《高分子化学实验》课程实验指导（讲义）实验五 本体聚合MMA及其透光率测定

实验5本体聚合MMA及其透光率测定 聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)具有优良的光学性能、机械性能、耐候性好且密度小。在航 空、光学仪器工业、电器工业、日用品等方面有广泛用途。 本体聚合除了适合于实验室研究，还适用于制造板材和型材，所用设备也较简 。如单 体聚合能力的初步测定、聚合动力学研究和竞聚率测定等。其优点是产品纯净，尤其可以制 得透明制品，其缺点是散热困难，易发生凝胶效应，工业上常采取分段聚合的方式。 一、目的要求 本实验通过本体聚合MMA,掌握和了解有机玻璃的制造和操作技术，了解本体聚合技 术的特点，并测定制品的透光率。 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：56.5k/ 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，当转化率达到 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 物料的粘度增大 活性增长链移动困难。 致使其相互碰撞而 生的链终止下降：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。 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， 使产品含右气泡影响其光学性能。因出在牛产中要桶亚格控制聚合温府来控制聚合反应 率，以保证有机玻璃产品的质量 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 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、仪器和试剂 玻璃片、三口烧瓶、搅拌器、球形冷凝管、双光束紫外可见分光光度计、MMA、过氧 化二苯甲酰(BPO): 四、实验步骤 一般分为下列几个主要步骤：()制模：(2)预聚合（制浆）：(3)灌浆：(4)聚合：(5)脱模。 1 制模 取三块40mm×70mm硅玻璃片洗净并干燥。把三块玻璃片重叠，并将中间一块纵向抽 出约30mm.其余三断面用透明胶带封牢（两侧先封住下半部，抽出中间玻璃再封上半的）。 将中间玻璃抽出，制得简易模型作灌浆用。 2.预聚合 用量筒在三口烧瓶中加入30 ml MMA、再加入0.05： 0,轻轻摇动至完全溶解（以免 燥聚)，搅拌下于8590℃水浴中加热预聚合，观察反应的粘度变化至形成粘性薄浆（似甘油 状或稍粘些，有挂壁现象)，反应需0.51，迅速停加热，趁热倒入模具（三口烧瓶一侧插入 回流冷凝管，开口)。 3.灌浆 粘液慢慢灌入模具中、垂直放置10mi赶出气泡（有气泡蹲几下），然后将模口包装密 封

实验 5 本体聚合 MMA 及其透光率测定 聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)具有优良的光学性能、机械性能、耐候性好且密度小。在航 空、光学仪器工业、电器工业、日用品等方面有广泛用途。 本体聚合除了适合于实验室研究，还适用于制造板材和型材，所用设备也较简单。如单 体聚合能力的初步测定、聚合动力学研究和竞聚率测定等。其优点是产品纯净，尤其可以制 得透明制品，其缺点是散热困难，易发生凝胶效应，工业上常采取分段聚合的方式。 一、目的要求 本实验通过本体聚合 MMA，掌握和了解有机玻璃的制造和操作技术，了解本体聚合技 术的特点，并测定制品的透光率。 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”，即在聚合过程中，当转化率达到 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。 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。 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、仪器和试剂 玻璃片、三口烧瓶、搅拌器、球形冷凝管、双光束紫外可见分光光度计、MMA、过氧 化二苯甲酰(BPO)。 四、实验步骤 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)聚合；(5)脱模。 1．制模 取三块 40mm×70mm 硅玻璃片洗净并干燥。把三块玻璃片重叠，并将中间一块纵向抽 出约 30mm．其余三断面用透明胶带封牢(两侧先封住下半部，抽出中间玻璃再封上半部)。 将中间玻璃抽出，制得简易模型作灌浆用。 2．预聚合 用量筒在三口烧瓶中加入 30ml MMA、再加入 0.05g BPO，轻轻摇动至完全溶解（以免 爆聚），搅拌下于 85~90℃水浴中加热预聚合，观察反应的粘度变化至形成粘性薄浆(似甘油 状或稍粘些,有挂壁现象)，反应需 0.5~1h，迅速停加热，趁热倒入模具（三口烧瓶一侧插入 回流冷凝管，开口）。 3．灌浆 粘液慢慢灌入模具中、垂直放置 10min 赶出气泡（有气泡蹲几下），然后将模口包装密 封

