1 甲基丙烯酸甲酯的本体聚合

实验1 甲基丙烯酸甲酯的本体聚合

一、实验目的

1.了解自由基本体聚合的特点和实施方法，观察整个聚合过程中体系粘度的变化过程。 2.掌握和了解有机玻璃的生产工艺和操作技术的特点。

二、基本原理

本体聚合是指单体本身在不加溶剂及其他分散介质的情况下由微量引发剂或光、热、辐射能等引发进行的聚合反应。由于聚合体系中的其他添加物少（除引发剂外，有时会加入少量必要的链转移剂、颜料、增塑剂、防老剂等），因而所得聚合产物纯度高，特别适合于制备一些对透明性和电性能要求高的产品。

本体聚合的体系组成和反应设备是最简单的，但聚合反应却是最难控制的，这是由于本体聚合不加分散介质，聚合反应到一定阶段后，体系粘度大，易产生自动加速现象，聚合反应热也难以导出，因而反应温度难控制，易局部过热。这些轻则造成体系局部过热，使聚合物分子量分布变宽，从而影响产品的机械强度；重则体系温度失控，引起爆聚。在一定程度上限制了本体聚合在工业上的应用。

聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）由于有庞大的侧基存在，为无定形固体，具有高度透明性，比重小，有一定的耐冲击强度与良好的低温性能，是航空工业与光学仪器制造工业的重要原料。以 MMA 进行本体聚合时为了解决散热，避免自动加速作用而引起的爆聚现象，以及单体转化为聚合物时由于比重不同而引起的体积收缩问题，工业上采用高温预聚合，预聚至约 10% 转化率的粘稠浆液，然后浇模，分段升温聚合，在低温下进一步聚合，安全渡过危险期，最后制得有机玻璃。

三、主要药品与仪器

甲基丙烯酸甲酯（MMA） 10 mL 过氧化二苯甲酰（BPO） ~10mg 50 mL锥形瓶 1个 恒温水浴 1套 试管夹 1个 试管 1支

四、实验步骤

（1）预聚合

在50mL锥形瓶中加入10 mL MMA及单体质量0.1%的BPO，瓶口用胶塞盖上，用试管夹夹住瓶颈在85～90℃的水浴中不断摇动，进行预聚合约0.5h，注意观察体系的粘度变化，当体系粘度变大，但仍能顺利流动时，结束预聚合。 （2）浇铸灌模

将以上制备的预聚液小心地分别灌入预先干燥的两支试管中，浇灌时注意防止锥形瓶外的水珠滴入。 （3）后聚合

将灌好预聚液的试管口塞上棉花团，放入45～50℃的水浴中反应约20h，注意控制温度不能太高，否则易使产物内部产生气泡。然后再升温至100～105℃反应2～3h，使单体转化完全完成聚合；

（4）取出所得有机玻璃棒，观察其透明性，是否有气泡。

五、实验注意事项

1．聚合反应应防止杂质混入反应体系，影响聚合反应。灌无时预聚物中如有气泡应设法排出。

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2．高温聚合反应结束后，应自然降温至40以下，再取出膜具进行脱模，以避免骤然降温造成模板和聚合物的破裂。

六、思考题

1. 在合成有机玻璃时，为什么采用预聚制浆？

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。

2. 为什么要严格控制不同阶段的反应温度？（经聚合后的浆液为何要在低温下聚合，然后再升温？试用自由基聚合机理解释之。）MMA在本体聚合中的突出特点是有\凝胶效应\，由于本体聚合没有稀释剂存在，聚合热的排散比较困难，\凝胶效应\放出大量反应热，使产品含有气泡影响其光学性能。因此在生产中要通过严格控制聚合温度来控制聚合反应速率，以保证有机玻璃产品的质量。 3. 试分析产物出现气泡的原因？

4. MMA单体比重为940 kg/m3，聚合物比重为1190 kg/m3 ，计算聚合后体积的收缩百分率。

5. 进行本体浇铸聚合时，如果预聚阶段单体转化率偏低会产生什么后果？

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