PMMA(有机玻璃板)本体聚合的实验报告及制作流程

有机玻璃板（PMMA）的制作 一、实验目的 1.了解本体聚合的特点与规律，掌握本体聚合反应的操作。 2. 制备出无气泡、平整透明的有机玻璃薄板。 二、实验原理 甲基丙烯酸甲酯在ABIN引发剂存在下进行如下聚合反应： 本体聚合：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。 本体聚合的优点： (1) 与其它聚合方法如溶液聚合、乳液聚合等相比，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、分子量较高，特别适合于制备对透明性和电性能高的产品，而且对环境污染较低。 (2) 反应设备是最简单。 本体聚合的缺点： 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，导致反应不均匀，使产物分子量分布变宽，这在一定程度上限制了本体聚合在工业上的应用。 解决方法：常采用分阶段聚合法，即工业上常称的预聚合和后聚合。 三、实验仪器及药品 甲基丙烯酸甲酯（MMA） 30mL偶氮二丁异腈（ABIN）0.267g 锥形瓶（200mL） 1个水浴加温装置 1套 铁架台 1个电动搅动装置 1套 四、实验步骤 1．有机玻璃板模具的制作 取三块50mm*50mm硅玻璃片洗净并干燥（其中两块可以选择涂一层硅油，即邻笨二甲酸丁二脂，也叫DPB）。把三块玻璃片重叠、并将中间一块纵向抽出约30mm，其余三断面用切割好的玻璃片用玻璃胶封牢，然后将中间玻璃板抽出，作灌浆用。 2．预聚合 在干净的（200mL）锥形瓶中加入30mLMMA及0.267g的AIBN，混合均匀，然后套上带有搅动棒的橡胶塞，用试管夹夹住锥形瓶的瓶颈，在70-75℃的水浴中加热，同时开启电动搅动装置（注意搅动的速率不能过快，特别是刚开始时），进行预聚合约30min，注意观察体系粘度变化，当体系黏度变大，但仍能顺利流动时（即预聚物的转化率约7%-10%,似甘油粘稠状时），取出锥形瓶，并将聚合液冷却至40-45℃，注入模具中（浇铸时注意防止锥形瓶外的水珠滴入），垂直放置5-10min赶出气泡。 3．后聚合 将灌好预聚液的模具的第四边也用切割好的玻璃片封上（注意此时不使用玻璃胶水，而且此时最好保证预聚液刚好盛满模具，避免后面水域加热时模具倾斜产生气泡），用保鲜膜将模具包裹几层，再用透明胶带封牢。然后将模具放入耐高温的的塑料袋中，再将其放入55-60℃的水浴中反应约1h，注意控制温度不能太高，否则易使产物内部产生气泡。然后再在水域装置中升温至95-100℃反应2h，使单体转化完全，完成聚合，最后拆除夹板，即得一块透明光洁的有机玻璃板。 五、注意事项 1. 预聚合时注意温度不要过高，时间不要过长，否则易造成MMA在锥形瓶中“爆瓶”（即在锥形瓶中形成PMMA结块）。 2. 塞子只需轻轻盖上，不要塞紧，以防止温度升高时，塞子爆冲。 3.在后聚合刚开始时的水域加热注意控制温度不能太高，否则易使产物内部产生气泡。 六、实验 自由基本体聚合中存在自动加速效应，聚合热不易排出，故造成局部过热，使聚合物分子量分布宽，产品变黄并产生气泡，使聚合物破损，在灌模聚合中若控温不好，体积收缩不均，还有使聚合物光折射率不均匀和产生局部皱纹之弊。因此，本体聚合要求严格控制不同阶段的反应温度，随时排出反应热是十分重要的。 由于甲基丙烯酸甲酯单体比重只有0.94克/厘米3，而聚合物比重为1.17克/厘米3，故有较大的体积收缩，因而生产上一般先做成甲基丙烯酸甲酯的预聚体具有一定粘度，在采用夹板式模具时不会产生液漏现象。 工业生产上一般使用的引发剂有偶氮二丁异腈（AIBN）和过氧化二苯甲酰（BPO），AIBN的预聚合温度在45至80℃，BPO的的预聚合温度在90℃以上（查文献知，BPO的半衰期等于1h时的温度是92℃）。所以，通常情况下，AIBN的预聚合时间比BPO的长，但是最后得到的聚合物却较为均匀。 AIBN与BPO的区别： 1. AIBN 一般在45~65℃下使用；BPO 一般在 60 ~80℃使用。 2 .AIBN 较常用，是应为其分解反应为一级反应，只形成一种自由基，且无诱导分解；另外，AIBN比较稳定，可以纯粹状态贮存，但是在80~90℃下也会剧烈反应； AIBN 分解之后的自由基是碳自由基，没有脱氢能力，故不能用作接枝聚合物的引发剂。 3.BPO的分解分两步，第一步产生苯甲酸基自由基，有单体时候即可引发聚合，但是无单体存在时，就会进一步分解，失去引发活性。 4 .AIBN 分解之后的自由基是碳自由基，没有脱氢能力，故不能用作接枝聚合物的引发剂。   本次实验使用的引发剂是AIBN，预聚合温度是75℃（鉴于时间的关系，所以预聚合的温度稍稍有点高，但是在实验允许的范围内  一般预聚合的温度越低所需要的时间越久， 当然最后做出来的玻璃板的均匀度也会越好。） 气泡这一块是个难点，如果预聚的料粘度太高气泡就很难排了，而且预聚反应过于剧烈或者预聚好的MMA没有完全冷却，还在聚合反应中等等情况也会造成气泡过多！