产物纯净，后处理较为简单。

缺点：散热困难，容易温度失控而爆聚。

2.铸塑成型的特点。

铸塑成型的特点是所用设备较为简单，成型时一般不需要加压，
故不需要加压设备，对模具强度的要求也较低。

铸塑对制品的尺寸限制较少，宜生产小批量的大型制品。

制品的内应力较低，质量良好。

缺点是成型周期较长，制品尺寸的准确性较差。

3.玻璃钢与有机玻璃的区别。

玻璃钢是混合物，属于复合材料，是玻璃纤维（无机非金属材料，玻璃的一种）与一种或数种热固性或热塑性树脂复合而成的材料，这些树脂如酚醛树脂、环氧树脂、聚酯树脂、聚酰亚胺树脂等都是有机合成材料。

有机玻璃是一种有机高分子化合物——聚甲基丙烯酸甲酯，
属于有机物，有弹性，不易碎，与玻璃不沾边，只是它透明度高，外观像玻璃而已。

4.为何需要首先制成具有一定粘度的预聚物?
甲基丙烯酸甲酯的密度小于其聚合物的密度，在聚合过程中会出现较为明显的体积收缩，预聚合可以避免由于体积过度收缩所导致产品畸形；同时由于单体在聚合过程中会产生大量的热，如果不能及时散热，很容易产生自动加速而引发爆聚。

先进行预聚合，有助于聚合过程中的散热，防止爆聚现象的发生。

5.为什么必须严格控制不同阶段的反应温度？
预聚时，为了防止在高温下聚合出现暴聚的现象，是在较低的温度下进行聚合的，这样聚合不能进行完全，还有部分的单体未反应,因此需要在较高的温度下再反应一段时间，使反应趋于完全。

6.能否先升温再加引发剂？
不可以，因为引发剂必须是在溶解之后达到一定温度才能产生活性自由基引发聚合。

而先升温则会导致引发剂的部分消耗。

7.达到甘油粘度时，此时体系的组分。

由于体系中正处于链引发以及链增长的过程，所以体系中包含有单体‘引发剂、活性自由基以及高聚物。

8.灌模时为何需要冷却？
温度过高时，体系会产生较多气泡，若此时进行灌模则会导致模具里含有较多气泡导致产品气孔过多。

9.对有机玻璃添加装饰物有何具体要求？
添加物中不能含有具有阻聚作用的物质，同时表面含有气孔的物质也不能加入。

10.自动加速现象的本质。

自动加速现象主要是体系粘度增加所引起的，因此称为凝胶效应。

加速的原因是在自由基聚合反应中，由于聚合体系黏度增大而使活性链自由基之间碰撞机会减少，链段重排受阻，活性端基甚至被包埋，双基终止困难，这使得自由基寿命延长而导致自由基浓度增加，此时单体仍然能够与活性链发生链增长反应，从而使聚合速率自动加快。

离子聚合，有没有凝聚效应？。