甲基丙烯酸甲酯的本体聚合实验
甲基丙烯酸甲酯的本体聚合实验
甲基丙烯酸甲酯的本体聚合实验高分子工程实验教案（3）一、实验内容甲基丙烯酸甲酯的本体聚合（有机玻璃的制备）二、实验目的与要求1、进一步掌握本体聚合的基本概念和本体聚合的特征；2、了解在本体聚合中如何避免自动加速效应；3、掌握有机玻璃的制备方法。
三、实验教时: 8教时四、实验指导（一）本体聚合的基本知识本体聚合是将单体本身在有微量引发剂或光、热、辐射能等引发进行的聚合反应。
由于聚合体系中的其他添加物少，因而所得的聚合物纯度高，特别适合于制备透明性和电性能高的产品。
根据聚合产物是否溶于单体可分为均相聚合和沉淀聚合。
如苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯等聚合属于均相本体聚合；乙烯、氯乙烯等聚合属于非均相本体聚合（沉淀聚合）。
本体聚合除所得的产品纯度高外，本体聚合的另一优点是可以进行浇铸聚合，即将预聚合产品浇入模具中进行后聚合，反应完成后即可获得成品。
通常聚合物比相应单体的密度大，因而在聚合反应过程中会发生体积收缩，因此在进行浇铸聚合时应注意控制预聚合的单体转化率，而且在后聚合过程中，若温度控制不好，易导致收缩不均匀，使聚合物的光折射不均匀以及产生局部皱纹，影响产品质量。
（二）主要药品和仪器1．药品甲基丙烯酸甲酯（MMA）偶氮二异丁腈（说明制备厚制品可用过氧化二苯甲酰）邻苯二甲酸二丁酯（增塑剂）硬脂酸（脱模剂）甲基丙烯酸（用多了会粘模严重，加一点可减少收缩）2．仪器三口反应瓶（150 mL），温度计，恒温水浴，10×10×5玻璃模板，乳胶管，恒温烘箱。
（三）实验步骤聚合配方：MMA：60 mL（根据制品的体积计算）偶氮二异丁腈：0.036～0.1克（单体量0.06%～0.15%）邻苯二甲酸二丁酯： 4.2克（单体量6%～7%）硬脂酸：0.36克（单体量0.5%～0.7%）甲基丙烯酸: 0.06克（单体量0.1%）1．预聚合在150 mL三口反应瓶中加入60 mLMMA、邻苯二甲酸二丁酯和硬脂酸及引发剂的1/3，在85～90℃的水浴中搅拌预聚合反应30～45分钟（控制转化率在8～12%），若粘度上升较慢可补加1/3的引发剂。
甲基丙烯酸甲酯的本体聚合
2．甲基丙烯酸甲酯的预聚合： 甲基丙烯酸甲酯的预聚合：
• ①洗涤单体 • 取容量瓶称取空瓶质量，取60gMMA单体。 配制5％氢氧化钠洗涤液（100ml蒸馏 • 水、氢氧化钠5g），取MMA: 氢氧化钠洗 涤液1:1，洗3次，用水洗3次（观察有什么 现象）
• ②预聚合 • 量取所需单体量（模具内容积＋5ml ) ，倒入一充分洗净 并烘干的 150ml 的锥形瓶中，加入0.08％单体重量的 ABIN(计算引发剂加入量)，用装有毛细管和温度计的橡皮 塞盖上瓶口（橡皮塞必须用铝箔包严），混匀后，用电热 套加热进行预聚合，控制反应瓶内温度为85℃～90℃，大 约 20～30 分钟。聚合过程要不断摇动，观察体系粘度变 化，当聚合液的粘度稍大于甘油时，预聚合反应结束。 • ③灌模： • 将所制得的预聚物趁热缓慢倒入模中，不要灌的太满 , 以 免外溢，将上口用玻璃纸及牛皮纸封好后，（观察若有气 泡可用洁净的毛细管导出 , 封好浇灌口）四周再以夹子夹 住，直立放于一模具架上。
三、 实验步骤
• 1．制模 ． • ①平板模具的制备：取两片同样大小（ 8cm x 10cm ）先 用肥皂水将玻璃片洗净 , 再用蒸馏水洗 。 在两片之间的 四角放上同样厚度的包有铝箔的小橡胶垫块，四边对齐， 在压紧的情况下，先用玻璃纸将三个边封严使其密封好 , 留下一边不封口 , 以便灌浆（注意：玻璃纸一定要贴平， 且注意在拐角处一定不要弄破）．然后在玻璃纸的外面再 贴一层牛皮纸以加固，用夹子夹牢,未封的一边留作灌料 口。此即为制备有机玻璃板的模具。将糊好的模具晾干， 备用。 • ②计算出模具的内容积。 • ③洗涤仪器待用
高分子化学
聚甲基丙烯酸甲酯 PMMA） （PMMA）的本体聚合
一、实验原理
• 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，如果聚合热 不能及时散去，会使局部反应“雪崩”式地加速 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取无瑕疵型材 的关键。从而影响产品的质量。
甲基丙烯酸甲酯的本体聚合
