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。即先在聚合釜中进行预聚，使转化率达到约15%。在此过程中，一部分聚合热已先行排除，为以后灌模聚合的顺利进行打下基础。预聚还有一个目的是减少由于聚合过程的体积收缩。甲基丙烯酸甲酯的聚合过程是一个体积缩小的过程，体积收缩率达21%。结果容易造成制品的变形。预聚可使一部分体积收缩在聚合釜中完成，因此可减少制品的变形。预聚结束后，将预聚体灌模，继续进行聚合，最后得到所需的制品。

三、实验仪器与药品

1、仪器

锥形瓶一只；恒温水浴槽一只；滴管一支；平板玻璃(80mm × 100 mm × 3mm) 两块；塑料管一根；透明胶带一卷。

2、药品

甲基丙烯酸甲酯50g，新蒸馏；过氧化苯甲酰0.05g，化学纯。

四、实验步骤

1、预聚体制备

1) 准确称取0.03g过氧化苯甲酰和30g甲基丙烯酸甲酯，投入锥形瓶中，摇晃使其完全溶解。水浴加热，升温至90℃~92℃左右，保温反应。

2) 观察聚合体系的粘度变化。若预聚物变成粘性薄浆状（比甘油略粘一些），撤去热源，反应瓶迅速用冷水冲淋冷却。

2、有机玻璃棒材的制备

1) 仔细洗净玻璃片，置于120 ℃烘箱中干燥0.5h后冷却。

2) 将塑料管弯成U型，夹在按玻璃片中间，用胶带纸扎紧，注意一定要密封好，左上角留出供灌浆用。

3) 将预聚物慢慢灌入模具中。灌满后检查有否气泡，若有气泡，可将模具口部朝上放置片刻，并用手指弹磕模具外壁促使气泡逸出。

4) 将已灌浆的模具置于烘箱内，于40 ℃继续聚合20h（目的：与散热速度相适应，温度过高，易产生气泡），再升温至80℃，保温2h（使残余单体充分聚合），而后再升温至100℃，保温2h。

5) 取出模具，撤去玻璃夹板，得一透明光滑的有机玻璃扳。

五、注意事项

1、单体预聚合时间不可过长。反应物稍变粘稠即可停止反应，并迅速用冷水淋洗冷却。

2、用作模具的玻璃片和试管要尽可能洗得干净，并彻底烘干。否则聚合中易产生气泡。

3、向模具灌浆时，应尽量灌满，不留空隙。

4、聚合时，烧瓶要全部浸入水浴中。注意不要将烧瓶靠在加热管上，以防局部过热。

六、思考题

1、叙述本体聚合的特点。

2、单体预聚合的目的是什么?

3、为什么制备有机玻璃棒材时升温速度要比制备板材时慢?

附：单体、引发剂的精制

1、甲基丙烯酸甲酯（商品中含对苯二酚、水分和甲基丙烯酸等）

在100ml分液漏斗中加入50ml甲基丙烯酸甲酯单体，用15ml的NaOH溶液（5%）洗涤二次，用蒸馏水洗涤至中性，分离出的单体置于锥形瓶中，加入无水硫酸钠至液体透明。干燥后的单体进行减压蒸馏，收集39o C~41 o C,10.8kPa的馏分，如单体暂时不用，可储存在烧瓶中，充氮封存，置于冰箱中。

3、过氧化苯甲酰的精制

在100ml的烧杯中加入6g过氧化苯甲酰，在搅拌条件下加入氯仿约25ml，稍作加热使其溶解，如有不溶物趁热过滤。向澄清的溶液中加入甲醇（50ml~100ml），有过氧化苯甲酰晶体析出。过滤，固体用甲醇洗两次，放在冰箱中保存。