实验1有机玻璃的制备
一、目的要求
1．了解本体聚合的原理和有机玻璃的性能。
2．掌握有机玻璃的制备方法
二、原理
甲基丙烯酸甲酯通过本体聚合的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，为无定形聚合物，其最突出的性能是具有高度的透明性。它的比重小，故其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。有机玻璃表面光滑，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吼部作照明。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（BPO）或偶氮二异丁腈（AIBN）引发剂存在下进行如下聚合反应：
CH2 C
CH3
COOCH3CH2 C
CH3
COOCH3
n
n
聚合反应开始前有一段诱导期，聚合速率为零，体系粘度无变化。在转化率超过20﹪之后，聚合速率显著加快，即产生自动加速效应。而转化率达80﹪之后，聚合速率显著减小，最后几乎停止聚合，需要升高温度才能使之聚合完全。
聚合配方中引发剂的含量，应视制备的模具厚度而定，一般情况如下：
厚度（mm）1－1.6 2－3 4－6 8－12 14－25 30－45
偶氮二异丁腈（﹪）0.06 0.06 0.06 0.025 0.020 0.005
由于甲基丙烯酸甲酯单体密度只有0.94 g·mL-1，而其聚合物密度为1.17 g·mL-1，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，然后再进行浇模，这样一则可以减少体积收缩，二则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。
三、主要试剂和仪器
甲基丙烯酸甲酯过氧化二碳酸环己酯偶氮二异丁睛
试管三颈瓶冷凝管恒温水浴
四、实验步骤
1．制模（烘箱聚合用模）
取两块表面光滑、无磨损的玻璃块，经肥皂洗净擦干后，用酒精擦洗一次，烘干，在四角用一定的垫块垫好（注1），然后用不透水的纸（玻璃纸或描图纸）用聚乙烯醇水溶液（10 g聚乙烯醇溶于100 mL蒸馏水中）作浆
糊，使纸完全贴紧模子，严密地封好，一共糊三层，以免漏浆。最后留一空口（约2 cm），以便灌浆。将模具置于60～80℃烘箱中干燥，烘干模具中的水汽。
2．制浆（预聚）
在100 mL的锥瓶中，量取32 mL精MMA单体，精确称量0.08 g BPO，摇匀，在80～100℃热水浴上进行预聚（为使水汽不逸入锥瓶内，上面用可粘贴塑料薄膜盖紧，或用橡皮圈扎紧）。在预聚过程中不断摇动锥瓶并观察体系的粘度变化（看气泡上升和消失的速度），在达到粘稠甘油状粘度左右，将锥瓶置于冷水中，迅速冷至室温，终止聚合。
3．灌浆、封模
将以上制得的粘稠预聚浆液，小心地经过玻璃纸漏斗（自制）灌入模子中，然后用纸严密（三层）封口，以待后聚合。
4．后聚合
将已经灌好预聚浆液的模具放入烘箱，按如下条件进行聚合：50℃保持3小时，降温到40～45℃至凝胶化完毕（注2）[20小时]。然后逐步升温，3小时升到105℃保持2小时后逐步降温，2小时后降到40℃进行脱模。
5．脱模
将聚合模具自烘箱内取出，用水浸泡，把边上的纸刮干净后，用小刀或小竹片在无机玻璃和有机玻璃之间轻敲使两者分离。
6．成品检验
将有机玻璃小心地抹干净后，观察其表面情况，透明程度，是否有颜色或气泡。记录观察到现象及测定结果。
五、注意事项
1、垫块可用玻璃纸包紧、用聚乙烯醇粘紧而得到。因MMA在聚合过程中，有20﹪左右的收缩。因此垫块应比欲得的板厚20﹪，即5 mm的板应使用6 mm厚的垫块。
2、预聚时自动加速效应会使粘度很快增大，要关注体系的粘度变化，温度过高则回引起爆聚。
3、模具要夹紧，以免预聚体泄漏。
4、确定凝胶化程度可以视两块玻璃板之间已经有很大的收缩，然后用大头针扎有机玻璃，看是否已经变硬（即扎不过去）。如已变硬，则凝胶化已完毕。如扎进去呈弹性状、粘浆状，即尚未凝胶化完毕，应继续保持在凝胶化温度下聚合。扎针不宜太早，否则空气进入会产生阻聚作用。
六、思考题
1．为什么要采用两步法制备有机玻璃板？
2．采用两步法制备有机玻璃有哪些优点？
3．通过实验，你认为要获得一块外观质量好的有机玻璃板必须注意哪些事项？
实验2 高吸水性树脂的制备
一、实验目的
1．了解高吸水性材料的特性和用途
2．用淀粉和丙烯酸钠合成一种高吸水性树脂
二、原理
传统的吸水材料如纸、棉、泡沫塑料等只能吸收自身重量的10～20倍水。近年来人们合成了一类具有高吸水性能的材料，其吸收量可达自重的几百倍乃至上千倍。这些材料可以作为工业用脱水剂和增稠剂，用作纸尿布、卫生巾等卫生材料，以及用于农业和园林栽培上的土壤水分保持剂。由于具有广阔的应用前景，这类材料越来越受到人们的重视。
制备高吸水性材料，通常是将一些水溶性高分子，如聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯、聚乙烯基吡咯烷酮等进行轻微的交联而得到。
交联剂的性质和用量，对最终产物的吸水性能影响很大。用量少时，部分聚合物会溶于水，而用量过多则使交联度过大，溶胀度降低，二者都会使吸水能力降低。
对于用亚甲基双丙烯酰胺交联的聚丙烯酸钠来说，聚丙烯酸的中和程度对吸水性也有很大影响。
三、主要试剂和仪器
丙烯酸NaOH N,N－亚甲基双丙烯酰胺K2S2O8淀粉
烧杯烘箱尼龙布研钵
四、实验步骤
在盛有7.2 g（约8 mL）丙烯酸的100 ml小烧杯置于冷水浴中冷却，在玻棒搅拌下慢慢滴加NaOH溶液（4g NaOH溶于10 ml水中），完全冷却后加入K2S2O8引发剂0.1 g，交联剂N,N－亚甲基双丙烯酰胺0.005 g。在另一小烧杯中，加入0.75 g淀粉和5 ml水，搅匀，在水浴上加热糊化，直到呈清亮浆糊状，冷却。将两烧杯的反应物混合，搅拌均匀。将烧杯置于200℃的烘箱中反应20～30 min，得到硬脆状产物。
在研钵中将聚合物粉碎，过20～60目筛。称取粉末样品0.1g，放在100 ml小烧杯中，加热蒸馏水60 ml，溶胀20～30 min，同时轻轻搅动。然后将一块尼龙布用橡皮筋扎在烧杯口上，倒置滴滤15 min，收集滤出水并量其体积。以未滤出水的重量与聚合物重量之比（g水/ g聚合物），表示该吸水树脂的吸水能力。计算产物的吸水率。
五、注意事项
1．引发剂、交联剂一定要在丙烯酸的中和液冷却至室温后加入。
2．糊化后的淀粉液和丙烯酸的中和液混合时要混合均匀，不要有块状物存在，否则会影响产物的吸水性能。
3．在烘箱中聚合时，应注意温度和时间的协调控制，不要使其烘焦。