实验一甲基丙烯酸甲酯的本体聚合化工系毕啸天2010011811一、实验目的1.加深理解自由基本体聚合的原理和影响因素。
2.掌握有机玻璃制造的工艺特点。
二、实验原理本体聚合是指不用溶剂和介质，仅由单体和少量引发剂（也可采用热、光照、辐射等引发条件）进行的聚合反应。
本体聚合杂质少，纯度高，设备简单，可直接成型，生产成本低，特别适合制备透明度高的产品。
另外，该方法也适合于实验室研究，如单体聚合能力的判断、聚合动力学研究、竞聚率测定等。
本体聚合是最简单的一种聚合方法，但反应放出的热量难以控制。
在反应初期粘度不大时散热并无问题。
但是当转化率超过20%~30%后，体系粘度增大，使散热困难，此阶段的自动加速过程往往造成温度的急速上升，引起局部过热和产物分子质量分布变宽，严重的甚至引起爆聚，所得聚合物产品的均匀性较差。
为便于散热，通常采用两段聚合法：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。
本实验以甲基丙烯酯甲酯（MMA）进行本体聚合，实验同样采用两段聚合法。
首先在一锥形瓶内加入单体、引发剂，在加热条件下预聚。
体系粘度增大到一定程度后，将预聚物倒入事先准备的方形模具中进行恒温聚合。
反应式如下：OO AIBN**OO三、实验药品2、表中密度均指相对密度，以水为基准1；3、表中熔点、沸点单位均为摄氏度。
四、实验仪器玻璃模具，150mL锥形瓶，毛细管，温度计，加热器，搅拌器。
装置见下图六、实验注意事项1.选取玻璃片时应尽量保证二者大小相同，此外还要保证橡胶垫在包好铝箔后高度大致相同。
这样得到的有机玻璃片形状会较为规整美观。
2.玻璃片要充分洗干净，杂质有可能对自由基聚合起阻聚效果，影响聚合速度。
3.制模时要把四角封死，否则预聚物可能流出。
4.橡皮塞中含硫，它是此聚合反应的阻聚剂。
（查得44℃下硫磺对MMA 聚合的阻聚常数C z =0.075，从数值上看似乎并不大啊。
甲基丙烯酸甲酯的本体聚合
甲基丙烯酸甲酯的本体聚合聚甲基丙烯酸甲酯是一种热塑性塑料，性质很稳定，并且具有很好的透明性（透光能力可达90%以上），被称为有机玻璃。
它容易模塑加工，所以应用很广。
其最大的缺点就是耐磨性较差。
一、实验目的1．了解加聚反应及本体聚合的方法及特点。
2．了解并掌握本实验中单体的预聚、灌浆、成型聚合操作。
二、实验原理单体的预聚也称为制浆。
即首先制成具有一定粘度的液体（低聚合度的高分子），其目的主要是为了缩短聚合时间，减小成型过程中模的收缩程度（因从单体转化为聚合物密度增大，体积有明显收缩，对甲基丙烯酸甲酯来说收缩程度达20%左右）。
制浆常用两种方法：其一是将一定分子量（一般10-20万）的聚甲基丙烯酸甲酯经加热溶于其单体中，成为一定粘度的浆液，一般含4-8%的聚合物；其二是在单体中加入引发剂后在水浴（85-90℃）上加热使其引发聚合。
当达到一定粘度时，迅速冷却，然后成型。
三、仪器与试剂新蒸甲基丙烯酸甲酯，过氧化苯甲酰，50mL锥形瓶，球形冷凝管，试管，恒温槽。
四、实验步骤在50毫升的锥形瓶中加入15毫升（14.1克）新蒸的甲基丙烯酸甲酯及精确称量的14毫克过氧化苯甲酰，接上一回流冷凝管，在85-90℃水浴中加热予聚。
在予聚过程中要不断振摇锥形瓶。
经过15-20分钟，当粘度达到甘油粘度的两倍左右时，置于冷水中迅速冷却，终止聚合反应。
将以上制得的予聚物小心灌入一试管中，在恒温槽中按如下条件进行成型聚合。
50℃保持3小时后至35-40℃至凝胶化完毕（约20小时左右）。
然后逐步升温，经3小时后升至105℃保持3小时后，逐步升温，在3小时内降至40℃，即完成聚合。
将试管取出冷至室温，或用冷水冷却，即得到一段透明的有机玻璃。
观察其表面—是否光滑，透明度，颜色及有无气泡。
五、思考题1. 写出由丙酮为主要原料制聚甲基丙烯酸甲酯的各步反应式。
2.简述本体聚合的特点及控制方法。
3．讨论出现自动加速现象的原因。
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。
实验一 甲基丙烯酸甲酯的本体聚合
实验一甲基丙烯酸甲酯的本体聚合
实验原理：
自由基聚合反应是一种重要的高分子化学反应，是机械、电化学、辐射、光化学、热化学等条件下许多高分子化学反应的共性反应。
本实验中采用的甲基丙烯酸甲酯的本体聚合反应可以采用自由基聚合反应进行合成。
甲基丙烯酸甲酯的本体聚合物的化学结构如下图所示：
甲基丙烯酸甲酯具有较强的亲油性和良好的耐久性，可以制备高分子材料，如光硬化涂料、接枝共聚物、稳定剂等。
