聚甲基丙烯酸甲酯鑄板聚合實驗的改進

張艷紅　孫立國　趙冬梅

摘要：聚甲基丙烯酸甲酯鑄板聚合實驗將已經成熟的共聚改性的方法引入到教學實踐中，研究了向共聚改性得到的預聚物中加入顏料。本文將聚甲基丙烯酸甲酯共聚改性引進實驗教學，填補了共聚改性實驗空白。

關鍵詞：聚甲基丙烯酸甲酯；鑄板聚合實驗；改進

中圖分類號：G645 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）07-0240-02

大多數高校為高分子材料與工程及其相關專業并未涉及到聚甲基丙烯酸甲酯的共聚改性。本研究對經典的甲基丙烯酸甲酯的鑄板聚合實驗進行了改進，既包括聚甲基丙烯酸甲酯的共聚過程，又包含共聚物性能測試和表征。

一、實驗原理

甲基丙烯酸甲酯單體、甲基丙烯酸甲酯和共聚單體在引發劑的作用下進行自由集聚合，由于本體聚合本身存在散熱困難，和易爆聚的特點，在實驗過程中應先將甲基丙烯酸甲酯單體、甲基丙烯酸甲酯單體和共聚單體進行預聚合，得到預聚物，然后將得到的預聚物灌模，控制溫度充分聚合得到共聚物。

二、試劑與儀器

藥品：甲基丙烯酸甲酯（分析純）、丙烯腈（分析純）、苯乙烯（分析純）、顏料（紅—立索爾寶紅，黃—聯苯胺黃）、過氧化苯甲酰。

儀器：250mL錐形瓶、玻璃板、硅橡膠管、250mL燒杯、水浴鍋、接觸角測量儀。

三、實驗過程

1.聚甲基丙烯酸甲酯的制備。首先量取60mL的甲基丙烯酸甲酯單體并稱量0.05g過氧化苯甲酰，放入錐形瓶中，使用保鮮膜來密封錐形瓶。放在水浴鍋中加熱到80℃，恒溫一段時間，當溶液和甘油粘度相近時，取出錐形瓶冷卻至室溫，然后將溶液灌入鑄板模具中放入到烘箱中50℃聚合24小時，再加熱到100℃聚合1小時，取出鑄板冷卻并取出有機玻璃板。

2.甲基丙烯酸甲酯與共聚單體的共聚改性。首先分別量取體積為40mL、45mL、48mL、50mL的甲基丙烯酸甲酯單體，并量取與之相對應的體積為20mL、15mL、12mL、10mL的丙烯腈加入到錐形瓶中，使之構成甲基丙烯酸甲酯同丙烯腈單體的體積比為2∶1、3∶1、4∶1、5∶1的體系。稱取0.05g過氧化苯甲酰分別放入各錐形瓶中，最后用保鮮膜封密封形瓶，放在水浴鍋中加熱到80℃，持續一段時間，當溶液和甘油粘度相近時，取出錐形瓶冷卻至室溫，然后將溶液灌入鑄板模具中放入到烘箱中50℃聚合24小時，然后再加熱到100℃聚合1小時，取出鑄板冷卻并取出有機玻璃板。重復上述實驗操作將甲基丙烯酸甲酯同苯乙烯單體的體積比為2∶1、3∶1、4∶1、5∶1共聚。

3.彩色有機玻璃板的制備。量取兩份體積為60mL甲基丙烯酸甲酯，放入錐形瓶中構成純的聚甲基丙烯酸甲酯體系。量取兩份體積總量為60mL甲基丙烯酸甲酯同丙烯腈的單體，其中甲基丙烯酸甲酯同丙烯腈的比例為2∶1。同樣，量取兩份甲基丙烯酸甲酯同苯乙烯的單體體積總量為60mL，其中甲基丙烯酸甲酯同苯乙烯的比例分別為2∶1。稱量引發劑過氧化苯甲酰0.05g六份，分別放入各錐形瓶中，最后稱量重量為0.06g的紅-立索爾寶紅和黃-聯苯胺黃各三份。先將各組分的單體和引發劑加入到錐形瓶中，用保鮮膜密封錐形瓶放在水浴鍋中加熱到80℃，持續加熱一段時間，當溶液粘度和甘油粘度相近時，加入各組分相對應的顏料待錐形瓶冷卻至室溫，然后灌入鑄板模具中放入到烘箱中50℃聚合24小時，然后再在100℃下聚合1小時，取出鑄板冷卻并取出有機玻璃板。圖1（見下頁）為加入黃-聯苯胺黃的聚甲基丙烯酸甲酯有機玻璃板。

四、結果討論

（一）接觸角測量結果分析

從實驗結果表1和表2可以得出甲基丙烯酸甲酯與丙烯腈共聚物的接觸角比與苯乙烯共聚物的大，分析其原因，MMA具有疏水性但是分子中的酯基同時也具有一定的親水性，所以接觸角也不會太大，當MMA同AN共聚時大分子中引入了極性基團腈基，所以大分子的極性和親水性均增強，從而接觸角變小。當MMA同St共聚時大分子中引入了苯環，苯環的極性比較弱，從而使大分子的極性減弱，接觸角變大。

（二）彩色有機玻璃板數碼照片分析

從圖2中可以看出紅-立索爾寶紅在聚甲基丙烯酸甲酯（A）、甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈的共聚物（B）和甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物（C）中的分布情況，紅-立索爾寶紅在甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯的共聚物中分散性更好些。

從圖3可看出黃-聯苯胺黃在純的聚甲基丙烯酸甲酯（A）、甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈的共聚物（B）和甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物（C）中的分布情況，黃-聯苯胺黃在純的聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物中的著色性要比甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈的共聚物的著色性要好，在純的聚甲基丙烯酸甲酯中的分散性更均勻。

五、實驗改進的意義及可行性

聚甲基丙烯酸甲酯共聚改性實驗，通過制備有色玻璃板，增加了實驗的趣味性，同時該實驗作為自主性試驗給了學生發揮的空間。實驗過程增加了與不同單體的共聚改性和加入顏料，增加關于共聚物表面浸潤性的測試，能夠達到探討共聚單體對共聚物性能的影響，而且測試水滴在表面的接觸角，通過接觸角對比較直觀，避免了枯燥的數據處理，節約了時間。

六、結語

本實驗時間上設置合理，可操作性強，讓學生提升了實驗操作技能，補充了大多數高校有關甲基丙烯酸甲酯共聚改性實驗的空白。

參考文獻：

[1]臺會文，潘明旺，張留成.甲基丙烯酸氨基甲酸酯共聚物透明材料的研究[J].高分子材料科學與工程，1995，11（2）：141-143.endprint