文档介绍：甲基丙烯酸甲酯的本体聚合
实验目的
(1) 了解本体聚合的基本原理以及特点,特别是了解温度对产品的影响;
(2)了解有机玻璃(PMMA)的制备技术,要求成品无气泡,无损缺,透明光洁。
实验原理
聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),俗称有机玻璃,因其优良的光学性能,比重小,以及在低温下仍能保持其独特的性能而被广泛的应用,则它是重要的合成材料之一。
本实验是用过氧化苯甲酰(BPO)为引发剂,甲基丙烯酸甲酯进行自由基聚合。本体聚合的具体过程是:
1、引发剂分解
2、链引发
3、链增长
4、链终止
其中,甲基丙烯酸甲酯在60℃以上时聚合,以歧化终止为主。
本体聚合反应是一个连锁反应,反应速度很快,伴随着聚合物的生成出现自动加速现象,并且甲基丙烯酸甲酯不是聚合物的良溶剂,长脸自由基有一定程度的卷曲,自动加速效应更加明显。因为引发是通过小分析的单分子的分解发生的,而生长只需要单体移动到生长链的末端,所以这两个过程的聚合速率再聚合初期并不特别依赖相应反应物在在介质中扩散的能力。另一方面,双分子终止需要在粘度增加到一定程度后,终止速率将被扩散速率所控制,而引发和生长速率则不受影响。这种在速率上的不连续性突然破坏了连锁反应的稳定状态,终止生长的链段数少于开始生长的链段数,导致反应速率与放热速率随反应进行而增加。这种效应称之为“自动加速效应”。由于粘度增加,散热困难,会发生“爆聚”。
因此,本体聚合要求严格控制不同反应阶段的温度,随时排除反应热是很有必要的。
在本体聚合反应开始前,通常有一段诱导期,聚合速度为零,体系无粘度变化。然后反应逐步进行。当转化率超过20%之后,聚合速度显著加快,称为自加速效应,此时若控制不当,体系易发生暴聚而使产品性能变坏。而转化率达80%之后,聚合速率显著减小,最后几乎停止聚合反应,需升高温度才能使之完全聚合。
实验药品及仪器
药品:过氧化苯甲酰(BPO)()---
甲基丙烯酸甲酯(MMA)(15mL)---
仪器:恒温水浴锅、三口烧瓶、直型冷凝管、磨口锥形瓶、牛角管、温度计、天平、小试管等。
实验装置图
实验步骤与现象分析
大致流程图:
步骤(1):预聚
洗净并干燥玻璃仪器,同时加热水浴锅到80~90℃。 引发剂BPO,放入带磨口的小锥形瓶中,再加入15ml 单体MMA。在水浴锅中加热锥形瓶,盖上塞子(不要老是摇动),当瓶内的预聚物粘度与甘油(或新鲜蜂蜜)粘度相近时,立即停止加热,冷却至室温。
现象:[引发剂BPO在单体MM里经摇荡至溶解,得无色液体。加热刚开始反应无明显变化,之后溶液颜色稍偏微黄,粘度逐渐增大,粘稠状类似甘油,由搅拌器速度下降也可以看出粘度增大]
分析:[应用MMA本体聚合的引发剂主要是偶氮类与过氧化物油溶性引发剂;反应逐渐进行,粘度增大,大分子链活性降低,阻碍了双基终止,然而由于单体仍可以和小分子链接触生长,链仍在增长,则导致了自动加速现象]
步骤(2):灌模
取一干燥洁净的试管(加入少许叶片、花瓣和纸片),为避免有气泡产生,将预聚物缓慢、呈细流线状倒入试管中,注意切勿完全灌满,应预留一定空间以防胀裂。
现象:[粘稠状预聚物有刺激性气味]
步骤(3):聚合
将试管封口,放在40~50℃的烘箱中聚合24 小时,直