本次实验采用自由基引发聚合的方法，通过加入两性引发剂，在紫外光的照射下进行聚合反应。
实验材料：
甲基丙烯酸甲酯、过硫酸铵、四氢呋喃、紫外光灯、烧杯等。
实验步骤：
1、称取0.2克过硫酸铵和0.6克甲基丙烯酸甲酯加入10毫升四氢呋喃中，用漏斗将混合物滴加到小烧杯中，磁搅子搅拌溶解。
2、将小烧杯置放在紫外光灯下，打开紫外光灯，用塑料薄膜覆盖烧杯，在室温下静置过夜。
3、观察烧杯中聚合产物是否形成，将产物取出并分析分子量。
实验注意事项：
1、加入引发剂后需立即进行紫外光照射，不宜长时间搅拌，以免产生不必要的自由基引起副反应。
2、实验中应严格控制温度，避免相应聚合反应的发生。
3、实验结束后注意清洗实验器材。
实验结果及分析：
经过紫外光的照射，经过一夜后，产物已经形成。
通过分析可得聚合产物的分子量大概在5000左右。
通过本次实验，学习了甲基丙烯酸甲酯的本体聚合方法，掌握了自由基聚合反应的基本原理和实验操作技能，对于高分子材料及其化学性质有了更加深入的理解。
同时，在实验过程中也加强了实验的安全意识及实验室管理技能，提高了实验效率的重要性。
甲基丙烯酸甲酯的本体聚合
甲基丙烯酸甲酯的本体聚合一、实验目的（1）了解本体聚合的基本原理以及特点，特别是了解温度对产品的影响；（2）了解有机玻璃（PMMA）的制备技术，要求成品无气泡，无损缺，透明光洁。
二、实验原理聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），俗称有机玻璃，因其优良的光学性能，比重小，以及在低温下仍能保持其独特的性能而被广泛的应用，则它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，长脸自由基有一定程度的卷曲，自动加速效应更加明显。
因为引发是通过小分析的单分子的分解发生的，而生长只需要单体移动到生长链的末端，所以这两个过程的聚合速率再聚合初期并不特别依赖相应反应物在在介质中扩散的能力。
另一方面，双分子终止需要在粘度增加到一定程度后，终止速率将被扩散速率所控制，而引发和生长速率则不受影响。
这种在速率上的不连续性突然破坏了连锁反应的稳定状态，终止生长的链段数少于开始生长的链段数，导致反应速率与放热速率随反应进行而增加。
这种效应称之为“自动加速效应”。
由于粘度增加，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。
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，称为自加速效应，此时若控制不当，体系易发生暴聚而使产品性能变坏。
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全聚合。
三、 实验药品及仪器药品：过氧化苯甲酰（BPO ）（0.05g ）---甲基丙烯酸甲酯（MMA ）（15mL ）---仪器：恒温水浴锅、三口烧瓶、直型冷凝管、磨口锥形瓶、牛角管、温度计、天平、小试管等。
甲基丙烯酸甲酯的本体聚合实验报告
甲基丙烯酸甲酯的本体聚合实验报告
本体聚合实验的目的是通过将某些原料添加到一定量的丙烯酸甲酯中，将其进行热反应来制备高分子单体。
本次实验中使用的原料是甲基丙烯酸甲酯（MMA），本体聚合的温度为80℃，聚合时间为6个小时，反应器为20ml物料容器，旋转速度为200r/min，通气量为500ml/min，操作室环境温度为20-25℃。
本体聚合过程中，首先将甲基丙烯酸甲酯溶于 2-丙醇中，并加入其他原料，即ABS 树脂、有机硅树脂、组份使用量不应超过2％，加热至某一恒定温度（即本体聚合的温度），当反应温度达到稳定状态后，20ml反应瓶内的本体聚合反应开始，此时，静止时间每15分钟视察反应进展，同时视察底部沉淀产物；聚合反应结束后，终止反应，放置4小时进行沉淀，采用离心机200r/min离心处理，滤除残留溶剂中的有机物；然后，取出产物，在烘箱中烘烤，温度50℃，封存待用。
本文在本体聚合实验中，使用的是以甲基丙烯酸甲酯为主的溶剂，其他原料的使用量不超过2％。
本体聚合反应瓶装混合液体温度调至80℃，极易受到温度波动，建议施工时及时注意温度控制；进行本体聚合反应时，建议每15分钟视察反应的进展，以确认是否出现异常情况；聚合反应结束后，冷却并过滤残留溶剂，实验产物经烘箱烘烤后封存至封存处，以期待下次使用。
