甲基丙烯酸甲酯本体聚合实验

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℃，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。

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PMMA，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

1实验目的

（1）：了解自由基本体聚合的特点和实施方法

（2）：熟悉有机玻璃板的制备方法，了解其工艺过程

2：实验原理

本体聚合是指单体仅在少量引发剂存在下进行的聚合反应，或者直接加热，光和辐射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，而单体分子的扩散收到的影响不大。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，结果使得聚合反应的速度增加，聚合物分子变大，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的加速进行而失去控制，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得无瑕疵型材的关键。

聚甲基丙烯酸甲酯为无定形聚合物，具有高度的透明性，因此成为有机玻璃。聚甲基丙烯酸甲酯具有较好的耐冲击强度于良好的低温性能，是航空工业和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

仪器设备：三颈瓶，冷凝管，搅拌器，玻璃板，橡胶管，温度计

四．实验步骤

准确称取70mg 的过氧化苯甲酰，80g 甲基丙烯酸甲酯，混合均匀，加入到配有冷凝管和温度计的三颈瓶中，水浴加热并开动搅拌器，逐步升温到95度左右，反映至有粘稠产物出现，用玻璃棒沾取少量产物出现拉丝现象即可，粘度大约为甘油粘度两倍，停止加热，迅速将产物倒入事先准备好，用两片玻璃板夹住橡胶管制成的模具中，用夹子夹紧，放入烘箱中，由老是控制温度，持续加热20h 。打开烘箱，自然冷却至室温，取下夹子，小心撬开玻璃板，取出制品，洗净，吹干，取部分试样进行分析。

五．实验结果

20406080100120140160180

0.18

0.20

0.22

0.24

0.260.28

0.30###

Y A x i s T i t l e X Axis Title

如图可见，玻璃化温度大约在164度，高于理论数据104度，分析原因可能为引发剂失效或者加入量过少，引发反应没有在预订温度完成，升高温度，能量增高后，反应才被引发。

六．思考题

1.自动加速效应是怎样产生的？对聚合反应有哪些影响？

自加速效应又称自动加速效应。自由基聚合反应进行到一定转化率时，会出现反应速率自动加快的现象。出现自动加速的根本原因是链自由基的终止速率受抑制。产生抑制的因素有两种：凝胶效应(gel effect)或Trommsdorff 效应(Trommsdorff effect)或Norrish-Smith 效应(Norrish-Smith effect)和沉淀效应。启动加速效应在自由基聚合中是一种较为普遍的现象。这种现象的存在是有害的，常常影响产物的质量。因此，在自由基聚合反应中需减少或避免其发生。一般地讲，采用升高反应温度、在反应体系中加入适量的良溶剂或加入适宜的链转移剂及分阶段聚合等手段均可减少凝胶效应的发生。

2．制备有机玻璃，各阶段的温度应怎样控制，为什么？

有机玻璃制备时，温度前期缓慢升温，升至预定温度后保持小波动，是温度恒定，待反应物反应充分，粘稠以后，倒出，降温，然后放入烘箱内缓慢升温，再恒温，切忌快速升温，或超出预定温度过多，容易发生爆聚。

3．用偶氮二异丁腈作为引发剂制备有机玻璃，为什么厚度越大，加入的引发剂量越小？

原因是偶氮二异丁腈在引发过程中药释放氮气，这时候由于体系粘度很大，不利于气体向外扩散，所以引发剂的用量要控制防止过多的引发剂产生过多气体，在成有机玻璃中产生过多气泡。