甲基丙烯酸甲酯的本體聚合及成型

1、材料制備與合成甲基丙烯酸甲酯的本體聚合及成型 開放性實(shí)驗(yàn) 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 專 業(yè)： 材料化學(xué) 院 系： 化學(xué)與化工系 指導(dǎo)教師： 起止日期： 20*年*月*日至20*年*月*日 甲基丙烯酸甲酯的本體聚合及成型摘要：有機(jī)玻璃通常采用甲基丙烯酸甲酯（MMA）本體聚合方法制備。本實(shí)驗(yàn)以甲基丙烯酸甲酯（MMA）為單體，過氧化二苯甲酰（BPO）為引發(fā)劑，鄰苯二甲酸二丁酯（DPB）為脫模劑，手工成型制備有機(jī)玻璃。通過實(shí)驗(yàn)了解聚合原理和特點(diǎn)，利用透光率儀測(cè)定所制產(chǎn)品的透明度，討論合成過程對(duì)透光率的影響；并分析成型過程中影響產(chǎn)品質(zhì)量的諸多因素。關(guān)鍵字：有機(jī)玻璃；甲基丙烯酸甲酯；本體聚合；成型；透光率前 言

2、甲基丙烯酸甲酯是一種重要的有機(jī)化工原料,主要作為聚合單體用于生產(chǎn)其聚合物和共聚物,還可通過酯交換用于生產(chǎn)甲基丙烯酸高碳酯。其聚合物為透明性極佳的塑膠材料,故常被稱為有機(jī)玻璃,且具有極好的耐候性等優(yōu)良特性,廣泛用于汽車、容器、建筑、設(shè)備部件、家用電器材料、衛(wèi)生潔具等方面,特別是近年來應(yīng)用在光學(xué)級(jí)有機(jī)玻璃、防射線有機(jī)玻璃、光導(dǎo)纖維、光盤等高新技術(shù)領(lǐng)域。同時(shí),甲基丙烯酸甲酯作為高性能建筑涂料的改性劑使用,也有很大的利用空間。除此之外,還可用于聚氯乙烯改性抗沖助劑ACR和MBS、腈綸第二單體、醫(yī)藥功能材料等。1聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）是高透明無定形熱塑性塑料，是制備有機(jī)玻璃的重要材料。有機(jī)玻璃與普

3、通硅玻璃相比，具有突出的優(yōu)點(diǎn)：它在塑料中透光性最佳（透光率大于92%），有良好的耐候性、耐酸堿性和尺寸穩(wěn)定性，密度不到普通玻璃的一半，抗脆裂性卻超過普通玻璃幾倍，易于加工成型。有機(jī)玻璃在建材、車輛、航空、文教、日常裝飾領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。2一、實(shí)驗(yàn)部分1.實(shí)驗(yàn)原理本體聚合是烯類單體在沒有介質(zhì)的情況下，單體本身在引發(fā)劑或催化劑等作用下進(jìn)行的聚合，而自由基聚合可以通過本體聚合實(shí)現(xiàn)。本體聚合的特點(diǎn)是產(chǎn)物純凈，尤其可以得到透明制品，所需設(shè)備簡(jiǎn)單。甲基丙烯酸甲酯（MMA）通過本體聚合方法可以制得有機(jī)玻璃。聚甲基丙烯酸甲酯由于有龐大的側(cè)基存在，為無定形固體，其最突出的性能具有高度的透明性，其比重小，故制品

4、比同體積無機(jī)玻璃制品輕巧得多。同時(shí)又具有一定的耐沖擊強(qiáng)度與良好的低溫性能，是航空工業(yè)與光學(xué)儀器制造工業(yè)的重要原料。甲基丙烯酸甲酯的本體聚合一般采用三段法聚合，采用高溫預(yù)聚合，轉(zhuǎn)化率達(dá)到一定程度后，再注入模內(nèi)，在低溫下進(jìn)一步聚合，安全度過危險(xiǎn)期，再高溫后聚合制得制品。3甲基丙烯酸甲酯在過氧化苯甲酰引發(fā)劑存在下進(jìn)行如下聚合反應(yīng)：由于甲基丙烯酸甲酯單體比重只有0.94g/cm3，而聚合物比重為1.17 g/cm3，故有較大的體積收縮。2.實(shí)驗(yàn)儀器和原料2.1主要儀器100mL塑料杯，試管，恒溫水浴箱，0-100溫度計(jì)，玻璃板，膠帶，保鮮膜。2.2主要試劑名稱試劑規(guī)格用量單體甲基丙烯酸甲酯（MMA）精

5、制30g或30mL引發(fā)劑偶氮二異丁腈AR0.02g過氧化二苯甲酰（BPO)0.5或1g（視室溫定）脫模劑鄰苯二甲酸二丁酯（DPB）3mL3.實(shí)驗(yàn)步驟3.1引發(fā)劑加入量對(duì)爆聚時(shí)間的影響1.在干凈的100mL塑料杯中分別加入過氧化二苯甲酰（BPO）0.01、0.02、0.04、0.08、0.1g，鄰苯二甲酸二丁酯（DPB）3mL混合均勻，放入90-95水浴中，記錄下時(shí)間。當(dāng)產(chǎn)生爆聚時(shí)記錄下時(shí)間，獲得引發(fā)劑加入量與爆聚時(shí)間關(guān)系。2.在干凈的100mL塑料杯中加入適量過氧化二苯甲酰（BPO）、30mL甲基丙烯酸甲酯（MMA）混合均勻，放入90-95水浴中。3.注意體系的黏度，當(dāng)體系具有一定的黏度，立即

