實(shí)驗(yàn)二：甲基丙烯酸甲酯的本體聚合.doc

高 分 子 化 學(xué) 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告 實(shí)驗(yàn)二：甲基丙烯酸甲酯的本體聚合 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1) 、了解本體聚合的原理，熟悉有機(jī)玻璃的制備方法； 2) 、掌握減壓蒸餾的原理及操作過程。二、 實(shí)驗(yàn)原理： 甲基丙烯酸甲酯在過氧化苯甲酰引發(fā)劑存在下進(jìn)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(jī)理不同，可以同時(shí)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(gè)基元反應(yīng)：鏈引發(fā)，鏈增長(zhǎng)，鏈終止（有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)鏈轉(zhuǎn)移）反應(yīng)。鏈引發(fā)： R +MMRM鏈增長(zhǎng)： RM +MRMM +MRMMMM +MM鏈終止： M+ M死聚合物本實(shí)驗(yàn)采用本體聚合，當(dāng)反應(yīng)到一定程度時(shí)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(zhǎng)速率不會(huì)受到影響，從而導(dǎo)致自動(dòng)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(yán)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(dòng)加速效應(yīng)。而轉(zhuǎn)化率達(dá)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(dòng)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(shí)控制粘度，并控制溫度在 8090時(shí)（引發(fā)劑的半衰期適當(dāng)），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(qiáng)因而只需較低的溫度時(shí)達(dá)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)流程五、實(shí)驗(yàn)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(dòng)），當(dāng)瓶?jī)?nèi)的預(yù)聚物粘度與甘油（或新鮮蜂蜜）粘度相近時(shí)，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(dāng)?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(xì)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(shí)，直至硬化。最后在100情況下處理 0.5 至 1 小時(shí)，使反應(yīng)趨于完全。 4、 脫模 敲碎試管，得聚合物有機(jī)玻璃。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果最后得無色透明的有機(jī)玻璃，附產(chǎn)品圖如下七、實(shí)驗(yàn)思考題1）、 制備有機(jī)玻璃時(shí)，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(gè)放熱反應(yīng)，制成具有一定粘度的預(yù)聚物可以避免自動(dòng)加速作用而引起的爆聚現(xiàn)象，減少因?yàn)楸凵仙臍馀?、不均勻的問題。以及單體轉(zhuǎn)化為聚合物時(shí)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(yán)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(dāng)溫度升高到一定程度時(shí)會(huì)產(chǎn)生爆聚現(xiàn)象，所以當(dāng)反應(yīng)物反應(yīng)達(dá)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(shí)自身會(huì)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(jìn)行完畢后，提高反應(yīng)溫度的目的何在?答：因?yàn)轭A(yù)聚后，為了