有机玻璃板的制备(二)及其本体聚合速率的定性观测.docVIP

有机玻璃般的制备（二）及MMA本体聚合速率的定性观测 【摘要】 本实验以BPO为引发剂，采用两步合成法制备有机玻璃板。另通过改变引发剂的量、改变温度、加入阻聚剂、改变气氛（是否通O2）等方法探究这些因素对MMA本体聚合速率的影响。 【关键词】甲基丙烯酸甲酯 有机玻璃 过氧化苯甲酰 本体聚合速率 阻聚剂 气氛 温度 【引言】 1、本体聚合 本体聚合是不加其它介质，只有单体本身在引发剂或光、热等作用下进行的聚合反应。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，体系粘度增加，聚合热难以散发，易造成体系局部过热，使聚合物分子量分布变宽，从而影响产品的力学性能和透明度。为克服这一缺点，一般采用两段聚合：第一阶段高温预聚合，保持较低转化率，体系粘度较低，散热尚无困难，在较大的反应器中进行。第二阶段，转化率和粘度较大，所以在低温下进一步聚合较长时间，最后升温使单体完全聚合。 反应式 本体聚合速率影响因素 [M]和[I]分别为单体和引发剂浓度，C为常数。 Ea=85KJ/mol，温度升高，聚合速率增加。 【实验内容】 实验试剂和仪器 实验试剂：纯化过的甲基丙烯酸甲酯（MMA）、纯化过的过氧化苯甲酰（BPO），对苯二酚 实验仪器：水浴装置，磁力搅拌器，250mL锥形瓶，两块干净干燥玻璃板，聚四氟乙烯板，牛皮纸，白纸，烘箱，6支聚合管，水泵 实验步骤 制版： 将聚四氟乙烯板垫在两块玻璃板之间，先在边上糊上一层白纸（预留注料口），烘箱中烘干，再糊一层白纸，烘干，糊一层牛皮纸，烘干，备用。 预聚： 在干净干燥的锥形瓶中加入MMA60mL、BPO60mg，在90℃水浴中反应至液体粘度合适。 成型： 将预聚物缓缓注入模板中，灌满后垂直放置（注意排泡），将注料口用牛皮纸封上。 速率的定性观测： 按下表在6支聚合管中加料，设置反应温度，控制反应条件，观测并比较聚合速率的变化。 编号 1 2 3 4 5 6 MMA/mL 2 2 2 2 2 2 BPO/mg 9 9 9 9 4 20 对苯二酚/mg 0 0 4 0 0 0 N2 √ √ √ × √ √ T/℃ 65 90 65 65 65 65 【实验结果与讨论】 预聚： 反应前20min体系状态基本不变。反应20min后体系中有大量小气泡生成，溶液变粘。29min液体达到理想粘度。（20min时应该是进入了自动加速效应阶段，体系粘度迅速变大。） 成型; 预聚物注入模板之前要稍稍冷却，否则其中会有大量的气泡，注入过程中要注意排泡，动作要迅速，否则最后会成丝状扯不开。最终得到的板中间有一圈透明的带（可能是第二步聚合中散热不均造成的）。 速率的定性观测（1.2.3组为张雅婷完成；4.5.6组为黄启燊完成） 注：先加固体，再加液体，否则粉末易沾壁，影响实验探究。 开始时间 结束时间 反应时间/min 现象 1 4:26 5:40 74 达到预聚状态 2 4:26 4:45 19 达到预聚状态 3 4:26 5:25 59 溶液呈浅黄色 4 4:15 5:30 75 达到预聚状态 5 4:53 5:38 45 微聚 6 4:53 5:38 45 达到预聚状态 探究温度对聚合速率的影响 对比1、2，温度升高，聚合速率明显增加。（符合猜想） 探究阻聚剂对聚合速率的影响 对比1、3，加入阻聚剂对苯二酚后，聚合反应被抑制，3号管未进行到最后，但可预计其聚合速率较小。（符合猜想） 探究引发剂对聚合速率的影响 对比1、5、6，引发剂量增加后，聚合速率增加。（符合猜想） 探究气氛对聚合速率的影响 对比1、4，气氛对聚合速率没有明显的影响。（不符合猜想，通氧气的速率应该比通氮气的管中速率小。可能是因为两组反应未同时进行，对管中溶液聚合程度判断误差。） 【思考题】 自动加速效应是怎样产生的？对聚合反应有哪些影响？ A:聚合反应到一定程度时，高分子链增多，体系粘度变大，大分子链的扩散受到阻碍，小分子影响不大。于是链引发和链增长反应正常进行，而链的终止速率下降，导致聚合反应速率随单体转化率增加而增加的现象，即自动加速效应。 影响：聚合反应的产生大量热量，散热困难，反应难以控制，可能造成反应事故；使产品产生气泡，造成瑕疵；还会造成分子量分布很宽，产品力学性能不好。 制备有机玻璃，各阶段的温度应怎样控制，为什么？ A:预聚：高温聚合，单体转化率达到约10%-20%， 温度控制在90℃左右。（MMA的沸点为100℃-101℃，90℃减少单体挥发且反应速率较快。） 第二步聚合：温度应先控制在约40℃-50℃反应20h。（避免自加速效应，使反应平稳进行，可有效减少产品中气泡的产生，增加产品力