有机玻璃板的制备(二)及其本体聚合速率的定性观测228.pdf

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1、 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）等方法探究这些因素对 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】、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

2、：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 和分别为单体和引发剂浓度，为常数。，温度升高，聚合速率增加。【实验内容】一、实验试剂和仪器 实验试剂：纯化过的甲基丙烯酸甲酯（）、纯化过的过氧化苯甲酰（），对苯 二酚 实验仪器：水浴装置，磁力搅拌器，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，支聚合管，水泵二、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，

3、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、，在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 对苯二酚 【实验结果与讨论】预聚：反应前体系状态基本不变。反应 后体系中有大量小气泡生成，溶液变粘。液体达到理想粘度。（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

4、能是第二步聚合中散热不均造成的）。速率的定性观测（组为张雅婷完成；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 反应时间现象 达到预聚状态 达到预聚状态 溶液呈浅黄色 达到预聚状态 微聚 达到预聚状态 探究温度对聚合速率的影响 对比、，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、，加入阻聚剂对苯二酚后，聚合反应被抑制，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、，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、，气氛对聚合速率没有明显的影响。（不符合

5、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 ，

6、温度控制在 左右。（的沸点为，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 反应。（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，增加产品力学性能。）然后在中保温这时单体浓度很低，反应速率很慢，不会产生自动加速效应，所以调高温至接近单体的沸点，使单体完全聚合。用偶氮二异丁腈作为引发剂制备有机玻璃，为什么厚度越大，加入引发剂量越少？A:引发过程中会分解产生氮气。玻璃板厚度越大，引发过程中产生的氮气越难逃离体系。且由自由基聚合的动力学链长与单体及引发剂浓度之间的关系 可知引发剂浓度越大，所得产物动力学链长越小，越难形成高聚物。所以厚度越大，加入 的引发剂量越少。预聚结束

7、后，为什么补加过氧化二碳酸环辛酯而不是过氧化苯甲酰？A:第二步聚合反应要避免自动加速效应产生，所以选用活化能高，活性相对较低的过氧化 二碳酸环辛酯来做引发剂。根据实验结果定性说明上述反应条件对聚合速率的影响。A 温度越高，聚合速率越快；引发剂浓度越大，聚合速率越快；加入阻聚剂，聚合速率减 缓；加入氧气，聚合速率减缓。氧气的存在是否对聚合反应都不利？为什么？A:不是。在本实验中，氧气会与体系中活泼自由基反应，降低自由基浓度，阻碍反应进行，相当于阻聚剂。但不是所有条件下氧气都对聚合反应不利。一定条件下，氧气与体系反应产 生的过氧自由基可分解成活泼自由基，起引发作用。例：工业上高压聚乙烯 （低密度聚乙烯）就是用氧气形成的过氧自由基来引发乙烯单体的聚合。【参考资料】何卫东 高分子化学实验 中国科学技术大学出版社 年月第一次印刷 潘才元 高分子化学 中国科学技术大学出版社 年月第五次印刷 百度百科