甲基丙烯酸甲酯聚合物的综合试验

甲基丙烯酸甲酯的本体聚合实验高分子工程实验教案（3）一、实验内容甲基丙烯酸甲酯的本体聚合（有机玻璃的制备）二、实验目的与要求1、进一步掌握本体聚合的基本概念和本体聚合的特征；2、了解在本体聚合中如何避免自动加速效应；3、掌握有机玻璃的制备方法。

三、实验教时: 8教时四、实验指导（一）本体聚合的基本知识本体聚合是将单体本身在有微量引发剂或光、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，因而所得的聚合物纯度高，特别适合于制备透明性和电性能高的产品。

根据聚合产物是否溶于单体可分为均相聚合和沉淀聚合。

如苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯等聚合属于均相本体聚合；乙烯、氯乙烯等聚合属于非均相本体聚合（沉淀聚合）。

本体聚合除所得的产品纯度高外，本体聚合的另一优点是可以进行浇铸聚合，即将预聚合产品浇入模具中进行后聚合，反应完成后即可获得成品。

通常聚合物比相应单体的密度大，因而在聚合反应过程中会发生体积收缩，因此在进行浇铸聚合时应注意控制预聚合的单体转化率，而且在后聚合过程中，若温度控制不好，易导致收缩不均匀，使聚合物的光折射不均匀以及产生局部皱纹，影响产品质量。

（二）主要药品和仪器1．药品甲基丙烯酸甲酯（MMA）偶氮二异丁腈（说明制备厚制品可用过氧化二苯甲酰）邻苯二甲酸二丁酯（增塑剂）硬脂酸（脱模剂）甲基丙烯酸（用多了会粘模严重，加一点可减少收缩）2．仪器三口反应瓶（150 mL），温度计，恒温水浴，10×10×5玻璃模板，乳胶管，恒温烘箱。

（三）实验步骤聚合配方：MMA：60 mL（根据制品的体积计算）偶氮二异丁腈：0.036～0.1克（单体量0.06%～0.15%）邻苯二甲酸二丁酯： 4.2克（单体量6%～7%）硬脂酸：0.36克（单体量0.5%～0.7%）甲基丙烯酸: 0.06克（单体量0.1%）1．预聚合在150 mL三口反应瓶中加入60 mLMMA、邻苯二甲酸二丁酯和硬脂酸及引发剂的1/3，在85～90℃的水浴中搅拌预聚合反应30～45分钟（控制转化率在8～12%），若粘度上升较慢可补加1/3的引发剂。

甲基丙烯酸甲酯的本体聚合实验结论
甲基丙烯酸甲酯（MMA）是一种重要的有机化工原料，广泛应用于生产有机玻璃、表面涂料、粘合剂等领域。

本体聚合是制备甲基丙烯酸甲酯聚合物的一种重要方法。

在本次实验中，我们研究了甲基丙烯酸甲酯的本体聚合过程，并得出了以下结论。

首先，实验结果表明，甲基丙烯酸甲酯的本体聚合是一个放热反应，聚合温度随着反应的进行逐渐升高。

为了控制聚合温度，实验中采用了冷却水浴和循环水冷却的方式。

此外，为了使反应顺利进行，实验中采用了引发剂和链转移剂，如过氧化苯甲酰（BPO）和十二烷基硫醇（SDT）。

其次，实验结果发现，聚合物的分子量随着反应时间和单体浓度的增加而增加。

但当单体浓度过高时，聚合物的分子量反而会下降。

这是因为过高的单体浓度会导致聚合过程中的链终止反应加剧，从而降低了聚合物的分子量。

因此，在实验过程中，要选择适当的单体浓度和聚合时间，以获得高分子量的聚合物。

此外，实验结果还表明，聚合物的光学性能与聚合条件密切相关。

通过调整聚合条件，可以制备出具有不同光学性能的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）材料。

例如，在聚合过程中加入色料或荧光剂，可以制备出具有不同颜色的PMMA材料；通过调整聚合温度和引发剂用量，可以控制PMMA的结晶度和分子量分布，从而影响其光学性能。

