實驗二：甲基丙烯酸甲酯的本體聚合.doc

高 分 子 化 學(xué) 實 驗 報 告 實驗二：甲基丙烯酸甲酯的本體聚合 一、實驗?zāi)康模?1) 、了解本體聚合的原理，熟悉有機玻璃的制備方法； 2) 、掌握減壓蒸餾的原理及操作過程。二、 實驗原理： 甲基丙烯酸甲酯在過氧化苯甲酰引發(fā)劑存在下進行自由基聚合反應(yīng)。自由基加聚的工藝方法主要有四種：本體聚合、溶液聚合、懸浮聚合及乳液聚合。本體聚合由于反應(yīng)組成少，只是單體或單體加引發(fā)劑，所以產(chǎn)物較純，但散熱難控制；溶液聚合過程易控制，散熱較快，不過產(chǎn)物中含溶劑（有些污染環(huán)境），后處理比較困難；懸浮聚合以水作溶劑，水無污染，散熱好，易除去，但要求單體不溶于水，故在應(yīng)用上受限制；乳液聚合反應(yīng)機理不同，可以同時提高聚合速度聚合度，散熱好，易操作。 甲基丙烯酸甲酯在BPO引發(fā)下自由基聚合： 自由基聚合屬連鎖反應(yīng)，一般有三個基元反應(yīng)：鏈引發(fā)，鏈增長，鏈終止（有時還會出現(xiàn)鏈轉(zhuǎn)移）反應(yīng)。鏈引發(fā)： R +MMRM鏈增長： RM +MRMM +MRMMMM +MM鏈終止： M+ M死聚合物本實驗采用本體聚合，當反應(yīng)到一定程度時粘度增大，大分子鏈自由基活性降低，阻礙了鏈自由基的相互結(jié)合，使鏈終止速率減慢，而小分子單體卻依然可以自由與鏈結(jié)合，鏈增長速率不會受到影響，從而導(dǎo)致自動加速效應(yīng)，內(nèi)部溫度急劇上升，又繼續(xù)加劇反應(yīng)，如此循環(huán)，而粘度又屏蔽熱量，使局部溫度過高，嚴重影響聚合物的性質(zhì)，這是我們不想看到的。圖 1、為聚合反應(yīng)的變化規(guī)律，圖中曲線表明：聚合反應(yīng)開始前有一段誘導(dǎo)期，聚合速率為零，體系無粘度變化。在轉(zhuǎn)化率超過 20以后，聚合速率顯著增加，出現(xiàn)自動加速效應(yīng)。而轉(zhuǎn)化率達到 80以后，聚合速率顯著減小最后幾乎停止聚合，需要升高溫度才能使聚合反應(yīng)完全。為避免出現(xiàn)自動加速效應(yīng)，可通過冷卻降溫與控制粘度的方法，在預(yù)聚時控制粘度，并控制溫度在 8090時（引發(fā)劑的半衰期適當），以適應(yīng)在較低溫度下聚合。 為純化甲基丙烯酸甲酯，我們用減壓蒸餾的方法。其原理就是利用溫度與蒸氣壓的關(guān)系，通過抽氣裝置抽氣以降低液體表面的壓強因而只需較低的溫度時達到的蒸氣壓就足夠等于外壓，從而使液體更易揮發(fā)厚度（mm） 11.523468121425 3045偶氮二異丁腈（%） 0.060.060.060.0250.020 0.005聚合配方中引發(fā)劑的含量應(yīng)視制備的模具厚度而定，一般情況如下：三、實驗儀器及藥品：儀器：試管 具塞錐形瓶 恒溫水浴鍋藥品：過氧化苯甲酰（BPO) 甲基丙烯酸甲酯（MMA)四、實驗流程五、實驗步驟：1、 預(yù)聚 洗凈并干燥玻璃儀器，加熱水浴鍋到 8090。稱取 0.05g 引發(fā)劑 BPO 放入帶磨口的小錐形瓶中，再加入 15ml 單體 MMA。在水浴鍋中加熱錐形瓶，蓋上塞子（不要老是搖動），當瓶內(nèi)的預(yù)聚物粘度與甘油（或新鮮蜂蜜）粘度相近時，立即停止加熱，冷卻至室溫。2、 灌模 取一干燥潔凈的試管（可適當?shù)丶有┰S裝飾物），為避免有氣泡產(chǎn)生，將預(yù)聚物緩慢、呈細流線狀倒入試管中，注意切勿完全灌滿，應(yīng)預(yù)留一定空間以防脹裂。3、 聚合 將試管封口，放在 4050的烘箱中聚合 24 小時，直至硬化。最后在100情況下處理 0.5 至 1 小時，使反應(yīng)趨于完全。 4、 脫模 敲碎試管，得聚合物有機玻璃。六、實驗結(jié)果最后得無色透明的有機玻璃，附產(chǎn)品圖如下七、實驗思考題1）、 制備有機玻璃時，為什么需要首先制成具有一定粘度的預(yù)聚物?答：解決散熱，聚合反應(yīng)是一個放熱反應(yīng)，制成具有一定粘度的預(yù)聚物可以避免自動加速作用而引起的爆聚現(xiàn)象，減少因為爆聚上升的氣泡、不均勻的問題。以及單體轉(zhuǎn)化為聚合物時由于比重不同而引起的體積收縮問題。2）、 在本體聚合反應(yīng)過程中，為什么必須嚴格控制不同階段的反應(yīng)溫度?答：先高溫是引發(fā)聚合,但是本體聚合是放熱反應(yīng)，當溫度升高到一定程度時會產(chǎn)生爆聚現(xiàn)象，所以當反應(yīng)物反應(yīng)達到一定粘度的預(yù)聚物，要降低溫度，低溫段是讓其穩(wěn)定，避免聚合時自身會產(chǎn)生溫度,降溫是避免暴聚產(chǎn)生氣泡,后期高溫是使其單體聚合更完全。3）、 凝膠效應(yīng)進行完畢后，提高反應(yīng)溫度的目的何在?答：因為預(yù)聚后，為了