1．实验目的

1) 熟悉本体聚合的基本原理、具体操作、基本配方和特点。

2) 掌握有机玻璃的制备方法及其工艺过程。

3)了解有机玻璃的性质和用途。

2．实验原理

本体聚合是指单体在不加溶剂及其他分散介质，仅在少量的引发剂存在下或者直接在热、光和辐射作用下进行的聚合反应。本体聚合具有产品纯度高、无须后处理、设备简单、无须溶剂回收和环保等优点，可直接聚合成各种规格的型材并使用。但是，由于本体聚合不加分散介质，聚合反应到一定程度后，体系豁度很大，容易引起自加速效应，聚合热难以排出，反应温度难控制，容易产生爆聚现象。本体聚合存在的最大困难是如何能够在较快的聚合反应速率条件下解决散热的问题，一般工业生产中，采用分段聚合来控制聚合热和散热问题，进而控制聚合反应过程。在实验室中，实施本体聚合的容器可以选择试管、玻璃安瓶、封管、玻璃膨胀计、玻璃烧瓶、特定的聚合模等。除了玻璃烧瓶可以采用电动搅拌外，其余均可不用搅拌而置于恒温水浴或烘箱中即可。需要注意的是，如果没有采用搅拌装置，聚合以前则必须将单体和引发剂充分混合均匀。此外，如果聚合反应温度过高，则往往会在聚合物内部产生气泡，因此通常都是在较低的温度条件下聚合较长时间。

聚甲基丙烯酸甲酯，俗称有机玻璃，通过本体聚合方法可以制得。聚甲基丙烯酸甲酯由于有庞大的侧基存在，为非晶态固体。聚甲基丙烯酸甲酯具有高度的透明性，密度小，其制品比同体积无机玻璃制品轻巧得多。同时聚甲基丙烯酸甲酯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。聚甲基丙烯酸甲酯的电性能优良，是很好的绝缘材料。利用有机玻璃在一定限度内的可弯曲性、高度透明性以及高的折射率，可被用作光缆使用，如外科手术中利用它把光线输送到口腔喉部作照明之用。有机玻璃的最大缺点是耐候性差、表面易磨损，可采用与其他单体共聚或与其他聚合物共混来克服这些缺点。甲基丙烯酸甲酯在引发剂引发下，是按自由基聚合反应的历程进行聚合反应的；引发剂通常为偶氮二异丁腈(AIBN）或过氧化二苯甲酰(BPO)。

此外，甲基丙烯酸甲酯单体密度只有0. 94g/cm3，而其聚合物密度为1.17g/cm3，所以在聚合过程中会有较大的体积收缩。为了避免体积收缩和解决本体聚合散热问题，工业生产中往往采用两步法制备有机玻璃。在引发剂引发下，甲基丙烯酸甲酯聚合初期反应平稳，当转化率达到20％左右后，聚合体系黏度增加，链自由基链段运动受阻，活性端基甚至可能被包埋，双基终止变得困难，自由基寿命延长，导致聚合反应速率显著加快，出现自加速现象；同时自动加速现象还会使甲基丙烯酸甲酯在聚合时突然放出大量热，聚合反应速率进一步增加，如果聚合热来不及转移扩散，最终会导致爆聚现象，造成聚合物产生大量气泡而影响产品质量。因此，为了制备无气泡和质量优良的有机玻璃，以及有效控制自动加速效应，应分阶段聚合。在较高的温度下，当转化率达到20％时应迅速停止预聚反应，然后降瘟，将聚合浆液转移到模具中，使之低温反应较长时间。当转化率达到90％以上时，聚合物已基本成型，可以升温使单体完全聚合。另外，进行预聚合，还可解决夹板式磨具中聚合制备平板玻璃的漏液问题。

3．仪器和药品

(1）仪器

三口烧瓶（100m1/19mm, 14mm, 14mm）一只；14＃磨口塞一个；14#橡皮塞一个（打孔）；温度计（l00℃）一支；恒温水浴槽一台；硅胶干燥器一台；加热套（250ml）一个；
温控装置一套；电动搅拌装置一套；试管及配套橡皮塞各两只；橡皮膏若干；木夹子一个。

(2）药品

甲基丙烯酸甲酯（已去除阻聚剂）60g；偶氮二异丁腈(AIBN) 0.04g;硬脂酸0. 4g。

4．实验步骤

(1) 预聚体制备

1) 准确称取0. 04g偶氮二异丁腈和60g甲基丙烯酸甲酯于100m1三口烧瓶中，摇晃使其溶解后，装上机械搅拌装置，升温至80℃，在恒温水浴中保温反应0.5-1h，反应温度不超过85℃。

2）仔细观察聚合体系的黏度变化。如果预聚物变成黏性薄浆状或者有较多气泡产生，应撤去恒温水浴，立即加入0. 5g硬脂酸，置于冷水浴中并搅拌使其溶解。

(2）有机玻璃棒材的制备

1) 仔细洗干净试管，置于120℃烘箱中干燥1h，取出后放入硅胶干燥器中冷却。

2）待预聚物未冷却到室温前（一般低于60℃即可），灌入事先准备好的试管中，排出气泡，塞上橡皮塞，然后用橡皮膏将其密封好，放入60℃水浴中恒温3h;然后升温至70℃恒温2h；最后升温至95℃恒温2h。

3）取出试管，冷却后将试管砸碎，得到一透明光滑的有机玻璃棒。

5．数据记录及结果分析

观察并记录预聚合过程中，聚合体系的戮度随时间的变化。描述制备的有机玻璃棒的外观性状，并分析制品产生缺陷的原因。

6．注意事项

1) 单体预聚合时间不可过长，反应物稍变豁稠即可停止反应，并迅速用冷水冷却。

2）用作模具的试管应尽可能洗干净，并彻底烘干，否则聚合中易产生气泡。

3) 聚合时，试管中聚合液体液面要低于恒温水浴的水面。

4) 聚合反应结束后，应自然降温至40℃以下，然后将试管砸碎，取出聚合物。