综上所述，甲基丙烯酸甲酯的本体聚合实验结果表明，聚合条件对聚合物分子量、光学性能等方面具有重要影响。

通过调整聚合条件，可以制备出具有优异性能的聚甲基丙烯酸甲酯材料，为其在各个领域的应用提供有力支持。

材料化学专业实验报告实验名称：甲基丙烯酸甲酯的本体聚合（有机玻璃板的制备）年级：日期：姓名：学号：同组人：一、预习部分甲基丙烯酸甲酯，无色液体，易挥发，易燃。

熔点为-48℃，沸点100-101℃，24℃（4.3kPa），相对密度0.9440（20/4℃），折射率1.4142，闪点（开杯）10℃，蒸气压（25.5℃）5.33kPa。

溶于乙醇、乙醚、丙酮等多种有机溶剂，微溶于乙二醇和水。

在光、热、电离辐射和催化剂存在下易聚合。

PMMA是以丙烯酸及其酯类聚合所得到的聚合物统称丙烯酸类树酯，相应的塑料统称聚丙烯酸类塑料，其中以聚甲基丙烯酯甲酯应用最广泛。

聚甲基丙烯酸甲酯缩写代号为PMMA，俗称有机玻璃，是迄今为止合成透明材料中质最优异的。

二实验部分1实验目的（1）：了解自由基本体聚合的特点和实施方法（2）：熟悉有机玻璃板的制备方法，了解其工艺过程2：实验原理本体聚合是指单体仅在少量引发剂存在下进行的聚合反应，或者直接加热，光和辐射作用下进行的聚合反应。

本体聚合具有产品纯度高和无需后处理等优点，可直接聚合成各种规格的型材。

但是，由于体系粘度大，聚合热难以散去，反应控制困难，导致产品发黄，出现气泡，从而影响产品质量。

本体聚合进行到一定程度，体系粘度大大增加，大分子链的移动困难，而单体分子的扩散收到的影响不大。

链引发和链增长反应照常进行，而增长链自由基的终止受到限制，结果使得聚合反应的速度增加，聚合物分子变大，出现所谓的自动加速效应。

更高的聚合速率导致更多的热量生成，如果聚合热不能及时散去，会使局部反应雪崩式的加速进行而失去控制，因此，自由基本体聚合中控制聚合速率使聚合反应平稳进行是获得无瑕疵型材的关键。

聚甲基丙烯酸甲酯为无定形聚合物，具有高度的透明性，因此成为有机玻璃。

聚甲基丙烯酸甲酯具有较好的耐冲击强度于良好的低温性能，是航空工业和光学仪器制造业的重要材料。

有机玻璃表面光滑，在一定的曲率内光线可在其内部传到而不逸出，因此在光导纤维领域得到应用。

甲基丙烯酸甲酯的本体聚合一、实验目的1 了解本体聚合的特点，掌握本体聚合的实施方法2熟悉有机玻璃的制备方法及工艺二、实验原理本体聚合是烯类单体在没有介质的情况下，单体本身在引发剂或催化剂等作用下进行的聚合，而自由基聚合可以通过本体聚合实现。

本体聚合的特点是产物纯净，尤其可以得到透明制品，所需设备简单。

甲基丙烯酸甲酯（MMA ）通过本体聚合方法可以制得有机玻璃。

聚甲基丙烯酸甲酯由于有庞大的侧基存在，为无定形固体，其最突出的性能具有高度的透明性，其比重小，故制品比同体积无机玻璃制品轻巧得多。

同时又具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。

聚甲基丙烯酸甲酯表面光滑，在一定的弯曲限度内，光线可在其内部传导而不逸出，故外科手术中利用它把光线输送到口腔喉部作照明。

聚甲基丙烯酸甲酯的电性能优良，是很好的绝缘材料。

甲基丙烯酸甲酯在过氧化苯甲酰引发剂存在下进行如下聚合反应：由于甲基丙烯酸甲酯单体比重只有0. 94g/cm3,而聚合物比重为17 g/cm［故有较大的体积收缩。

三、仪器和试剂主要仪器设备：试管四颈瓶冷凝管恒温水浴搅拌器甲基丙烯酸甲酯（MMA ），过氧化二苯甲酰（BP0）四、实验步骤1预聚合装有搅拌器、冷凝管、温度计的250ml的四口烧瓶中加入50ml甲基丙烯酸甲酯MMA , 1g （占单体量0. 2%）的过氧化苯甲酰BP0,开动搅拌并升温至75〜80C,反应20-30分钟，注意引发剂是否全部分解完全，观察现象，看有无气泡产生。

