高分子化学实验 聚甲基丙烯酸甲酯的本体聚合

实验名称聚甲基丙烯酸甲酯的本体聚合2013级高分子2班

覃秋桦 1314171027

林夏洁 1314171014

一、实验目的

1、了解本体聚合的原理，熟悉有机玻璃的制备方法；

2、掌握减压蒸馏的原理及操作过程。

二、实验原理

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，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；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。

而本实验中，是将甲基丙烯酸甲酯在过氧化苯甲酰引发剂存在

下进行自由基聚合反应。

采用本体聚合时，当反应到一定程度，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与自由与链结合，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

性质，这是我们不想看到的。

本体聚合是指单体在少量引发剂下或者直接在热、光和辐射作

用下进行的聚合反应，因此本体聚合具有产品纯度高、无需后处理

等特点。本体常常用于实验室研究，如聚合动力学的研究和竞聚率

的测定等。工业上多用于制造板材和型材，所用设备也比较简单。

本体聚合的优点是产品纯净，尤其是可以制得透明样品，其缺点是

散热困难，易发生凝胶效应，工业上常采用分段聚合的方式。

甲基丙烯酸甲酯本体聚合制备有机玻璃常常采用分段聚合方式，先在聚合釜内进行预聚合，后将聚合物浇注到制品型模内，再开始

缓慢后聚合成型。预聚合有几个好处，一是缩短聚合反应的诱导期

并使“凝胶效应”提前到来，以便在灌模前移出较多的聚合热，以

利于保证产品质量；二是可以减少聚合时的体积收缩，因MMA由单

体变成聚合体体积要缩小20％-22％，通过预聚合可使收缩率小于12%，另外浆液粘度大，可减少灌模的渗透损失。

甲基丙烯酸甲酯在BPO 存在下进行如下聚合反应： 链引发

链增长

链终止

下图是甲基丙烯酸甲酯本体聚合时间与转化率曲线：

以过氧化苯甲酰为引发剂，用量是：I 2％ Ⅱ 1％ III O.5％ Ⅳ 0.25％ V O.125％

C 6H 5

C O

O

O

C C 6H 5

O

C 6H 5

C O

O

2.

C 6H 5

C O

O .

+CH 2

C CH 33

6H 5

C O

CH 2

C

CH 3

3.

C 6H 5

C O

CH 2

C

CH 3COOH 3

.+CH 2

C CH 3

3

~CH 2

C CH 33

C CH 33

CH 2CH 2C

CH 33.

[]n ~CH 2

C

CH 3

COOH 3.

+

C

CH 3

COOH 3

CH 2~

.~CH 2

C

CH 3

3C

CH 3COOH 3CH 2~

~CH 2CH

CH 3COOH 3+C

CH 3COOH 3

CH~

图中曲线表明：聚合反应开始前有一段诱导期，聚合速率为零，

体系无粘度变化。在转化率超过20％之后，聚合速率显著加快，而

转化率达80％之后，聚合速率显著减小，最后几乎停止聚合。需要

升高温度才能使之完全聚合。

三、实验仪器及药品

1、仪器：烧杯、试管、具塞锥形瓶、恒温水浴锅

2、药品：过氧化苯甲酰（BPO）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）

四、实验装置流程图

五、注意事项

1、预聚时要注意粘度的变化，当粘度与甘油粘度相近时，立即停止加热，否则过度后会发生暴聚。

2、灌模前应将反应溶液冷却至室温。

3、灌模时试管稍微倾斜，将高聚物呈细线形稳定缓慢流入试管。

六、实验步骤及分析

步骤现象（图片）

分析

1、预聚。洗净并干燥玻璃仪器，同时加热水浴锅到80-90℃。称取0.05g 引发剂BPO放入带磨口的小锥形瓶中，再加入10.6ml 单体MMA。在水浴锅中加热锥形瓶，盖上塞子，当瓶内的预聚物粘度与甘油粘相近时，立即停止加热，冷却至室温。加入MMA，BPO 迅速

溶解，预聚物呈透明

状。加热液体无明显

变化，随着时间的延

长，温度上升，加热

15分钟后，预聚物粘

度与甘油相近。

水浴时温度要逐渐

上升。当粘度与甘

油相近时要立即停

止加热，否则粘度

继续升高会导致自

动加速效应甚至爆

聚。温度控制在

80-90℃是为了合

理地控制反应速

率。

2、灌模。取一干燥洁净的试管，为避免有气泡产生，将预聚物缓慢、呈细流线状倒入试管中，注意切勿完全灌满，应预留一定空间以防胀裂。预聚物粘度与甘油相

近，呈无色透明状。

灌模时试管要适当

倾斜，将预聚物缓

慢、呈细流状倒

入，这样可减少氧

气的进入；灌模不

能灌满，因反应生

成固体体积会膨

胀。

3、聚合。将试管封口，放在40-50℃的烘箱中聚合24 小时，直至硬化。最后在100℃情况下处理0.5 至1 小时，使反应趋于完全。

4、脱模。敲碎试管，得聚合物有机玻璃。