本体聚合——有机玻璃的制造
2006-10-25 20:26阅读:
|
本体聚合——有机玻璃的制造
|
1. 实验目的
了解本体聚合的特点,掌握本体聚合的实施方法,并观察整个聚合过程中体系粘度的变化过程。
2. 实验原理
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,又称块状聚合。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,转化率提高,体系粘度增加,聚合热难以散发,系统的散热是关键。同时由于粘度增加,长链游离基末端被包埋,扩散困难使游离基双基终止速率大大降低,致使聚合速率急剧增加而出现所谓自动加速现象或凝胶效应,这些轻则造成体系局部过热,使聚合物分子量分布变宽,从而影响产品的机械强度;重则体系温度失控,引起爆聚。为克服这一缺点,现一般采用两段聚合:第一阶段保持较低转化率,这一阶段体系粘度较低,散热尚无困难,可在较大的反应器中进行;第二阶段转化率和粘度较大,可进行薄层聚合或在特殊设计的反应器内聚合。
本实验是以甲基丙烯酯甲酯(MMA)进行本体聚合,生产有机玻璃平板。聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)由于有庞大的侧基存在,为无定形固体,具有高度透明性,比重小,有一定的耐冲击强度与良好的低温性能,是航空工业与光学仪器制造工业的重要原料。以
MMA
进行本体聚合时为了解决散热,避免自动加速作用而引起的爆聚现象,以及单体转化为聚合物时由于比重不同而引起的体积收缩问题,工业上采用高温预聚合,预聚至约
10% 转化率的粘稠浆液,然后浇模,分段升温聚合,在低温下进一步聚合,安全渡过危险期,最后脱模制得有机玻璃平板。
|
|
TRONG>3. 实验仪器及药品
1) 仪器:
三角瓶
|
50ml
|
1 只
|
烧杯
|
1000ml
|
1 只
|
电炉
|
1KW
|
1 只
|
变压器
|
1KV
|
1 只
|
温度计
|
100 ℃
|
1 支
|
量筒
|
50、100ml
|
各1 只
|
试管
|
10mm×70mm
|
1 支
|
烧杯
|
400 ml
|
1 只
|
制模玻璃
|
100mm×100mm
|
2 块
|
橡皮条
|
3mm×15mm×80mm
|
3 根
|
另备玻璃纸、描图纸、胶水、试管夹、玻璃棒
若干
|
2) 药品:
甲基丙烯酸甲酯(MMA)
|
新鲜蒸馏
|
30ml,BP=100.5℃
|
过氧化二苯甲酰(BPO)
|
重结晶
|
0.05g
|
邻苯二甲酸二丁酯(DBP)
|
分析纯(CP)
|
2ml
|
4. 实验步骤
1) 制模
将一定规格的两块普通玻璃板洗净烘干。用透明玻璃纸将橡皮条包好,使之不外露。将包好的橡皮条放在两块玻璃板之间的三边,用沾有胶水的描图纸把玻璃板三边封严,留出一边作灌浆用。制好的模放入烘箱内,于50℃烘干。
2) 预聚制浆
在洗净烘干的三角瓶中,加入30ml MMA、0.05g BPO及2ml
DBP,BPO完全溶解后,将三角瓶放入水浴中,逐步加热至90~92℃,保温(注意:聚合过程中,需不断用玻璃棒搅拌,使之均匀散热并感知浆液的粘度),当浆液粘度如甘油时,立即取出三角瓶,在盛冷水的烧杯中冷却至40℃左右,立即将预聚浆液注入模中,另取一条描图纸封住模子的最后一边。
3) 低温聚合、高温聚合
将注有浆液的模子放入50℃烘箱内低温聚合,当成柔软透明固体时,升温至100℃下继续聚合2h,使之反应完全,然后再冷却至室温。
4) 脱模
取出模子,将其放入水中浸泡少顷,撑开玻璃板,即得有机玻璃平板。
5) 爆聚
可取一部分预聚浆液倒入小试管中制成有机玻璃棒材,也可取一部分预聚浆液倒入试管中仍在90℃下加热聚合,观察自动加速作用引起的爆聚现象。
5. 思考题
1) 在合成有机玻璃板时,采用预聚制浆的目的何在?
2) 经聚合后的浆液为何要在低温下聚合,然后再升温?试用游离基聚合机理解释之。
3) MMA单体比重为940 kg/m
3,聚合物比重为1190 kg/m
3
,计算聚合后体积的收缩百分率。
4) 若要制得厚5mm,长20cm,宽15cm 的有机玻璃平板,计算所需的单体量。
5) 在制造有机玻璃平板时,加入少量DBP,DBP起什么作用?
6. 参考资料
1) 上海珊瑚化工厂编,《有机玻璃》,P196,上海人民出版社,1975。
2) 《高分子材料制造实验法》,第七章本体聚合,日本朝仓书店。