总之，本体聚合是一种常用的高分子合成方法，可以将多种原料经热反应来合成新的高分子单体、复合物以及重要的有机高分子材料，作为甲基丙烯酸甲酯的本体聚合实验，通过良好的操作技术，可以实现有效的合成高分子单体。
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甲基丙烯酸甲酯（Methyl methacrylate，缩写为MMA）是一种重要的有机化合物，具有优异的物理化学性质，在工业上应用广泛，例如制备高透明度的有机玻璃、聚合物分散剂、涂料和增塑剂等。
MMA的聚合过程中涉及到单体分子之间的化学键的断裂和形成，以及活性自由基的产生、转移和相互作用等复杂的过程，因此MMA的聚合机理和过程研究非常重要。
MMA的聚合通常有两种方法：一种是自由基聚合法，另一种是离子聚合法。
其中，自由基聚合法是目前应用最广泛的方法，本实验即采用自由基聚合法来合成MMA的高分子。
自由基聚合法是指利用引发剂引发单体的的自由基反应，使得单体分子在空气中逐渐聚合形成高分子。
大多数自由基聚合反应都需要一定的引发能量，如光，热，化学活性氧和单质等。
本实验采用的引发剂是过氧化苯甲酰（BPO），反应在70℃的无氧条件下进行。
实验前准备工作1）实验仪器、材料和试剂：宽口烧瓶、温控磁力搅拌器、分液漏斗、滴定管、试管、取样管、pH计、玻璃棒、过滤器、MMA单体、过氧化苯甲酰（BPO）、液态乙苯、硬化剂、苯甲醇、75％的硫酸、双乙酰丙烯酸二甲酯（DMAA）。
2）预先制备的溶液：MMA单体、液态乙苯、苯甲醇、75％的硫酸、硬化剂。
3）实验环境：空气中温度为25℃，相对湿度为50％。
实验步骤1）将宽口烧瓶置于温控磁力搅拌器上，加入过氧化苯甲酰（BPO）0.5g和苯3ml，然后用液态乙苯使刻度线到达250ml。
将烧瓶装载到水浴中，加温至70℃，同时保持搅拌。
2）制备MMA单体溶液：将MMA单体80g放置在分液漏斗中，加入30ml的苯甲醇，用玻璃棒搅拌均匀。
在加入细小的MMA单体量之前，确保储存瓶口密封，以避免氧气的入侵。
逐渐将MMA单体加入烧瓶中，注意单体加入速度要缓慢和均匀，同时加热水浴中的烧瓶，反应液体开始变浓稠。
3）在加入MMA单体以后，反应物的颜色发生变化。
通常，颜色的变化是从无色到淡黄色，说明聚合反应已经开始。
实验一 甲基丙烯酸甲酯本体聚合
实验一 甲基丙烯酸甲酯本体聚合一 、实验目的1.了解本体聚合的特点，掌握本体聚合的实施方法。
2.熟悉有机玻璃的制备方法及工艺。
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。
本实验是以甲基丙烯酯甲酯（MMA ）进行本体聚合，生产有机玻璃棒。
甲基丙烯酸甲酯在过氧化苯甲酰（BPO ）引发剂存在下进行如下聚合反应：用MMA 进行本体聚合时，为了解决散热、避免自动加速作用而引起的爆聚现象，以及单体转化为聚合物时由于比重不同而引起的体积收缩等问题，工业上或实验室目前多采用预聚－浇铸聚合的方法。
将本体聚合迅速进行到某种程度（转化率10%左右）做成单体中溶有聚合物的粘稠溶液（预聚）后，再将其注入相应的模具中，在低温下缓慢聚合使转化率达到93～95％，最后在100℃下高温聚合至反应完全，最后脱模制得有机玻璃。
三、实验仪器和试剂仪器：四口瓶，电动搅拌器，温度计，球形冷凝管，恒温水浴，试管等。
试剂：甲基丙烯酸甲酯(MMA)，过氧化二苯甲酰(BPO)四、实验步骤1.预聚合反应在装有搅拌器、冷凝管、温度计的250 ml 的四口瓶中加入溶有0.5 g BPO 的MMA 50 ml ，开动搅拌并升温至75~80℃，反应20~30分钟，观察粘度变化。
当物料呈蜜糖状时，用冷水浴骤然降温至40℃以下停止搅拌，将四口瓶中预聚nCH 2CH 3C COOCH 3CH 2CH 3C COOCH 3nBPO物灌入已备好的试管中。
2.聚合反应将上述试管放入水浴中，升温至60℃，保温1～2 h,待试管中基本无气泡产生，且聚合物基本变硬时，升温至100℃，保温1小时后，任其自然冷却到40℃以下，去除玻璃试管，即可得到光滑无色透明的有机玻璃棒。
五、实验记录六、思考题及实验结果讨论1. 本体聚合方法有什么特点？答：本体聚合是单体(或原料低分子物)在不加溶剂以及其它分散剂的条件下，由引发剂或光、热、辐射作用下其自身进行聚合引发的聚合反应。
实验6甲基丙烯酸甲酯的本体聚合
实验六甲基丙烯酸甲酯的本体聚合一、目的要求：1、了解本体聚合的原理，2、熟悉有机玻璃的制备方法。
