實(shí)驗(yàn)三甲基丙烯酸甲酯本體聚合制有機(jī)玻璃板2

1、實(shí)驗(yàn)三 甲基丙烯酸甲酯本體聚合制有機(jī)玻璃板一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解自由基本體聚合的特點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)方法2、掌握和了解有機(jī)玻璃的制造和操作技術(shù)的特點(diǎn)，并測(cè)定制品的透光率二、實(shí)驗(yàn)原理本體聚合是指單體在少量引發(fā)劑下或者直接在熱、光和輻射作用下進(jìn)行的聚 合反應(yīng)，因此本體聚合具有產(chǎn)品純度高、無(wú)需后處理等特點(diǎn)。本體常常用于實(shí)驗(yàn) 室研究，如聚合動(dòng)力學(xué)的研究和競(jìng)聚率的測(cè)定等。工業(yè)上多用于制造板材和型材, 所用設(shè)備也比較簡(jiǎn)單。本體聚合的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品純凈，尤其是可以制得透明樣品， 其缺點(diǎn)是散熱困難，易發(fā)生凝膠效應(yīng)，工業(yè)上常采用分段聚合的方式。有機(jī)玻璃板就是甲基丙烯酸甲酯通過(guò)本體聚合方法制成。聚甲基丙烯酸甲酯 (pmma)具

2、有優(yōu)良的光學(xué)性能、密度小、機(jī)械性能、耐候性好。在航空、光學(xué)儀 器，電器工業(yè)、日用品方面有著廣泛用途。mma含不飽和雙鍵、結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，易發(fā)生聚合反應(yīng)，其聚合熱為56.5 kj/mol。 mma在本體聚合中的突出特點(diǎn)是有“凝膠效應(yīng)二即在聚合過(guò)程中，當(dāng)轉(zhuǎn)化率達(dá) 10%-20%時(shí)，聚合速率突然加快。物料的粘度驟然上升，以致發(fā)生局部過(guò)熱現(xiàn) 象。其原因是由于隨著聚合反應(yīng)的進(jìn)行，物料的粘度增大，活性增長(zhǎng)鏈移動(dòng)困難, 致使其相互碰撞而產(chǎn)牛的鏈終止反應(yīng)速率常數(shù)下降；相反，單體分子擴(kuò)散作用不 受影響，因此活性鏈與單體分子結(jié)合進(jìn)行鏈增長(zhǎng)的速率不變，總的結(jié)果是聚合總 速率增加，以致發(fā)生爆發(fā)性聚合。由于本體聚合沒(méi)有稀釋

3、劑存在，聚合熱的排散 比較困難，“凝膠效應(yīng)笏攵出大量反應(yīng)熱，使產(chǎn)品含有氣泡影響其光學(xué)性能。因此 在生產(chǎn)中要通過(guò)嚴(yán)格控制聚合溫度來(lái)控制聚合反應(yīng)速率，以保證有機(jī)玻璃產(chǎn)品的 質(zhì)量。甲基丙烯酸甲酯本體聚合制備有機(jī)玻璃常常采用分段聚合方式，先在聚合釜 內(nèi)進(jìn)行預(yù)聚合，后將聚合物澆注到制品型模內(nèi)，再開(kāi)始緩慢后聚合成型。預(yù)聚合 有幾個(gè)好處，一是縮短聚合反應(yīng)的誘導(dǎo)期并使“凝膠效應(yīng)''提前到來(lái)，以便在灌模 前移出較多的聚合熱，以利于保證產(chǎn)品質(zhì)量；二是可以減少聚合時(shí)的體積收縮， 因mma由單體變成聚合體體積?？s小20%22%,通過(guò)預(yù)聚合可使收縮率小于 12%,另外漿液粘度大，可減少灌模的滲透損失。三