体系稍有粘稠状时，换冷水浴冷却到40C左右停止搅拌。

将反应物倒入预先洗净烘干的小试管中。

2.聚合反应将试管放入水浴升温至60C,保温1-2h,待试管中基本无气泡产生，且聚合物基本变硬时，升温至100C,保温待其自然冷却到40C以下，除去玻璃管，得到光滑无色透明的有机玻璃棒或有条件也可以这样做密圭寸试管口，移入40〜50° C烘箱中放置2〜3天。

悬浮聚合制备聚甲基丙烯酸甲酯交联微球一、甲基丙烯酸甲酯的精制和纯度分析 (一) 甲基丙烯酸甲酯的精制甲基丙烯酸甲酯是无色透明的液体，其沸点为100.3~100.6 ℃；密度：937.0204=D ；折光率4138.120=nD。

甲基丙烯酸甲酯常含有稳定剂对苯二酚。

首先在1000 mL 分液漏斗中加入750 mL 甲基丙烯酸甲酯(MMA)单体，用5%的NaOH 水溶液反复洗至无色(每次用量120~150 mL)，再用蒸馏水洗至中性，以无水硫酸镁干燥后静置过夜，然后进行减压蒸馏，收集46 ℃/13332.2Pa(100 mmHg)的馏分，测其折光率。

(二) 溴化法则定甲基丙烯酸甲酯的纯度 1. 实验目的分析甲基丙烯酸甲酯的纯度，掌握含碳碳双键化合物定量测定的一般方法——溴化法。

2. 实验原理溴化法是含碳碳双键化合物定量测定常用的化学方法，此种方法的原理是测定加成到双习惯上常用“溴值”表示加成到双键上的溴量，所谓“溴值”是指加成到100 g 被测定物质上所用溴的克数。

