本体聚合工艺-有机玻璃的制备.

一、实验目的1. 掌握自由基本体聚合的原理及合成方法；2. 了解有机玻璃的生产工艺；3. 通过实验，观察和掌握本体聚合过程中的现象，分析影响聚合反应的因素；4. 熟悉实验操作技能，提高实验数据处理和分析能力。

二、实验原理本体聚合是指在没有介质存在的情况下，单体在引发剂、热、光、辐射等作用下进行的聚合反应。

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。

本体聚合是制备PMMA的主要方法之一。

实验采用本体聚合法制备PMMA，即在无溶剂或其他介质的情况下，将甲基丙烯酸甲酯（MMA）与引发剂混合，在一定温度下进行聚合反应。

反应过程中，MMA分子在引发剂的作用下生成自由基，自由基与MMA分子反应生成聚合物。

随着反应的进行，体系粘度逐渐增大，散热困难，易产生局部过热，甚至引发爆聚。

三、实验药品及仪器药品：甲基丙烯酸甲酯（MMA）、过氧化苯甲酰（BPO）、甲苯仪器：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、秒表四、实验步骤1. 准备实验仪器，检查设备是否完好；2. 称取一定量的MMA和过氧化苯甲酰，加入三口烧瓶中；3. 将三口烧瓶放入恒温水浴锅中，加热至预定温度；4. 开始计时，观察体系粘度变化、颜色变化、气泡产生等现象；5. 反应结束后，将聚合物取出，冷却、称重；6. 对聚合物进行表征，如红外光谱、凝胶渗透色谱等。

五、实验结果与分析1. 在实验过程中，观察到体系粘度逐渐增大，颜色由无色变为淡黄色，并伴随气泡产生；2. 随着反应时间的延长，体系粘度继续增大，颜色加深，气泡增多；3. 反应结束后，聚合物质量为理论质量的95%。

分析：本体聚合过程中，引发剂分解产生自由基，自由基与MMA分子反应生成聚合物。

随着反应的进行，体系粘度逐渐增大，散热困难，易产生局部过热。

实验中，观察到体系粘度增大、颜色加深、气泡增多等现象，说明反应过程中存在局部过热现象。

实验04 甲基丙烯酸甲酯本体聚合制有机玻璃板一．实验目的二．实验原理三．主要仪器和试剂四．实验步骤五．问题与讨论一．实验目的1.了解自由基本体聚合的特点和实验方法。

2.掌握和了解有机玻璃的制造和操作技术的特点，并测定制品的透光率。

二．实验原理本体聚合是指单体在少量引发剂下或者直接在热、光和辐射作用下进行的聚合反应，因此本体聚合具有产品纯度高、无需后处理，尤其是可以制得透明样品，其缺点是散热困难，易发生凝胶效应，工业上常采用分段聚合的方式。

有机玻璃板就是甲基丙烯酸甲酯通过本体聚合方法制成。

聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)具有优良的光学性能、密度小、机械性能、耐候性好。

在航空、光学仪器，电器工业、日用品方面有着广泛用途。

二．实验原理MMA是含不饱和双键、结构不对称的分子，易发生聚合反应，其聚合热为56.5kJ/mol。

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。

二．实验原理甲基丙烯酸甲酯本体聚合制备有机玻璃常常采用分段聚合方式，先在聚合釜内进行预聚合，后将聚合物浇注到制品型模内，再开始缓慢后聚合成型。

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。

三．主要仪器和试剂1.实验仪器三角烧杯x1、三口烧瓶x1、搅拌装置x1、球形冷凝管x1、71型或72型分光光度计，内卡尺游标，硅玻璃片x32.实验试剂甲基丙烯酸甲酯MMA30g、过氧化二苯甲酰(BPO) 0.03g四．实验步骤1.有机玻璃板的制备一般分为下列几个主要步骤：①制模；②预聚合(制浆)；③灌浆；④后聚合；⑤脱模。

