有机玻璃的制备

实验七有机玻璃的制备

一、实验目的

1．了解本体聚合的基本原理和特点；

2．掌握有机玻璃的制备方法。

二、基本原理

PMMA--polymethyl methacrylate，指由甲基丙烯酸甲酯经自由基引发（或离子型引发）聚合而得到的聚合物，呈无色透明板材状的，又俗称有机玻璃，是一种开发较早的重要热塑性塑料，具有较好的透明性、化学稳定性和耐候性，易染色，易加工，外观优美。它的主要特性是：高度透明性，机械强度高，重量轻，易于加工。

有机玻璃具有如此多的优良特性，使它的用途极为广泛。除了在飞机上用作座舱盖、风挡和弦窗外，也用作吉普车的风挡和车窗、大型建筑的天窗（可以防破碎）、电视和雷达的屏幕、仪器和设备的防护罩、电讯仪表的外壳、望远镜和照相机上的光学镜片。此外，有机玻璃制造的日用品也琳琅满目，如用珠光有机玻璃制成的钮扣，各种玩具、灯具也都因为有了彩色有机玻璃的装饰作用，而显得格外的美观。有机玻璃在医学上还有一个绝妙的用处，那就是制造人工角膜。

传统的有机玻璃合成是以甲基丙烯酸甲酯为原料经自由基引发（或离子型引发）聚合而成。引发剂通常为偶氮二异丁腈或过氧化二苯甲酰，其聚合通式如下：

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，聚合速度明显加快，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。

甲基丙烯酸甲脂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，甲基丙烯酸甲脂本体聚合在工艺上从采取两段法。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聚合过程中的体积收缩，甲基丙烯酸甲脂的聚合过程是一个体积缩小的过程，体积收缩率达21﹪，容易造成制品变形，而预聚则可使一部分体积收缩在聚合釜中完成，减少产品的变形。预聚结束后，将预聚体灌模，继续进行聚合，得到所需的产品。

如果在生产有机玻璃时加入各种染色剂，就可以聚合成为彩色有机玻璃；如果加入荧光剂（如硫化锌），就可聚合成荧光有机玻璃；如果加入人造珍珠粉（如碱式碳酸铅），则可制得珠光有机玻璃。

三、主要试剂和仪器

1. 试剂

甲基丙烯酸甲脂、氯化亚铜、邻苯二甲酸二丁酯、过氧化二苯甲酰、罗丹明B、铜绿。

2. 仪器

数显恒温水浴锅、电子天平、酒精灯、圆底烧瓶（50ml）、温度计、冷凝管、烧杯（100 ml）、试管（10ml）、铁架台、移液管（1 ml、10ml）

四、实验步骤

1. 甲基丙烯酸甲酯的预处理

取30ml市售的甲基丙烯酸甲酯至一简单蒸馏装置中，并加入30—50mg氯化亚铜作为稳定剂，蒸馏收集100℃左右的固定馏分。

2、预聚体的制备

将30ml新蒸馏的甲基丙烯酸甲酯加入到一干燥、干净的50ml三颈瓶中，再加入600mg过氧化二苯甲酰，使其全部溶解后80℃条件下搅拌反应。

观察聚合体系的粘度变化。当聚合物变成粘性薄浆状（比甘油略粘一些）时，加入0.2克硬脂酸，搅拌使其溶解。撤去热源，反应瓶迅速用冷水冲淋冷却。

3. 有机玻璃棒材的制备

准备一干燥、干净的试管A，将预聚物灌入试管中，待气泡全部溢出后，用橡皮塞密封。然后置于50℃水浴中反应2h，然后依次升温至70℃和95℃各反应2h。取出试管，冷却后将合成的聚合物倒出即可。

4. 彩色有机玻璃的合成

取1中蒸馏出的固定馏分9ml，分3份装入3支试管中，试管分为B，C，D，分别加入0.3ml邻苯二甲酸二丁酯，振荡均匀后加入60mg过氧化二苯甲酰，在B中加入罗丹明B，C中加入铜绿，D中加入硫酸铜溶液，充分振荡后，橡皮塞封口并置于70℃水浴中，将试管放入冷水中，由于膨胀系数的不同，3支试管中的彩色有机玻璃会自动与试管脱离。冷

至水温后将合成的聚合物倒出即可。

五、思考题

1、试述本体聚合的特点。

2、为何甲基丙烯酸甲酯单体需要预处理？

3、单体预聚合的目的是什么？