高分子化学与物理实验报告
实验二 甲基丙烯酸甲酯的本体聚合
甲基丙烯酸甲酯的本体聚合
一:实验目的
1: 了解甲基丙烯酸甲酯的自由基聚合原理。
2：掌握本体聚合的方法。
3：熟悉有机玻璃的制备及成型方法。
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，易发生暴聚现象。为了克服以上缺点，常采用分段聚合法，即预聚合和后聚合。
甲基丙烯酸甲酯的本体聚合是自由基聚合，又可进行阴离子聚合。本实验是 自由基聚合属连锁反应，一般有三个基元反应：链引发、链增长、链终止（有时还会出线链转移）反应。
链引发： R·+M——RM·
链增长： RM·+M——RMM·+M——RMMM·——···——~~M·
链终止： ~~M·+~~M·——‘死’聚合物
本实验的特点是：开始前有一段诱导期，聚合速率为零，体系无粘度变化，在转化率超过20%后，聚合速率显著增加，出现自动加速效应。而转化率达到80%后，聚合速率显著减小，最后几乎停止聚合，需要升高温度才使聚合反应完全，为避免出现自动加速效应，可通过冷却降温与控制粘度的方法，在预聚时控制温度在80~90℃时以适应在较低温度下聚合。
三：实验仪器、试剂及装置
主要仪器设备：试管 三颈瓶 冷凝管 恒温水浴 搅拌器
试剂：甲基丙烯酸甲酯 过氧化二碳酸环己酯 偶氮二异丁腈
四：实验步骤及现象
五:实验思考题
1：MMA的本体聚合“凝胶效应”的产生原因？有何特点？制造有机玻璃的步骤有哪些？
答：由于随着聚合反应的进行，物料的粘度增大，活性增长链移动困难，致使其相互碰撞而产生的链终止下降。特点是在聚合过程中，当转化率达到10％～20％时，聚合速率突然加快，物料的粘度骤然上升，以致发生局部过热现象。制造有机玻璃的大体步骤是：预聚—聚合—高温退火处理。
2：在制备有机玻璃的过程中，为什么要进行预聚合？
答：一是缩短聚合反应的诱导期并使凝胶效应提前到来，以便在灌模前移出较多的聚合热，以利于保证产品质量；二是可以减少聚合是的体积收缩，因MMA由单体变成聚合体体积要缩少20％－22％，通过预聚合可以使收缩率小于12％，另外浆液黏度大，可减少灌模时的渗漏损失。
3：在第二阶段的反应聚合过程中，如果不严格控制反应温度，会导致什么结果？为什么？
答：温度太高聚合过快，来不及散热，造成热点，将影响到分子量的分布和强度。此外，温度过高易产生气泡。
4.铸板聚合也可不进行预聚合而达到同样的效果，请考虑可采取什么工艺条件？
答：单体的预聚是在约90摄氏度下制得粘度约为1Pa·s的聚合物－单体溶液，可以将聚合物溶解于单体中制得相似粘度的溶液，可以实现不进行预聚合而达到同样的效果。
第二篇：甲基丙烯酸甲酯本体聚合
高分子化学实验：甲基丙烯酸甲酯的本体聚合
一、实验目的
了解甲基丙烯酸甲酯的自由基聚合原理，掌握本体聚合的方法；熟悉有机玻璃的制备及成型方法。
二、基本原理
本体聚合是烯类单体在没有介质的情况下，单体本身在引发剂或催化剂等作用下进行的聚合，而自由基聚合可以通过本体聚合实现。本体聚合的特点是产物纯净，尤其可以得到透明制品，所需设备简单。甲基丙烯酸甲酯（MMA）通过本体聚合方法可以制得有机玻璃。聚甲基丙烯酸甲酯由于有庞大的侧基存在，为无定形固体，其最突出的性能具有高度的透明性，其比重小，故制品比同体积无机玻璃制品轻巧得多。同时又具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。聚甲基丙烯酸甲酯表面光滑，在一定的弯曲限度内，光线可在其内部传导而不逸出，故外科手术中利用它把光线输送到口腔喉部作照明。聚甲基丙烯酸甲酯的电性能优良，是很好的绝缘材料。
甲基丙烯酸甲酯在过氧化苯甲酰引发剂存在下进行如下聚合反应：
由于甲基丙烯酸甲酯单体比重只有0.94g/cm3，而聚合物比重为1.17 g/cm3，故有较大的体积收缩。
三、仪器和试剂
主要仪器设备： 试管 四颈瓶 冷凝管 恒温水浴 搅拌器
四、实验步骤
称取16ml甲基丙烯酸甲酯，并用玻璃纸准确称取0.3g（占单体量0.2%）的过氧化苯甲酰，混合放进锥形瓶中，装上回流冷凝管，以水浴加热保持85～90℃。注意引发剂是否全部分解完全，观察现象，看有无气泡产生。经15～20min后，体系稍有粘稠状时，换冷水浴冷却到40℃左右。将反应物倒入预先洗净烘干的小试管中，密封试管口，移入40～50℃烘箱中放置2～3天。到固化阶段后，再在115℃士5℃处理1h，使聚合达到完全，冷却后脱模。
五、注意事项