课程名称：化工专业实验指导老师：卜志扬成绩：________________ 实验名称：有机玻璃的制造实验类型：高分子实验同组学生姓名：_____________ 一、实验目的和要求二、实验内容和原理三、主要仪器设备四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析七、讨论、心得一、实验目的了解本体聚合的特点，掌握本体聚合的实施方法，并观察整个聚合过程中体系黏度的变化过程。

二、实验原理本体聚合是不加其他介质，只有单体本身在引发剂或光、热等作用下进行的聚合，又称块状聚合。

本体聚合的产物纯度高、工序及后处理简单，但随着聚合的进行，转化率提高，体系黏度增加，聚合热难以散发，系统的散热是关键。

同时由于黏度增加，长链游离基末端被包埋，扩散困难使游离基双基终止速率大大降低，致使聚合速率急剧增加而出现所谓自动加速现象或凝胶效应，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。

为克服这一缺点，现一般采用两段聚合：第一阶段保持较低转化率，这一阶段体系粘度较低，散热尚无困难，可在较大的反应器中进行；第二阶段转化率和粘度较大，可进行薄层聚合或在特殊设计的反应器内聚合。

本实验是以甲基丙烯酸甲酯（MMA）进行本体聚合，生产有机玻璃平板。

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问题，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，在低温下进行下一步聚合，安全度过危险期，最后脱模制得有机玻璃平板。

三、实验仪器及药品仪器：仪器名称规格数量三角瓶50mL 1只恒温槽1只量筒50、100mL 各1只制模玻璃100mm×100mm 2块另：硅胶条、描图纸、相片、胶水、试管夹、玻璃棒、透明胶、长尾夹、标签纸若干试剂：试剂名称规格用量甲基丙烯酸甲酯（MMA）新鲜蒸馏，BP = 100.5℃30mL过氧化二苯甲酰（BPO）重结晶0.05g令苯二甲酸二丁酯（DBP）分析纯2mL四、实验步骤1．向恒温水浴槽内加入一定量的水，打开电源，升温至90 ℃。

甲基丙烯酸甲酯本体聚合的工艺过程生产原理：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。

但是，聚甲基丙烯酸甲酯耐候性差，表面易磨损。

可以是甲基丙烯酸甲酯与苯乙烯等单体共聚来改善耐候性。

有机玻璃是通过甲基丙烯酸甲酯的本体聚合制备的。

甲基丙烯酸甲酯的密度小于聚合物的密度，再聚合过程中出现较为明显的体积收缩。

为了避免体积收缩和有利散热，工业上往往采用二步法制备有机玻璃。

在过氧化苯甲酰引发下，甲基丙烯酸甲酯聚合初期平稳反应，当转化率超过20%以后，聚合体粘度增加，聚合速率明显加快，此时应该停止第一阶段反应，将聚合浆液转移到模具中，低温反应较长时间。

当转化率打到90%以上后，聚合物业已成型，可以升温使单体完全聚合。

引发剂的用量应视制备的制品厚度而定。

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。

.了解本体聚合的原理、特点和实施方法。

2.熟悉利用甲基丙烯酸甲酯本体聚合制备有机玻璃的方法，了解其工艺过程。

二．基本概念1.本体聚合――单体仅在少量的引发剂存在下进行的聚合反应，或直接在热、光和辐射作用下进行的聚合反应。

2.引发剂――易分解产生自由基并使单体聚合的化合物。

3.凝胶效应――按动力学方程，在反应初期以后，体系引发剂浓度下降，单体浓度下降，聚合总速率本应该下降，但是在反应过程总没有下降，反而上升的现象成为自加速现象。

其出现的主要是体系粘度增加所引起的，故又称为凝胶效应。

三.实验原理甲基丙烯酸甲酯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，其最突出的性能是具有高度的透明性，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，表面光滑，电性能优良。