将实测溴值与理论溴值比较，即可求出该不饱和化合物的纯度。

溴化法是在被测定的试样中加入溴液或能产生溴的物质——溴化试剂。

常用的溴化试剂为溴-四氯化碳溶液、溴-乙醇溶液和溴化钾-溴酸钾溶液。

前者是强烈的溴化剂，在溴加成的同时，也常伴随发生取代反应，尤其是带侧链的不饱和化合物，更容易发生取代反应。

而后者是在酸性介质中进行氧化还原反应生成溴。

这种溴化试剂可以大大降低取代反应发生，常用于易发生取代反应的不饱和化合物。

溴与双键加成。

过量的溴使碘化钾析出碘。

然后用硫代硫酸钠溶液滴定碘，从而间接求出样品的溴值和纯度。

3. 实验步骤用自制的小玻璃泡准确称量0.1800~0.2000 g 甲基丙烯酸甲酯试样①，放入磨口锥形瓶中，加入10mL 37%醋酸做溶剂。

用玻璃棒小心地将玻璃泡压碎，用少量蒸馏水冲洗玻璃棒。

用移液管准确吸取50 mL 0.1M KBr-KBrO 3溶液②，注入锥形瓶中。

甲基丙烯酸甲酯的悬浮聚合实验报告甲基丙烯酸甲酯的悬浮聚合实验报告实验十四甲基丙烯酸甲酯的悬浮聚合一、实验目的 1.掌握高分子悬浮聚合的原理和特点。

2.掌握通过悬浮聚合法制备聚甲基丙烯酸甲酯的操作过程。

二、实验原理悬浮聚合是将溶有引发剂的单体在强烈搅拌和分散剂的作用下，以液滴状悬浮在水中而进行的聚合反应方法。

悬浮聚合的体系组成主要包括谁难溶性的单体、油溶性引发剂、水和分散剂四个基本成分。

聚合反应在单体液滴中进行，从单个的单体液滴来看，其组成及聚合机理与本体聚合相同，因此又常称小珠本体聚合。

若所生成的聚合物溶于单体，则得到的产物通常为透明、圆滑的小圆珠；若所生成的聚合物不溶于单体，则通常得到的是不透明、不规整的小粒子。

悬浮聚合反应的优点是由于有水作为分散介质，因而导热容易，聚合反应易控制，单体小液滴在聚合反应后转变为固体小珠，产物易分离处理，不需要额外的造粒工艺，缺点是聚合物包含的少量分散剂难以除去，可能影响到聚合物的透明性、老化性能等，此外，聚合反应用水的后处理也是必须考虑的问题。

三、主要仪器与试剂 (1)仪器装有搅拌器、冷凝管、温度计的三颈瓶(1 套)，恒温水浴(1 套)，量筒(10mL、100 mL 各1 支)，抽滤装置计(1 套)，。

(2)试剂甲基丙烯酸甲酯(MMA，10mL)，蒸馏水(60mL)，过氧化苯甲酰(BPO，0.07g)， 1%聚乙烯醇水溶液(20mL)。

第2页共3 页四、流程图、实验步骤及现象 (1)流程图搅拌加热40mL水调节搅拌速度升温至（78±2）℃，反应约1.5h 升温至70℃ 2mL1%聚乙烯醇水溶液反应 20mL水两次洗涤盛单体的容器所得液体预先已溶解引发剂的甲基丙烯酸甲酯10mL 抽滤洗涤、风干称重珠状物滤液聚合物 (2)实验装置图 (3)实验步骤及现象实验步骤实验现象 1. 在装有搅拌器、冷凝管、温度计的三颈瓶中，依次加入2mL 1％的聚乙烯醇水溶液、40mL 水，搅拌加热(注意温度不要超过70℃)。

实验三甲基丙烯酸甲酯本体聚合及性能分析一、实验目的1.理解本体聚合的基本原理和主要特点。

2.掌握利用间歇本体聚合法制备有机玻璃制品。

3.掌握温度—形变曲线的测定方法、各区的划分及玻璃化转变温度Tg的求取方法。

4.掌握粘度法测定高聚物分子量的基本原理、操作方法和数据处理方法。

二、实验原理在没有任何介质下，只有单体本身在引发剂、光、热、辐射作用下进行的聚合反应叫本体聚合。

本体聚合时，随着转化率的提高，体系粘度增大，长链自由基卷曲，双基终止受到阻碍，聚合反应增长速率常数Kp变动不大，终止速率常数Kt锐减，因而聚合反应显著加速，分子量也同时迅速增加，自动加速效应是本体聚合的重要特征之一。

本实验采用甲基丙烯酸甲酯（MMA）本体聚合制备玻璃制品，甲基丙烯酸甲酯的聚合反应式：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密度不同而引起的体积收缩问题，工业上采用先高温预聚合，待转化率达到一定程度后，再注入模内，在低温下进一步聚合，安全度过危险期，最后制得有机玻璃产品。

玻璃化转变温度（Tg）和分子量是高分子材料的两个基本物理参数，本实验采用热机分析仪和乌式粘度计对所制备的有机玻璃制品（PMMA）进行Tg和分子量的测定。

在聚合物试样上施加恒定载荷，在一定范围内改变温度，以试样形变或相对形变对温度作图，所得到的曲线，通常成为温度-形变曲线。

线形非结晶性聚合物在不同的温度范围内表现出不同的力学行为，如下图。

图2 非晶态聚合物温度—形变曲线对于线性非晶聚合物有三种不同力学形态：玻璃态、高弹态、粘流态，这是聚合物链在运动单元上的宏观表现，处于不同力学行为的聚合物因为提供的形变单元不同，其形变行为也不同。