MMA在本体聚合中的突出特点是有“凝胶效应”，即在聚合过程中，当转化率达到10％～20％时，聚合速率突然加快，物料的粘度骤然上升，以致发生局部过热现象。其原因是由于随着聚合反应的进行，物料的粘度增大，活性增长链移动困难，致使其相互碰撞而产生的链终止下降；相反，单体分子扩散作用不受影响，因此活性链与单体分子结合进行链增长的速率不变，总的结果是聚合总速率增加，以致发生爆发性聚合，即“爆聚”现象。
六、讨论与思考
1．MMA的本体聚合“凝胶效应”的产生原因？有何特点？制造有机玻璃的步骤有哪些？
2．本体聚合工艺中的关键是什么？采用什么措施来解决这些问题？
高分子物理实验：粘度法测定聚合物的分子量
一、 实验目的
掌握用乌氏粘度计测定高分子溶液粘度的方法并计算粘均分子量Mη。
二、 实验原理
高分子溶液具有比纯溶剂高得多的粘度，其粘度大小与高聚物分子的大小、形状、溶剂性质以及溶液运动时大分子的取向等因素有关。因此，利用高分子粘度法测定高聚物的分子量基于以下经验式：
Mark经验式：
式中：[η]－特性粘数
M－粘均分子量
K－比例常数
α－与分子形状有关的经验参数
K和α值与温度、聚合物、溶剂性质有关，也和分子量大小有关。K值受温度的影响较明显，而α值主要取决于高分子线团在某温度下，某溶剂中舒展的程度，其数值介于0.5～1之间。K与α的数值可通过其它绝对方法确定，例如渗透压法、光散射法等，从粘度法只能测定得［η］。
粘度除与分子量有密切关系外，对溶液浓度也有很大的依赖性，故实验中首先要消除浓度对粘度的影响，常以如下两个经验公式表达粘度对浓度的依赖关系：
式中：
－相对粘度
－增比粘度
/
－比浓粘度
－溶液浓度
－均为常数
（10-4）
式中：
－溶液流出时间
－纯溶剂流出时间
显然
即是聚合物溶液的特性粘数，和浓度无关，由此可知，若以
和
分别对作图，则它们外推到
的截距应重合于一点，其值等于。
图10-1 外推法求值
三、仪器和试剂
试剂：聚苯乙烯，甲苯
仪器：乌氏粘度计
四、实验步骤
1． 玻璃仪器的洗涤：粘度计先用经砂芯漏斗滤过的水洗涤，把粘度计毛细管上端小球存在的中沙粒等杂质冲掉。抽气下，将粘度计吹干，再用新鲜温热的洗液滤入粘度计，满后用小烧杯盖好，防止尘粒落入。浸泡约2ｈ后倒出，用自来水（滤过）洗净，经蒸馏水（滤过）冲洗几次，倒挂干燥后待用。其他如容量瓶等也须经无尘洗净干燥。
2．
测定溶剂流出时间：将恒温槽调节至〔25(或30)±0.1〕℃。在粘度计B、C管上小心地接上医用橡皮管，用铁夹夹好粘度计，放入恒温水槽，使毛细管垂直于水面，使水面浸没ａ线上方的球。用移液管从A管注入10mL溶剂（滤过）恒温10min后，用夹子夹住C管橡皮管使不通气，而将接在B管的橡皮管用注射器抽气，使溶剂吸至ａ线上方的球一半时停止抽气。先把注射器拔下，而后放开C管的夹子，空气进入ｂ球下面的小球，使毛细管内溶剂和A管下端的球分开。这时水平地注视液面的下降，用停表记下液面流a 线和ｂ线的时间，此即为t
0。重复3次以上，误差不超过0.2ｓ。取其平均值作为t
0。然后将溶剂倒出，粘度计烘干。
3． 溶液的配制：称取聚苯乙烯0.2-0.3g（准确至0.1mg），小心倒入25mL容量瓶中，加入约20mL丙酮，使其全部溶解。溶解后稍稍摇动，置恒温温水槽中恒温，用甲苯稀释到刻度，再经砂芯漏斗滤入另一支25mL无尘干净的容量瓶中，它和无尘的纯甲苯（100mL容量瓶）同时放入恒温水槽，待用。
4． 溶液流出时间的测定：用移液管吸取10mL溶液注入粘度计，粘度测定如前。测得溶液流出时间t1。然后再移入5mL溶剂，这时粘度计内的溶液浓度是原来的2/3，将它混合均匀，并把溶液吸至a线上方的球一半，洗两次，再用同法测定t2。同样操作，再加入5mL、10mL、10mL溶剂，分别测定t3、t4、t5，填入表1
试样__________________；溶剂_________________；浓度________________；
粘度计号码_________________；恒温___________________
表10-1 实验数据纪录
五、数据处理（外推法）
为作图方便，设溶液初始浓度为C0，真实浓度
，依次加入5mL、5mL、10mL、10mL溶剂稀释后的相对浓度各为2/3、1/2、1/3、1/4（以
表示）计算、
、
、、
填入表10－1内。对－（或－）作图，外推得到截距A，那么特性粘数＝截距A/初始浓度
已知 ，式中K和α值，查高聚物的特性粘数－分子量关系参数表可得；那么可求出
。