甲基丙烯酸甲酯的本体聚合实验讲义

指导教师：陈少军

一、实验目的

1. 了解本体聚合基本原理和特点；

2. 掌握甲基丙烯酸甲酯本体聚合的实施方法。

二、实验原理

本体聚合是指单体本身在不加溶剂及其他分散介质的情况下由微量引发剂或光、热、辐射能等引发进行的聚合反应。由于聚合体系中的其他添加物少（除引发剂外，有时会加入少量必要的链转移剂、颜料、增塑剂、防老剂等），因而所得聚合产物纯度高，特别适合于制备一些对透明性和电性能要求高的产品。

本体聚合的体系组成和反应设备是最简单的，但聚合反应却是最难控制的，这是由于本体聚合不加分散介质，聚合反应到一定阶段后，体系粘度大，易产生自动加速现象，聚合反应热也难以导出，因而反应温度难控制，易局部过热，导致反应不均匀，使产物分子量分布变宽。这在一定程度上限制了本体聚合在工业上的应用。为克服以上缺点，常采用分阶段聚合法，即工业上常称的预聚合和后聚合。

除产物纯度高外，本体聚合的另一大优点是可进行浇铸聚合，即将预聚合产物浇入模具中进行后聚合，反应完成后即可获得产品。

甲基丙烯酸甲酯（MMA）在引发剂作用下发生聚合反应，放出大量的热，致使反应体系的温度不断升高，反应速度加快造成局部过热，使单体气化或聚合体裂解，制品便会产生气泡或空心，另一方面由于甲基丙烯酸甲酯（MMA）和它的聚合体密度相差甚大（前者0.94，后者1.18），因而在聚合时产生体积收缩，如果聚合热未经有效排除，各部分反应便不一致，收缩也不均匀，因而导致裂纹和表面起皱现象发生，为避免这种现象，工业上往往采用二步法制备有机玻璃，整个过程分制模，制浆，灌浆聚合和脱模几个步骤。

在聚合反应开始前有一段诱导期，聚合率为零，体系粘度不变，在转化率超过20%以后，聚合速率显著加快，而转化率达80%以后，聚合速率显著减小，最后几乎停止，需要升高温度才能使之完全聚合。

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CH3nCH2CCOOCH3BPOCH3CH2CnCOOCH3图1甲基丙烯酸甲酯聚合反应 图2 聚合装置图

1.搅拌器；2聚四氟乙烯密封塞；3.温度计； 4.温度计套管；5冷凝管；6 三口烧瓶

三、主要仪器与试剂

1. 仪器：三口烧瓶、电动搅拌器、恒温水浴、烘箱、玻璃棒 2. 试剂：甲基丙烯酸甲酯（MMA），过氧化苯甲酰（BPO）

四、实验步骤 1. 预聚物的制备

准确称取110mg（精确到0.001mg）BPO，加入到250ml三口烧瓶中，然后加入100ml甲基丙烯酸甲酯单体，逐渐升温搅拌，溶解后在85～90C水浴中恒温加热，观察体系粘度变化，当粘度稍大于甘油粘度时，此时转化率约为10％，冷却至50C，使聚合反应缓慢进行。 2. 成型

将制得的预聚物，缓慢地倒入200ml烧杯（内涂一薄层脱膜剂）中，放入40C烘箱中，保持此温度约20h，此期间必须严格控制温度，否则温度过高，使产物出现气泡。然后升温至90～100C，保持此温度约2h取出烧杯，使其冷却至室温，观察其透明性及是否有气泡。

五、思考题

1. 制备有机玻璃时，为什么需要首先制成一定粘度的预聚物？ 2. 凝胶化作用进行完毕后，提高反应温度的目的何在？ 3. 本体聚合对单体有何要求？

注意事项：

1. 设备密闭，不要有氧气影响自由基稳定。 2. 控制粘度，粘度太高不能倒出。

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