二、原理：聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），俗称有机玻璃。
有机玻璃广泛用在工业、农业、军事、生活等的各个领域，如飞机、汽车的透明窗玻璃、罩盖等。
在建筑、电气、医疗卫生、机电等行业也广泛使用，如制造光学仪器、电器、医疗器械、透明模型、装饰品、广告铭牌等。
每年全世界要消耗数以百万吨的有机玻璃及其制品。
工业上制备有机玻璃主要采用本体、悬浮聚合法，其次是溶液和乳液法。
而有机玻璃的板、棒、管材制品通常都用本体浇铸聚合的方法来制备。
如果直接做甲基丙烯酸甲酯的本体聚合，则由于发热而产生气体只能得到有气泡的聚合物。
如果选用其它聚合方法（如悬浮聚合等）由于杂质的引入，产品的透明度都远不及本体聚合方法。
因此，工业上或实验室目前多采用浇注方法。
即：将本体聚合迅速进行到某种程度（转化率10% 左右）做成单体中溶有聚合物的粘稠溶液（预聚物）后，再将其注入模具中，在低温下缓慢聚合使转化率达到 93 ～ 95% 左右，最后在 100 ℃下聚合至反应完全。
其反应方程式如下：甲基丙烯酸甲酯在过氧化苯甲酰引发剂存在下进行如下聚合反应：本实验采用本体聚合法制备有机玻璃。
本体聚合是在没有介质存在的情况下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。
体系中可以加引发剂，也可以不加引发剂。
按照聚合物在单体中的溶解情况，可以分为均相聚合和多相聚合两种：聚合物溶于单体，为均相聚合，如甲基丙烯酸甲酯，苯乙烯等的聚合；聚合物不溶于单体，则为多相聚合，如氯乙烯，丙烯腈的聚合。
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，体系黏度增加，聚合热难以散发，系统的散热是关键。
同时由于黏度增加，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。
甲基丙烯酸甲酯的本体聚合
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；(2) 熟悉有机玻璃的制备方法。
二、实验仪器及药品仪器：仪器：塑料试管具塞锥形瓶恒温水浴锅电子天平量筒药品：过氧化苯甲酰（BPO）甲基丙烯酸甲酯（MMA）CH2=C（CH3）COOCH3三、实验流程图四、实验原理本体聚合（bulk polymerization）指单体在光、热或引发剂等作用下的聚合方法，只有单体或单体加引发剂，因此聚合物纯度高。
但自由基聚合的链锁反应特征，使得一旦聚合开始，放出很多热量，同时立即有聚合物形成，体系粘度随之急剧增加，使大量反应热难以传递出去，导致温度失控，体系中局部地区产生过热现象，结果聚合物性质变劣，最严重的情况是发生“爆聚”，使聚合过程彻底失败。
因此控制聚合热和及时的散热非常重要。
甲基丙烯酸甲酯（MMA）的聚合热为56.5kJ/mol，它的聚合热是比较适中。
MMA在BPO作引发剂下发生如下自由基聚合：1.引发剂分解2.链引发3.链增长4.链终止a、偶合终止b、歧化终止本体聚合进行到一定程度，体系粘度增大，大分子链自由基活性降低，阻碍了链自由基的相互结合，使链终止速率减慢，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，这是我们不想看到的。
四、实验步骤、现象及分析五、思考题1. 本体聚合与其他各种聚合方法比较，有什么特点?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。
溶液聚合过程易控制，散热较快，不过产物中含溶剂（有些污染环境），后处理比较困难；悬浮聚合以水作溶剂，水无污染，散热好，易除去，但要求单体不溶于水，故在应用上受限制；乳液聚合反应机理不同，可以同时提高聚合速度和聚合度，散热好，易操作。
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。
甲基丙烯酸甲酯的本体聚合
实验三甲基丙烯酸甲酯的本体聚合一、实验目的1. 强化对本体聚合原理的理解。
2. 了解甲基丙烯酸甲酯本体聚合主要工艺参数对其产品质量的影响。
3. 掌握聚甲基丙烯酸甲酯的本体聚合制备技术。
二、实验试剂(品级AR)甲基丙烯酸甲酯50克偶氮二异丁腈（AIBN）0.1克三、实验仪器及耗材试管（Φ1.5cm×15cm）若干支三口烧瓶（250mL）1个球形冷凝管1支加热搅拌装置1套烧杯100mL 1个四、实验原理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。