6、取出塑料杯停止加熱，冷卻至50左右，注入玻璃膜中。3.2有機(jī)玻璃板的成型1.準(zhǔn)備模具：制備玻璃夾板模具。2.將上述聚合物注入玻璃夾板模具中，垂直放置10min，然后將?？诿芊?。在60-65水浴中恒溫反應(yīng)1h。3.將玻璃夾板模放入烘箱，升溫至95-100保持2h，撤去夾板。4.有機(jī)玻璃透光率的測(cè)定，量尺寸與模具尺寸比較。二、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理通過引發(fā)劑加入量對(duì)爆聚時(shí)間的影響的實(shí)驗(yàn)得出，過氧化二苯甲酰為0.02g與0.04g時(shí)，爆聚時(shí)間相對(duì)其他組的較少，分別為6min與5.71min。因此下面實(shí)驗(yàn)確定過氧化二苯甲酰的加入量為0.02g或0.04g。將制得的有機(jī)玻璃從玻璃夾具中取出，再通過分光光度計(jì)測(cè)得有

7、機(jī)玻璃的透光率。具體數(shù)據(jù)如下表：表2 引發(fā)劑用量和聚合后體系黏度與有機(jī)玻璃透光率的關(guān)系甲基丙烯酸甲酯的用量/mL過氧化二苯甲酰用量/g吸光度聚合后體系黏度透光率/%300.20.354水狀44.250.2甘油粘稠狀880.40.043甘油粘稠狀90.57注：透光度值轉(zhuǎn)化為透光率值：從表2中可以看出，甲基丙烯酸甲酯用量一定時(shí)，隨著過氧化二苯甲酰用量的增加，透光率增大。而透光率越大，說明透明度越好。即過氧化二苯甲酰用量增加，透明度也隨之增加。除此之外，聚合后體系黏度也對(duì)透光率存在影響，黏度較好的，透光率較大。三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論1.現(xiàn)象部分實(shí)驗(yàn)時(shí)，在恒溫水浴中，塑料杯中的液體受熱較快易變形，內(nèi)部液體

8、在數(shù)分鐘后開始有沸騰的現(xiàn)象并液體上升，上層呈現(xiàn)出泡沫狀，下層呈現(xiàn)清澈有些粘稠的液體。將其取出，因?yàn)楸杏杏鄿兀砸后w仍然上升，待溫度有些下降時(shí)，液體開始凝固，沒有下降的趨勢(shì)，凝固在原位，形成堅(jiān)硬的固體。上半部因?yàn)楦邷貢r(shí)呈現(xiàn)泡沫狀，致使降溫凝固時(shí)有較多的氣孔，而下半部則呈透明狀。上述情況稱為爆聚。通過控制溫度以及不斷觀察液體的變化，以保證液體不會(huì)出現(xiàn)爆聚現(xiàn)象，當(dāng)液體出現(xiàn)是油狀時(shí)，要注意控制溫度，保證液體不會(huì)太稀，也不會(huì)太稠。太稀時(shí)，液體沒有達(dá)到粘稠狀。太稠時(shí)，不利于灌注。當(dāng)加熱的液體出現(xiàn)小氣泡時(shí)，要趕緊將液體取出，防止爆聚。2.數(shù)據(jù)結(jié)果部分在測(cè)試不同過氧化二苯甲酰用量的有機(jī)玻璃的透光率實(shí)驗(yàn)中，

9、得出：甲基丙烯酸甲酯用量一定時(shí)，隨著過氧化二苯甲酰用量的增加，透光率增大。而透光率越大，說明透明度越好。即過氧化二苯甲酰用量增加，透明度也隨之增加。除此之外，聚合后體系黏度也對(duì)透光率存在影響，黏度較好的，透光率較大。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果通過單體甲基丙烯酸甲酯的本體聚合制備有機(jī)玻璃，觀察到了爆聚現(xiàn)象，制備有機(jī)玻璃實(shí)驗(yàn)過程中因盡量避免出現(xiàn)爆聚，制得的有機(jī)玻璃，進(jìn)行透光率的測(cè)定，并得出：甲基丙烯酸甲酯用量一定時(shí)，隨著過氧化二苯甲酰用量的增加，透光率增大。而透光率越大，說明透明度越好。即過氧化二苯甲酰用量增加，透明度也隨之增加。除此之外，聚合后體系黏度也對(duì)透光率存在影響，黏度較好的，透光率較大。五、體會(huì)與建議實(shí)驗(yàn)中塑料杯內(nèi)的液體現(xiàn)象的變化需要特別注意。當(dāng)加熱的液體中出現(xiàn)小氣泡時(shí)，就要趕緊將液體取出，防止爆聚。當(dāng)液體出現(xiàn)些許粘稠時(shí)，要注意控制溫度，保證液體不會(huì)太稀，也不會(huì)太稠。太稀時(shí)，液體沒有達(dá)到粘稠狀，預(yù)聚物轉(zhuǎn)化沒有達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)。太稠時(shí)，不利于灌注。此實(shí)驗(yàn)是氣味較濃，較刺鼻的。如果實(shí)驗(yàn)室經(jīng)濟(jì)條件允許，可提供一次性口罩等物品。除此之外，該實(shí)驗(yàn)在爆聚時(shí)有一定的危險(xiǎn)性，為防止爆聚時(shí)向四處飛濺，實(shí)驗(yàn)中一定要有人時(shí)刻關(guān)注液體變化，也要盡量與易爆聚的液體保持一定距離。參考