有機(jī)玻璃的制造

1、實(shí)驗(yàn)二有機(jī)玻璃的制造一 .實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私獗倔w聚合的特點(diǎn)，掌握本體聚合的實(shí)施方法，并觀察整個(gè)聚合過(guò)程中體系粘度的變化過(guò)程。二 .實(shí)驗(yàn)原理本體聚合是不加其它介質(zhì)，只有單體本身在引發(fā)劑或光、熱等作用下進(jìn)行的聚合，又稱塊狀聚合。本體聚合的產(chǎn)物純度高、工序及后處理簡(jiǎn)單，但隨著聚合的進(jìn)行，轉(zhuǎn)化率提高，體系粘度增加，聚合熱難以散發(fā)，系統(tǒng)的散熱是關(guān)鍵。同時(shí)由于粘度增加，長(zhǎng)鏈游離基末端被包埋，擴(kuò)散困難使游離基雙基終止速率大大降低，致使聚合速率急劇增加而出現(xiàn)所謂自動(dòng)加速現(xiàn)象或凝膠效應(yīng)，這些輕則造成體系局部過(guò)熱，使聚合物分子量分布變寬，從而影響產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度；重則體系溫度失控，引起爆聚。為克服這一缺點(diǎn)，現(xiàn)一般采用兩段

2、聚合：第一階段保持較低轉(zhuǎn)化率，這一階段體系粘度較低，散熱尚無(wú)困難，可在較大的反應(yīng)器中進(jìn)行；第二階段轉(zhuǎn)化率和粘度較大，可進(jìn)行薄層聚合或在特殊設(shè)計(jì)的反應(yīng)器內(nèi)聚合。本實(shí)驗(yàn)是以甲基丙烯酯甲酯（MMA）進(jìn)行本體聚合，生產(chǎn)有機(jī)玻璃平板。聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）由于有龐大的側(cè)基存在，為無(wú)定形固體，具有高度透明性，比重小，有一定的耐沖擊強(qiáng)度與良好的低溫性能，是航空工業(yè)與光學(xué)儀器制造工業(yè)的重要原料。以MMA進(jìn)行本體聚合時(shí)為了解決散熱，避免自動(dòng)加速作用而引起的爆聚現(xiàn)象，以及單體轉(zhuǎn)化為聚合物時(shí)由于比重不同而引起的體積收縮問(wèn)題，工業(yè)上采用高溫預(yù)聚合，預(yù)聚至約10%轉(zhuǎn)化率的粘稠漿液，然后澆模，分段升溫聚合，在低溫下

3、進(jìn)一步聚合，安全渡過(guò)危險(xiǎn)期，最后脫模制得有機(jī)玻璃平板。三 .實(shí)驗(yàn)儀器及藥品儀器：儀器名稱規(guī)格數(shù)量三角瓶 50ml1 只燒杯 1000ml1 只電爐 1KW1 只變壓器 1KV1 只溫度計(jì) 100c1 支量筒50、100ml各一只10mrW70mm400ml制模玻璃 100mm:100mm2 塊另備橡皮條、玻璃紙、描圖紙、膠水、試管夾、玻璃棒若干試齊J:試劑名稱規(guī)格用量甲基丙烯酸甲酯（MMA）新鮮蒸儲(chǔ)，BP=100.5C30ml過(guò)氧化二苯甲酰（BPO）重結(jié)晶0.05g鄰苯二甲酸二丁酯（DBP）分析純2ml四 .實(shí)驗(yàn)步驟1.制模將一定規(guī)格的兩塊普通玻璃板洗凈后，烘干。用透明玻璃紙將橡皮條包好，使之

4、不外露。將包好的橡皮條放在兩塊玻璃板之間的三邊，用沾有膠水的描圖紙把玻璃板三邊封嚴(yán)，留出一邊作灌漿用。制好的模放入烘箱內(nèi)，于50c烘干。2.預(yù)聚制漿在洗凈烘干的三角瓶中，加入30mlMMA、0.05gBPO及2mlDBP,BPO完全溶解后，將三角瓶放入水浴中，逐步加熱至9092C,保溫（注意：聚合過(guò)程中，需不斷用玻璃棒攪拌，使之均勻散熱并感知漿液的粘度） ， 當(dāng)漿液粘度如甘油時(shí)， 立即取出三角瓶， 在盛冷水的燒杯中冷卻至40c左右，立即將預(yù)聚漿液注入模中，另取一條描圖紙封住模子的最后一邊。3.低溫聚合、高溫聚合將注有漿液的模子放入50c烘箱內(nèi)低溫聚合，當(dāng)成柔軟透明固體時(shí)，升溫至100c下繼續(xù)聚

5、合2h,使之反應(yīng)完全，然后再冷卻至室溫。4.脫模取出模子，將其放入水中浸泡少頃，撐開玻璃板，即得有機(jī)玻璃平板。5.爆聚可取一部分預(yù)聚漿液倒入小試管中制成有機(jī)玻璃棒材，也可取一部分預(yù)聚漿液倒入試管中仍在90c下加熱聚合，觀察自動(dòng)加速作用引起的爆聚現(xiàn)象。試管燒杯五.實(shí)驗(yàn)結(jié)果（圖1.有機(jī)玻璃成品）成品的邊緣部分有氣泡，漿液溫度分布不均導(dǎo)致MMA單體部分汽化；由于粘膠帶時(shí)沒(méi)有把邊緣部分弄平坦，比較毛；中間部分效果很好。六.思考題6.在合成有機(jī)玻璃板時(shí)，采用預(yù)聚制漿的目的何在？答：用預(yù)聚制漿，是為了解決MMA在進(jìn)行本體聚合時(shí)的散熱問(wèn)題，避免自動(dòng)加速作用而引起的爆聚現(xiàn)象，以及單體轉(zhuǎn)化為聚合物時(shí)由于比重不同

6、而引起的體積收縮等問(wèn)題。7.經(jīng)聚合后的漿液為何要在低溫下聚合，然后再升溫？試用游離基聚合機(jī)理解釋之。答：在預(yù)聚漿液中，體系的粘度小，自由基的濃度高，容易雙基終止。在低溫下，自由基的活性較低，體系粘度小，散熱也較容易，隨著反應(yīng)進(jìn)行，粘度增加，長(zhǎng)鏈游離基末端被包埋，擴(kuò)散困難使游離基雙基終止速率大大降低，此時(shí)可以增加溫度來(lái)提高聚合速率。8.MMA單體比重為940kg/m3,聚合物比重為1190kg/m3,計(jì)算聚合后體積收縮百分率。答：體積收縮百分率=（1-940/1190）*100%=21%9.若要制得厚5mm,長(zhǎng)20cm,寬15cm的有機(jī)玻璃平板，計(jì)算所需的單體量。答:聚合物體積=0.5*20*15=150cm3再根據(jù)質(zhì)量守恒：V單體J