甲基丙烯酸甲酯的聚合反应如下：其中引发剂为偶氮二异丁腈。
反应开始前有一段诱导期，聚合速率为零，体系无黏度变化；在转化率超过20%后，反应速率显著加快；而转化率达到80%之后，反应速率显著减小，需要升温才能使之反应完全。
由于甲基丙烯酸甲酯单体的密度只有0.94g/cm3，而其聚合物的密度为1.17g/cm3，故有较大的体积收缩，因而一般先做成甲基丙烯酸甲酯的预聚体，然后再进行浇模。
本实验采用试管做模具，厚度较大，因而聚合的时间过长。
为了便于学生操作，采用在浇模前补加0.03g偶氮二异丁腈作为室温引发剂。
五、实验步骤准确称取0.03g偶氮二异丁腈和50g甲基丙烯酸甲酯混合均匀，投入到250mL配有冷凝管的磨口三口烧瓶中，开启加热装置。
开动搅拌，升温至80℃，30min后取样，若预聚物具有一定黏度（转化率7%~10%），则移去热源，冷却至50℃左右，补加0.03g偶氮二异丁腈，搅拌均匀。
图3 实验装置示意图取Φ1.5cm×15cm试管若干只，分别灌注预聚物，灌注高度一般为5~7cm，（灌注过高，压力太大，有可能使气泡不易逸出，留在聚合物内）然后静置片刻，或在60℃的水浴中加热数分钟，直到试管内无气泡，即可取出，放进50℃左右的水浴中直至聚合物硬化。
随后在沸水中将聚合物熟化1小时，使反应趋于完全。
撤除试管，可得到透明度高、光洁的圆柱形产物-聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）。
实验6 甲基丙烯酸甲酯的本体聚合
实验6 甲基丙烯酸甲酯的本体聚合甲基丙烯酸甲酯(PMMA) 由于其优良的机械性能、绝缘性能、耐候性、耐化学性，以及由其可以制得颜色丰富的产品，而被廣泛地应用到塑料工业和其他行业。
本体聚合是PMMA合成的主要方式。
本体聚合,或称"自包合"过程,是PMMA合成过程中,使用原料自身制备有机聚合物的方法。
聚合过程可以遵循$C_2H_2 + C_2H_2 \rightarrow C_4 H_4$的反应方式进行,在这里原料就是甲基丙烯酸甲酯本身。
聚合的方式不仅可以在室温条件下发生,还可以在较高的温度下发生，如275摄氏度。
聚合反应可以有内来或者外加催化剂加速，典型的催化剂有过氧化氢、N-真空、还原剂等。
在控制反应温度、压力、划分度和进料比等反应条件的情况下，本体聚合过程一般经历一个游离期，其期间主要涉及到增长的过程，期间的主要步骤有：凝固期，失效期和成熟期。
此外在本体聚合过程中，催化剂的选择也很重要，正确的选择有助于产品分散度的改善。
在PMMA的本体聚合过程中, 除了催化剂，还有其他要素影响反应的结果，如温度、噪音和湿度等，这些因素会影响反应的速度以及产品的物性。
一般来说，PMMA本体聚合时，适当的温度，即控制饱和气体压力，可以控制反应速度，从而获得稳定性好的产品。
湿度和噪音也会影响PMMA本体聚合的反应结果，在高湿度条件下，PMMA产品容易粘附，形成膜；在噪声作用下，PMMA的紊乱的聚合物结构会被打乱，使得PMMA的阻尼性能变差。
通过本体聚合，我们可以得到良好的PMMA材料，该材料具有优良的机械性能，耐化学性，耐候性和绝缘性。
此外，有机聚合物也可用于制备各种多彩的产品，在家具、家居用品行业中有广泛应用。
由于本体聚合过程价格低、但产品质量良好，因此已经被许多行业所接受。
实验6 甲基丙烯酸甲酯的本体聚合
实验六甲基丙烯酸甲酯的本体聚合一、目的要求：1、了解本体聚合的原理，2、熟悉有机玻璃的制备方法。
二、原理：聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），俗称有机玻璃。
有机玻璃广泛用在工业、农业、军事、生活等的各个领域，如飞机、汽车的透明窗玻璃、罩盖等。
在建筑、电气、医疗卫生、机电等行业也广泛使用，如制造光学仪器、电器、医疗器械、透明模型、装饰品、广告铭牌等。
每年全世界要消耗数以百万吨的有机玻璃及其制品。
工业上制备有机玻璃主要采用本体、悬浮聚合法，其次是溶液和乳液法。
而有机玻璃的板、棒、管材制品通常都用本体浇铸聚合的方法来制备。
如果直接做甲基丙烯酸甲酯的本体聚合，则由于发热而产生气体只能得到有气泡的聚合物。
如果选用其它聚合方法（如悬浮聚合等）由于杂质的引入，产品的透明度都远不及本体聚合方法。