甲基丙烯酸甲酯在引发剂的作用下，发生本体聚合反应，生成聚甲基丙烯酸甲酯：四．实验仪器与药品甲基丙烯酸甲酯过氧化苯甲酰试管三颈瓶冷凝管恒温水浴机械搅拌器五．实验步骤1.预聚物的制备准确称取0.05g过氧化苯甲酰、50g(60ml)甲基丙烯酸甲酯，混合均匀，投入到100mL、配有冷凝管的磨口三颈瓶中，开启冷却水，采用水浴恒温，开动搅拌，升温至75-80℃进行聚合反应，注意体系粘度和体积的变化，30min后取样，若预聚物具有一定粘度，则移去热源，冷却至50℃左右。

2.聚合物的成型取1.5×15cm试管若干支，分别进行灌注，灌注高度一般为5-7cm，（灌注过多，压力太大，有可能使气泡不易逸出，留在聚合物内。

）然后静置数天，直至试管内物料变得坚硬。

撤除试管，可得到一透明度高、光洁的圆柱形聚甲基丙烯酸甲酯。

六．分析与思考1.自加速效应是怎样产生的？对聚合反应有那些影响？2.制备有机玻璃，各阶段的温度应怎么控制，为什么？醋酸乙烯酯的乳液聚合一．实验目的1.了解乳液聚合的基本原理和特点；2.掌握乳液聚合的试验技术。

化学化工学院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 C,沸点100-101 T,24C (4.3kPa ),相对密度 0.9440 (20/4 C),折射率 1.4142，闪点(开杯)10C, 蒸气压(25.5 C) 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PMM ，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。

但是，聚甲 基丙烯酸甲酯耐候性差，表面易磨损。

可以是甲基丙烯酸 甲酯与苯乙烯等单体共聚来改善 耐候性。

有机玻璃是通 过甲基丙烯酸甲酯的本体聚合制 备的。

甲基丙烯酸甲酯 的密度小于聚合 物的密度，再 聚合过程中出现较为明显的体积 收缩。

为了避免体积收缩和有 利散热,工业上往往采 用二步法制备有机玻璃。

在过氧化苯甲酰引发下，甲基丙烯酸甲酯聚合 初期平稳反应，当 转化率超过 20%以后，聚合体粘度增加，聚合 速率明显加快，此时 应该停止第一 阶段反应，将聚合浆液转移到模具中，低温反应较长时间。

当转化率打到90%以上后，聚合物业已成型 ，可以升温使单体 完全聚合。

引发剂 的用量应视制备 的制品厚度而定。

三•化学试剂和仪器化学试剂：过 氧化苯甲酰，甲基丙烯酸甲酯1实验目的 (1) ： 了解自(2) :熟悉有 2:实验原理 本体聚合是指 作用下进行的 成各种规格的 产品发黄，出 本体聚合进行 扩由基本体聚合的特点和实施方法 机玻璃板的制备方法，了解其工艺过程单体仅在少量引发剂存在下进行 聚合反应。

甲基丙烯酸甲酯的本体聚合一、实验目的(1) 了解本体聚合的原理,(2) 熟悉有机玻璃的制备方法。

二、实验仪器及药品仪器:仪器:塑料试管具塞锥形瓶恒温水浴锅电子天平量筒药品:过氧化苯甲酰,BPO,甲基丙烯酸甲酯,MMA, CH=C,CH,COOCH233三、实验流程图四、实验原理本体聚合,bulk polymerization,指单体在光、热或引发剂等作用下的聚合方法～只有单体或单体加引发剂～因此聚合物纯度高。

但自由基聚合的链锁反应特征～使得一旦聚合开始～放出很多热量～同时立即有聚合物形成～体系粘度随之急剧增加～使大量反应热难以传递出去～导致温度失控～体系中局部地区产生过热现象～结果聚合物性质变劣～最严重的情况是发生“爆聚”～使聚合过程彻底失败。

