实验目的:
1.了解本体聚合的原理,掌握本体聚合的实验特点;
2.掌握预聚合的制备方法;
3.掌握PMMA预聚体转化率的测定;
4掌握浇铸成型工艺;
5.熟悉有机玻璃的制备方法;
6.比较光敏引发剂与一般引发剂对聚合产品质量的影响.
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、无需后处理等特点。本体聚合常常用于实验室研究，如聚合动力学的研究和竞聚率的测定等。工业上多用于制造板材和型材，所用设备也比较简单。本体聚合的优点是产品纯净，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。
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”，即在聚合过程中，当转化率达10%-20% 时，聚合速率突然加快。物料的粘度骤然上升，以致发生局部过热现象。其原因是由于随着聚合反应的进行，物料的粘度增大，活性增长链移动困难，致使其相互碰撞而产生的链终止反应速率常数下降；相反，单体分子扩散作用不受影响，因此活性链与单体分子结合进行链增长的速率不变，总的结果是聚合总速率增加，以致发生爆发性聚合。
图1 实验装置图
仪器安装:
实验仪器和试剂:
表1 玻璃仪器一览表
序号名称规格数量
1 2 3 4 5 6 7 8 9
10
11
12
13
14
24#磨口三颈瓶
搅拌器
搅拌杆
套管
温度计
烧杯
烧杯
玻棒
24#磨口接收瓶
试管
刻度移液管
洗耳球
茄形瓶
24#磨口球形冷凝管
250ml
GIS2-2
0-150℃
500ml
50ml
100ml
约15ml
25ml
100ml
30-50cm
1个
1台
1根
2个
2支
1个
1个
1支
1个
6只
1只
1个
1个
1个表2 MMA预聚合配方
名称代号理论用量(g) 实际用量(g)
甲基丙烯酸甲酯
硬脂酸
过氧化二本甲酰MMA
HST
BPO
60
6
0.12
60.12
6.08
0.13 表3 光敏引发剂聚合配方
名称代号理论用量(g) 实际用量(g)
聚甲基丙烯酸甲酯预聚体
安息香乙醚
MMA 30
0.01-0.02
30
0.02 表4 浇铸聚合配方
名称代号理论用量(g) 实际用量(g)
聚甲基丙烯酸甲酯过氧化二苯甲酸DMMA
BPO
30
0.01
实验流程
图2 实验操作流程图
实验记录:
表5 预聚合实验记录
时间内温(℃)外温(℃) 操作(备注)
14:18 14:21 14:30 14:42 14:45 14:49 14:53 15:03 78.0
84.3
87.8
88.0
91.0
90.3
90.8
90.7
78.9
85.0
89.5
90.8
93.8
91.0
91.2
91.2
继续升温
温度控制90℃-92℃
温度控制92℃-91℃
测试粘度
粘度急剧变化,停止反应
表6 自然光聚合实验记录
时间现象操作16:55
16:56
17:20 17:30 17:50 17:20
有流动性
粘度开始有变化
暴聚,出现气泡
发烫,固化基本完全
脱气后灌模
置于窗外,太阳光直射
移至阴凉处
表7 浇铸聚合（热引发）实验记录
时间现象操作 29日18:00
30日08:30
15:00 18:10
仍有一定流动性
已固化
停止加热
升温至60℃
升温至90℃
停止反应表8 紫外光(uv)聚合实验记录
时间现象操作 29日13:02
30日08:20 31日09:00 暴聚,厚度大越明显
放两盏紫外灯
放四盏紫外灯
关闭紫外灯,停止反应脱模
测试:
1.转化率
空瓶质量M=17.36g
烘干前总质量M1=20.37g
烘干后总质量M2=18.10g
M2-M 18.10-17.36
转化率= ×100%= ×100%=24.45%
M1-M 20.38-17.36
分析与讨论:
1.预聚合转化率测试结果为24.46%,为较好的预转化率,有效控制了体系粘度,使最后浇铸聚合时体积收缩较小.
2.本实验中MMA采用预聚后浇铸聚合的原因是为了防止严重的体积收缩,同时预聚体具有一定的粘度,在采用夹板式模具时不会产生漏液现象.
PMMA预聚体的粘度与转化率的关系是成正比的,表示预聚体的反应程度.粘度或转化