因此，工业上或实验室目前多采用浇注方法。
即：将本体聚合迅速进行到某种程度（转化率10% 左右）做成单体中溶有聚合物的粘稠溶液（预聚物）后，再将其注入模具中，在低温下缓慢聚合使转化率达到93 ～95% 左右，最后在100 ℃下聚合至反应完全。
其反应方程式如下：甲基丙烯酸甲酯在过氧化苯甲酰引发剂存在下进行如下聚合反应：本实验采用本体聚合法制备有机玻璃。
本体聚合是在没有介质存在的情况下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。
体系中可以加引发剂，也可以不加引发剂。
按照聚合物在单体中的溶解情况，可以分为均相聚合和多相聚合两种：聚合物溶于单体，为均相聚合，如甲基丙烯酸甲酯，苯乙烯等的聚合；聚合物不溶于单体，则为多相聚合，如氯乙烯，丙烯腈的聚合。
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，体系黏度增加，聚合热难以散发，系统的散热是关键。
同时由于黏度增加，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。
实验1 甲基丙烯酸甲酯本体聚合
实验1 甲基丙烯酸甲酯本体聚合学时: 4一、实验目的1.通过实验了解本体聚合的基本原理和特点, 并着重了解聚合温度对产品质量的影响。
2.掌握有机玻璃制造的操作技术。
二、实验原理本体聚合又称为块状聚合, 它是在没有任何介质的情况下, 单体本身在微量引发剂的引发下聚合, 或者直接在热、光、辐射线的照射下引发聚合。
本体聚合的优点是: 生产过程比较简单, 聚合物不需要后处理, 可直接聚合成各种规格的板、棒、管制品, 所需的辅助材料少, 产品比较纯净。
但是, 由于聚合反应是一个链锁反应, 反应速度较快, 在反应某一阶段出现自动加速现象, 反应放热比较集中；又因为体系粘度较大, 传热效率很低, 所以大量热不易排出, 因而易造成局部过热, 使产品变黄, 出现气泡, 而影响产品质量和性能, 甚至会引起单体沸腾爆聚, 使聚合失败。
因此, 本体聚合中严格控制不同阶段的反应温度, 及时排出聚合热, 乃是聚合成功的关键问题。
当本体聚合至一定阶段后, 体系粘度大大增加, 这时大分子活性链移动困难, 但单体分子的扩散并不受多大的影响, 因此, 链引发、链增长仍然照样进行, 而链终止反应则因为粘度大而受到很大的抑制。
这样, 在聚合体系中活性链总浓度就不断增加, 结果必然使聚合反应速度加快。
又因为链终止速度减慢, 活性链寿命延长, 所以产物的相对分子质量也随之增加。
这种反应速度加快, 产物相对分子质量增加的现象称为自动加速现象(或称凝胶效应)。
反应后期, 单体浓度降低, 体系粘度进一步增加, 单体和大分子活性链的移动都很困难, 因而反应速度减慢, 产物的相对分子质量也降低。
由于这种原因, 聚合产物的相对分子质量不均一性(相对分子质量分布宽)就更为突出, 这是本体聚合本身的特点所造成的。
对于不同的单体来讲, 由于其聚合热不同、大分子活性链在聚合体系中的状态(伸展或卷曲)的不同；凝胶效应出现的早晚不同、其程度也不同。
并不是所有单体都能选用本体聚合的实施方法, 对于聚合热值过大的单体, 由于热量排出更为困难, 就不易采用本体聚合, 一般选用聚合热适中的单体, 以便于生产操作的控制。
实验一甲基丙烯酸甲酯的本体聚合
实验一 甲基丙烯酸甲酯的本体聚合一、实验目的1、用本体聚合的方法制备有机玻璃（PMMA ），了解聚合原理和特点，特别是了解温度对产品性能的影响。
2、掌握有机玻璃制备技术，要求制备品无气泡、无损缺、透明光洁。
二、实验原理聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA ）俗称有机玻璃，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。
甲基丙烯酸甲酯单体既可进行自由基聚合，又可进行阴离子聚合。
本实验是过氧化二苯甲酰为引发剂进行自由基聚合。
应用MMA 本体聚合的引发剂主要是偶氮类与过氧化物类油溶性引发剂。
以过氧化二苯甲酰（BPO ）引发聚合反应为例：1、引发剂分解2、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）由以上反应历程可知，所用过氧化物在加热时产生自由基，它们参与组成聚合物。
由此，称所用过氧化物为“引发剂”而不是催化剂。
