甲基丙烯酸甲酯的本体聚合
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高分子化学实验报告
甲基丙烯酸甲酯的本体聚合
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一、实验目的
（1）掌握本体聚合的原理、优缺点； （2）熟悉本体聚合制备有机玻璃的方法； （3）了解有机玻璃工业生产上的部分操作工艺。
二、实验原理
自由基聚合的基本机理
自由基聚合时引发剂 I 先形成活性种R•， R•打开单体 M 的π键，与之加成，形成单体活性种，而后进一步不断与单体加成，促使链增长。最后，增长着的活性链失去活性，链终止。
本体聚合生产工艺
本体聚合——在不用其它反应介质情况下，单体中加有少量或不加引发剂发生聚合的方法。
均相本体聚合——生成的聚合物溶于单体（如苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯）。
非均相本体聚合——生成的聚合物不溶解在单体中，沉淀出来成为新的一相（如氯乙烯）。 有机玻璃的分段聚合 链引发：
C6H5
CC6H5
CO+CH2
OOCC6H5
33
2C6H5
CO
.
.
3
6H5
CCH2
.
3
链增长：
CH3
C6H5
CH2
.
CH3
+CH2
3
~CH2
CH3CH23
CH3
CH23
CH3.
33
链终止：
CH3
3
~CH2
3
CH2~
~CH2~CH2
CH3CH2~
.
+
.3333+CH~
33
33
采用两段聚合：即先在较低温度下预聚合，转化率控制在10～30％，
此时体系粘度较低，尚可散热，可在较大搅拌釜中进行聚合。然后，浇成薄板，由低温至高温进一步进行后聚合。
第一阶段（预聚）较低转化率（10％～40％），可在较大的釜中进行。将MMA、引发剂、增塑剂、脱模剂在80－90℃下预聚成透明的粘性液体。
第二阶段，以较慢速率进行，或进行薄层（如板状）聚合。将浆液浇注入两块平板玻璃的模型，在40℃左右缓慢聚合一段时间后，逐步升温，最后在100～110℃使聚合反应完全，降温脱模得平板有机玻璃。
三、实验药品及仪器
药品：0.5gBPO、10.6mlMMA;
仪器：恒温水浴锅、磨口小锥形瓶、具塞离心管、天平、量筒。
四、实验步骤、现象及分析
五、实验结果如图
六、实验分析讨论及思考
1、本体聚合优缺点的讨论分析。 主要优点：
(1) 本体聚合是四种方法中最简单的方法，无反应介质，产物纯净，
适合制造透明性好的板材和型材。
(2) 后处理过程简单，可以省去复杂的分离回收等操作过程，生产工
艺简单，流程短，所以生产设备也少，是一种经济的聚合方法。 (3) 反应器有效反应容积大，生产能力大，易于连续化，生产成本比
较低。
主要缺点： 1、
放热量大，反应热排除困难，不易保持一定的反应温度。因此
由于自动加速现象，会产生局部过热，小分子汽化产生气泡，甚至温度失控，发生爆聚。 2、
单体是气或液态，易流动。聚合反应发生以后，生成的聚合物
如溶于单体则形成粘稠溶液，聚合程度越深入，物料越粘稠，甚至在常温下会成为固体。
本体聚合工艺中采用的一部分解决方法
加入一定量的专用引发剂调节反应速率；采用较低的反应温度，使放热缓和；反应到一定转化率，粘度不高时就分离聚合物；分段聚合，控制转化率和“自动加速效应”； 完善搅拌器和传热系统,强化聚合设备的传热；采用“冷凝态”进料及“超冷凝态”进料；加入少量内润滑剂改善流动性。
2、自由基本体聚合为何会产生爆聚，如何解决？
答：①、双基终止是自由基本体聚合链终止的主要方式。随着反应的进行，反应转化率逐渐增大，大分子增多，溶液逐渐变得粘稠，链自由基转移受到抑制。链自由基的双基终止过程可分为三步：链自由基质心的平移；链段重排，使活性中心靠近；双基发生反应而链终止。其中链段重排是控制步骤，体系粘度是影响的主要因素。体系粘度随转化率提高后，链段重排受阻，活性端基甚至被包埋，双基终止困难。与此同时，单体的转移几乎不受影响，因此链增长继续，故而产生自动加速现象，在局部过热处发生爆聚。
②、为了防止爆聚，一般多采用两段聚合：第一阶段保持较低转化率，10%~35%不等，粘度较低，可在普通反应釜中进行；第二阶段转化率粘度较高，则在特殊设计的反应器内聚合。
3、加热的过程中为什么要不时的轻轻摇晃三角烧瓶，又不能剧烈？ 答：轻轻摇晃是为了将聚合物尽量分散，以达到散热均匀的目的，但摇晃剧烈的话，会使一部分的氧气进入反应液中，它可以起到引发剂和阻聚剂的作用，会影响聚合物的纯度。
4、在本体聚合反应过程中，为什么必须严格控制不同阶段的反应温度？
答：在本体聚合的各个阶段，体系对温度的要求不同，因此要严格控制不同阶段的温度。预聚及高温后处理阶段一般要求较高的温度，因为此时不会出现自动加速现象，所以提高反应速率为主要目的；而在聚合阶段，由于体系粘度增大，热量难于散出，易出现暴聚，所以要在较低的温度下进行聚合，使体系及时散热，才能保证最终产品的质量。