4.聚合 将灌浆后的模具在40-50℃的烘箱内进行低温聚合10-12h,当模具内聚合物基本成为固 体时升温到95-100℃，保持1.5-2h。 5.脱核 将模具缓慢冷却到50一60℃。撬开硅玻璃片，得到有机玻璃板。 (用水洗三口烧瓶，有沉淀或膜勾出来，废液倒入废液桶，烧瓶干燥备用：聚四氟乙烯缠 回流冷凝管，乙酸乙烯酯洗烧瓶，通风厨加MMA) 胜：有机玻璃透光率的测定： 聚甲基丙烯酸甲酯具有优异的光学性能，其透光率可达91%，折光率为1,49，高度透明 洁净。 利用双光束紫外可见分光光度计，测定产品的透光率 桌面的软 速打开电整、光氧将武连为波长0为可灵光这部分海我 率高，400nm以下为紫外光)： 3.参比物为空气，产品立在外面的槽桔上贴一块胶带，帮着立住： 4.结束：文件.导出.xs格式.桌面.文件夹.名单：邮箱发送，打印： 五、结果与讨论 本实验的关键在于预聚合.因为“凝胶效应”会产生大量的热。如果排除不及时、会发 生爆聚，产生大量气泡。如果预聚合反应进行得不够.则在灌浆后体积收缩严重，也会出现 气泡或空洞，影响产品质量。 为了产品脱慎方便、可在硅玻璃片表面涂一层硅油，但量一定要少，否则影响产品的透 光度。 思考题 1,MMA的本体聚合有何特点？制造有机玻脑的步骤有哪些？ 2.本体聚合工艺中的关健是什么？采用什么措施来解决这些问题？

4．聚合 将灌浆后的模具在 40~50℃的烘箱内进行低温聚合 10~12h，当模具内聚合物基本成为固 体时升温到 95~100℃，保持 1.5~2h。 5．脱模 将模具缓慢冷却到 50～60℃。撬开硅玻璃片，得到有机玻璃板。 (用水洗三口烧瓶，有沉淀或膜勾出来，废液倒入废液桶，烧瓶干燥备用;聚四氟乙烯缠 回流冷凝管，乙酸乙烯酯洗烧瓶，通风厨加 MMA) 附：有机玻璃透光率的测定： 聚甲基丙烯酸甲酯具有优异的光学性能，其透光率可达 91%，折光率为 1.49，高度透明 洁净。 利用双光束紫外可见分光光度计，测定产品的透光率。 1. 打开电脑、光度计，桌面的软件； 2.选择：测量、参数设置，格式选为 T%，波长 800nm (400-800nm 为可见光-这部分透光 率高，400nm 以下为紫外光)； 3. 参比物为空气，产品立在外面的槽-槽上贴一块胶带，帮着立住； 4. 结束：文件-导出-xls 格式-桌面-文件夹-名单；邮箱发送，打印； 五、结果与讨论 本实验的关键在于预聚合．因为“凝胶效应”会产生大量的热．如果排除不及时、会发 生爆聚，产生大量气泡。如果预聚合反应进行得不够．则在灌浆后体积收缩严重，也会出现 气泡或空洞，影响产品质量。 为了产品脱模方便、可在硅玻璃片表面涂一层硅油，但量一定要少，否则影响产品的透 光度。 思考题 1．MMA 的本体聚合有何特点？制造有机玻璃的步骤有哪些？ 2．本体聚合工艺中的关键是什么?采用什么措施来解决这些问题?