聚合反应是一个连锁反应，反应速度较快，随着聚合产物增加出现自动加速现象，并且甲基丙烯酸甲酯并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，因为引发是通过小分子的单分子分解发生的，而生长只需要单体移动到生长链的末端，所有这两个过程的速率在聚合初期不特别依赖于相应反应物在介质中扩散的能力。
另一方面，双分子终止需要在粘度增加到一定程度后，终止速率将为扩散速率所控制，而引发和生长速率仍不受影响。
这种在速率上的不连续性突然破坏了连锁反应的稳定状态；终止的链数将少于开始生长的链数，导致聚合速率与放热速率随反应进行反而增加。
这种由于聚合物浓度增加、粘度增加而产生的效应称之为特罗姆斯多沃-诺里什（Trommsdorff-Norrish）即自动加速效应。
由于粘度增加，散热困难，有时会产生激烈的爆炸。
本体聚合又称块状聚合，它是在没有任何介质存在下，单体本身在微量引发剂下聚合或者直接用热与光、辐射线照射引发聚合。
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高分子工程实验教案（3）
一、实验内容
甲基丙烯酸甲酯的本体聚合（有机玻璃的制备）
二、实验目的与要求
1、进一步掌握本体聚合的基本概念和本体聚合的特征；
2、了解在本体聚合中如何避免自动加速效应；
3、掌握有机玻璃的制备方法。
三、实验教时: 8教时
四、实验指导
（一）本体聚合的基本知识
本体聚合是将单体本身在有微量引发剂或光、热、辐射能等引发进行的聚合反应。
由于聚合体系中的其他添加物少，因而所得的聚合物纯度高，特别适合于制备透明性和电性能高的产品。
根据聚合产物是否溶于单体可分为均相聚合和沉淀聚合。
如苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯等聚合属于均相本体聚合；乙烯、氯乙烯等聚合属于非均相本体聚合（沉淀聚合）。
本体聚合除所得的产品纯度高外，本体聚合的另一优点是可以进行浇铸聚合，即将预聚合产品浇入模具中进行后聚合，反应完成后即可获得成品。
通常聚合物比相应单体的密度大，因而在聚合反应过程中会发生体积收缩，因此在进行浇铸聚合时应注意控制预聚合的单体转化率，而且在后聚合过程中，若温度控制不好，易导致收缩不均匀，使聚合物的光折射不均匀以及产生局部皱纹，影响产品质量。
（二）主要药品和仪器
1．药品
甲基丙烯酸甲酯（MMA）
偶氮二异丁腈（说明制备厚制品可用过氧化二苯甲酰）
邻苯二甲酸二丁酯（增塑剂）
硬脂酸（脱模剂）
甲基丙烯酸（用多了会粘模严重，加一点可减少收缩）
2．仪器
三口反应瓶（150 mL），温度计，恒温水浴，10×10×5玻璃模板，乳胶管，恒温烘箱。
（三）实验步骤
聚合配方：
MMA：60 mL（根据制品的体积计算）
偶氮二异丁腈：0.036～0.1克（单体量0.06%～0.15%）
邻苯二甲酸二丁酯： 4.2克（单体量6%～7%）
硬脂酸：0.36克（单体量0.5%～0.7%）
甲基丙烯酸: 0.06克（单体量0.1%）
1．预聚合
在150 mL三口反应瓶中加入60 mLMMA、邻苯二甲酸二丁酯和硬脂酸及引发剂的1/3，在85～90℃的水浴中搅拌预聚合反应30～45分钟（控制转化率在8～12%），若粘度上升较慢可补加1/3的引发剂。
当粘度达到要求时（类似甘油的黏度即可），冷却至40℃，加甲基丙烯酸。
不同厚度的有机玻璃的配方和聚合时间是不同的。
无色透明平板有机玻璃典型的配方
聚合的工艺条件
2、浇铸灌模
将以上预聚合的预聚液灌入事先准备好的模具中。
（模具要用丙酮充分擦干净，否则会造成有机玻璃黏附模板，无法脱模，必要时可以在模板上涂一层有机硅油，以防黏膜）
3．水浴反应
将灌好模的模板置于45～50℃的水浴中反应18～25小时，水浴温度不能超过55℃，否则会造成有机玻璃板中有气泡。
4．高温后处理
水浴反应18～25小时后，将模具从水中取出，在100～105℃的烘箱内热处理小时。
5．冷却至40℃脱模的有机玻璃。
（四）参考数据
MMA的比重：0.907
有机玻璃比重：1.17～1.19
MMA的沸点：119℃；熔点：－48.2℃
PMMA的玻璃化温度：100～101℃
（五）思考题
进行本体浇铸聚合时，如果预聚阶段单体转化率偏低会产生什么后果？为什么要严格控制不同阶段的反应温度？
讲课要点：
1、讲清各原料的作用；
2、要求预聚反应要到位，预聚黏度要达到甘油的黏度，否则在灌膜时易漏液，黏
度太高不易灌膜。