因此控制聚合热和及时的散热非常重要。

甲基丙烯酸甲酯,MMA,的聚合热为56.5kJ/mol～它的聚合热是比较适中。

MMA在BPO作引发剂下发生如下自由基聚合: 1.引发剂分解2.链引发3.链增长4.链终止a、偶合终止b、歧化终止本体聚合进行到一定程度～体系粘度增大～大分子链自由基活性降低～阻碍了链自由基的相互结合～使链终止速率减慢～而小分子单体却依然可以自由与链结合～链增长速率不会受到影响～从而导致自动加速效应～内部温度急剧上升～又继续加剧反应～如此循环～而粘度又屏蔽热量～使局部温度过高～严重影响聚合物的性质～这是我们不想看到的。

四、实验步骤、现象及分析实验步骤实验现象分析与讨论称取0.05g引发剂BPO白色粉末逐BPO和MMA互溶。

盖塞BPO放入100mL干燥渐溶解于无色透是防止挥发和融入阻洁净的小锥形瓶明的MMA中。

最聚剂氧气。

注:锥形瓶预中～再加入15.0ml 终成无色透明液不能有污染～否则会单体MMA～盖上塞体。

阻聚。

子。

在水浴锅中在水浴温度在温度不宜过高～防止60-70?下加热锥61?.液体开始发生自动加速～爆聚聚形瓶～适当摇动～粘度没有变化～现象。

实验六 甲基丙烯酸甲酯的本体聚合、目的要求:1、了解本体聚合的原理， 2 、熟悉有机玻璃的制备方法。

二、原理：聚甲基丙烯酸甲酯（PMM ），俗称有机玻璃。

有机玻璃广泛用在工业、农业、军事、生活等的各个领域，如飞机、汽车的透明窗玻璃、罩盖等。

在建筑、电气、医疗卫生、机电等行 业也广泛使用，如制造光学仪器、电器、医疗器械、透明模型、装饰品、广告铭牌等。

每年 全世界要消耗数以百万吨的有机玻璃及其制品。

工业上制备有机玻璃主要采用本体、悬浮聚合法，其次是溶液和乳液法。

而有机玻璃的板、棒、 管材制品通常都用本体浇铸聚合的方法 来制备。

如果直接做甲基丙烯酸甲酯的本体聚合， 则由于发热而产生气体只能得到有气泡的聚合物。

如果选用其它聚合方法（如悬浮聚合等）由于杂质的引入，产品的透明度都远不及本体聚合方法。

因此，工业上或实验室目前多采用浇注方法。

即:将本体聚合迅速进行到某种程度（转化率10%左右）做成单体中溶有聚合物的粘稠溶液（预聚物）后，再将其注入 模具中，在低温下缓慢聚合使转化率达到93〜95%左右，最后在 100 C 下聚合至反应完全。

其反应方程式如下：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：CL1 * InCIL =C-CO<)CH 3本实验采用本体聚合法制备有机玻璃。

本体聚合是在没有介质存在的情况下只有单体本身在 引发剂或光、热等作用下进行的聚合，又称块状聚合。

体系中可以加引发剂，也可以不加引发剂。

按照聚合物在单体中的溶解情况， 可以分为均相聚合和多相聚合两种： 聚合物溶于单 体，为均相聚合，如甲基丙烯酸甲酯，苯乙烯等的聚合；聚合物不溶于单体，则为多相聚合,Yem -c 去ICOUCH如氯乙烯，丙烯腈的聚合。

本体聚合的产物纯度高、工序及后处理简单，但随着聚合的进行，转化率提高，体系黏度增加，聚合热难以散发，系统的散热是关键。

同时由于黏度增加，长链游离基末端被包埋，扩散困难使游离基双基终止速率大大降低，致使聚合速率急剧增加而出现所谓自动加速现象或凝胶效应，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。