玻璃态与高弹态之间的转变温度就是玻璃化转变温度Tg ，高弹态与粘流态之间的转变温度就是粘流温度T f 。

粘度法是测定聚合物分子量的常用方法，此法设备简单，操作方便，且具有较好的精确度，因而在聚合物的生产和研究中得到十分广泛的应用。

实验一甲基丙烯酸甲酯的本体聚合
实验原理：
自由基聚合反应是一种重要的高分子化学反应，是机械、电化学、辐射、光化学、热化学等条件下许多高分子化学反应的共性反应。

本实验中采用的甲基丙烯酸甲酯的本体聚合反应可以采用自由基聚合反应进行合成。

甲基丙烯酸甲酯的本体聚合物的化学结构如下图所示：
甲基丙烯酸甲酯具有较强的亲油性和良好的耐久性，可以制备高分子材料，如光硬化涂料、接枝共聚物、稳定剂等。

本次实验采用自由基引发聚合的方法，通过加入两性引发剂，在紫外光的照射下进行聚合反应。

实验材料：
甲基丙烯酸甲酯、过硫酸铵、四氢呋喃、紫外光灯、烧杯等。

实验步骤：
1、称取0.2克过硫酸铵和0.6克甲基丙烯酸甲酯加入10毫升四氢呋喃中，用漏斗将混合物滴加到小烧杯中，磁搅子搅拌溶解。

2、将小烧杯置放在紫外光灯下，打开紫外光灯，用塑料薄膜覆盖烧杯，在室温下静置过夜。

3、观察烧杯中聚合产物是否形成，将产物取出并分析分子量。

实验注意事项：
1、加入引发剂后需立即进行紫外光照射，不宜长时间搅拌，以免产生不必要的自由基引起副反应。

2、实验中应严格控制温度，避免相应聚合反应的发生。

3、实验结束后注意清洗实验器材。

实验结果及分析：
经过紫外光的照射，经过一夜后，产物已经形成。

通过分析可得聚合产物的分子量大概在5000左右。

通过本次实验，学习了甲基丙烯酸甲酯的本体聚合方法，掌握了自由基聚合反应的基本原理和实验操作技能，对于高分子材料及其化学性质有了更加深入的理解。

同时，在实验过程中也加强了实验的安全意识及实验室管理技能，提高了实验效率的重要性。

甲基丙烯酸甲酯的本体聚合实验报告
本体聚合实验的目的是通过将某些原料添加到一定量的丙烯酸甲酯中，将其进行热反应来制备高分子单体。

本次实验中使用的原料是甲基丙烯酸甲酯（MMA），本体聚合的温度为80℃，聚合时间为6个小时，反应器为20ml物料容器，旋转速度为200r/min，通气量为500ml/min，操作室环境温度为20-25℃。

本体聚合过程中，首先将甲基丙烯酸甲酯溶于 2-丙醇中，并加入其他原料，即ABS 树脂、有机硅树脂、组份使用量不应超过2％，加热至某一恒定温度（即本体聚合的温度），当反应温度达到稳定状态后，20ml反应瓶内的本体聚合反应开始，此时，静止时间每15分钟视察反应进展，同时视察底部沉淀产物；聚合反应结束后，终止反应，放置4小时进行沉淀，采用离心机200r/min离心处理，滤除残留溶剂中的有机物；然后，取出产物，在烘箱中烘烤，温度50℃，封存待用。

本文在本体聚合实验中，使用的是以甲基丙烯酸甲酯为主的溶剂，其他原料的使用量不超过2％。

本体聚合反应瓶装混合液体温度调至80℃，极易受到温度波动，建议施工时及时注意温度控制；进行本体聚合反应时，建议每15分钟视察反应的进展，以确认是否出现异常情况；聚合反应结束后，冷却并过滤残留溶剂，实验产物经烘箱烘烤后封存至封存处，以期待下次使用。

总之，本体聚合是一种常用的高分子合成方法，可以将多种原料经热反应来合成新的高分子单体、复合物以及重要的有机高分子材料，作为甲基丙烯酸甲酯的本体聚合实验，通过良好的操作技术，可以实现有效的合成高分子单体。