4、、儀器和試劑三角燒杯一個(gè)、三口燒瓶一個(gè)、攪拌裝置一套、球形冷凝管一根、71型或72型分光光度計(jì)，內(nèi)卡尺游標(biāo)，硅玻璃片三片甲基丙烯酸甲酯mma 30g、過(guò)氧化二苯甲酰(bpo) 0.03g四、實(shí)驗(yàn)步驟1、有機(jī)玻璃板的制備，一般分為下列兒個(gè)主要步驟：(1) 制模;(2)預(yù)聚合(制漿);(3)灌漿;(4)后聚合；(5)脫模。(1) 制模：取三塊40mmx70mm硅玻璃片洗凈并干燥。把三塊玻璃片重疊、 并將中間一塊縱向抽出約30mm,其余三斷面用滌綸絕緣膠帶封牢。將中間玻璃 抽岀，作灌漿用。(2) 預(yù)聚合：在100ml三角燒杯中加入甲基丙烯酸甲酯30g,再稱量bpo重 0.03g,輕輕搖動(dòng)至溶解，倒入

5、三口燒瓶中。攪拌下于8090°c水浴中加熱預(yù)聚 合，觀察反應(yīng)的粘度變化至形成粘性薄漿(似甘油狀或稍粘些，反應(yīng)需0.51 小時(shí))，迅速冷卻至室溫。(3) 灌槳：將冷卻的粘液慢慢灌入模具中，垂直放置10分鐘趕岀氣泡，然后 將?？诎b密封。(4) 聚合：將灌漿后的模具在50°c的烘箱內(nèi)進(jìn)行低溫聚合6h,當(dāng)模具內(nèi)聚合 物基本成為固體時(shí)升溫到100°c,保持2小時(shí)。(5) 脫模：將模具緩慢冷卻到5060°c,撬開(kāi)硅玻璃片，得到有機(jī)玻璃板。山實(shí)驗(yàn)過(guò)程與數(shù)據(jù)記錄 甲基丙烯酸甲酯：30g 過(guò)氧化二苯甲酰：0. 03g 預(yù)聚合溫度： 89 °c預(yù)聚合時(shí)間為30m

6、in時(shí)，晃動(dòng)一下錐形瓶，查看其粘度剛好合適，取出迅速冷卻 至室溫。灌注聚合漿液：冷卻至室溫后灌注，趕岀其中的微小氣泡注意事項(xiàng)：1、預(yù)聚合的粘度一定要適中，不能過(guò)稀，過(guò)稀說(shuō)明預(yù)聚合不充分，聚合時(shí)容易 出現(xiàn)暴聚；也不能過(guò)大，過(guò)大的話，灌注模具中時(shí)產(chǎn)生氣泡很難趕出。2、為了產(chǎn)品脫模方便，可在硅玻璃片表而涂一層硅油，但量一定要少，否則影 響產(chǎn)品的透光度。五、回答問(wèn)題與討論1、本體聚合的主要優(yōu)缺點(diǎn)是什么？如何克服本體聚合中的“凝膠效應(yīng)”？ 答：優(yōu)點(diǎn)在于鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)少，反應(yīng)速度快；產(chǎn)物干凈，分子量高缺點(diǎn)在于容易產(chǎn)生自動(dòng)加速效應(yīng)，甚至出現(xiàn)暴聚，分子量分布較寬采用兩段聚合：第一階段保持較低轉(zhuǎn)化率，10%35%不等，粘度較低，可 以再普通聚合釜中進(jìn)行；第二階段轉(zhuǎn)化率和粘度較高，則在特殊設(shè)計(jì)的反應(yīng)器內(nèi) 聚合。2、本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是預(yù)聚合，如果預(yù)聚合反應(yīng)進(jìn)行的不夠會(huì)出現(xiàn)什么問(wèn)題？ 答：mma的密度小于聚合物，為了防止反應(yīng)過(guò)程中出現(xiàn)明顯的體積縮聚；單體在聚合過(guò)程中會(huì)放出大量的熱，進(jìn)行預(yù)聚合先進(jìn)行散熱，防止出現(xiàn)暴聚3、為什么制備有機(jī)玻璃板引發(fā)劑一般使用