《高分子化学》课程实验报告姓名 学号 成绩 日期 同组姓名 指导教师 实验八 聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）/二氧化硅（SiO2）有机/无机杂化材料的制备和表征一、 实验目的：1. 加深理解自由基本体聚合的原理和影响因素；2. 了解溶胶-凝胶法制备有机/无机杂化材料的基本原理；3. 对比PMMA及PMMA/SiO2有机/无机杂化材料的弯曲性能，了解杂化材料相对 于普通高分子材料的优点，熟悉高分子材料的简单表征方法二、 仪器与药品仪器：四乙氧基硅烷/正硅酸乙酯（TEOS）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）、乙烯基三 乙氧基硅烷（WD-20）、过氧化（二）苯甲酰（BPO）、盐酸、去离子水；药品： 100ml 三口烧瓶、温度计、球形冷凝管、磁力搅拌器、电子天平、万能 材料试验机三、实验原理聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）是一种重要的玻璃态聚合物，具有优异的光学性能 和力学性能，并且能够耐光耐候，耐强酸强碱，但耐刻画性差（玻璃化转变温度仅 为105°C左右），这极大地限制了 PMMA作为各种耐高温元器件的应用，使用无机刚 性粒子填充聚合物制备有机/无机杂化材料是增韧增强，提高聚合物热稳定性的一种 简单有效的方法。
有机/无机杂化材料是继单组份材料、复合材料和功能梯度材料之后的又一代新 材料，其中有机相可以是塑料、尼龙、有机玻璃、橡胶等；无机相可以是金属及其 氧化物、陶瓷、半导体等两相复合后可以得到集有机相和无机相诸多特性于一身 的新材料有机/无机杂化材料是一种均匀的多相材料，其中至少有一相的尺寸的有 一个维度在纳米数量级，有的甚至是分子级的，纳米相和其他相之间通过化学（共 价键、离子键、螯合键等）与物理（氢键等）作用在纳米水平上复合，及相分离尺 寸不得超过纳米数量级因而，他与具有较大微相尺寸的传统的复合材料在结构和 性能上具有显著的差别，有机/无机杂化材料实现了有机高分子材料和无机材料分子 级别的复合，这种高精度的复合式的材料在光学透明性、可调折射率及耐热性能等 方面表现出单一有机高分子材料或无机材料所不具备的优越性能，其良好的机械、 光、电、磁等功能特性即形态和性能在相当大的范围内调节使其成为高分子化学和 物理、物理化学和材料科学等多门科学交叉的前沿领域，受到各国科学家的关注目前制备有机/无机杂化材料的方法主要有：纳米微粒直接分散、原位复合、前 驱体法、层间嵌插法等溶胶-凝胶法（Sol-Gel）是前驱体法中的一种，是目前制 备有机/无机杂化材料最常用和最成熟的方法。
据报导有机/无机杂化材料的制备基 本上是采用此方法，且以 SiO2 与各种各种有机组分形成的杂化材料居多溶胶-凝 胶法制备杂化材料的原理是以金属醇盐为前驱体，经水解脱醇和脱水及缩合形成无 机网络，将与无机物具有共同溶剂的有机物或有机单体加入到无机溶胶中，通过缩 合凝胶化形成有机/无机杂化材料其基本反应有水解反应、缩聚凝胶反应以及有机 单体的聚合反应本实验以甲基丙烯酸甲酯（MMA）、四乙氧基硅烷（TE0S）、乙烯基三乙氧基硅烷 （WD-20）等为原料，采用本体聚合和酸催化溶胶-凝胶法，制备了 MMA/SiO2有机/ 无机杂化材料基本反应如下所示：水解反应：土〔缩聚凝胶反应：工-：m , _ - -缩合反应：四、实验步骤 1、单体和引发剂的精制(1) 在lOOmL烧杯中加入5 g过氧化苯甲酰和10 mL三氯甲烷，搅拌，如未 完全溶解继续加入三氯甲烷直至完全溶解，过滤注意：由于过氧化苯 甲酰含有水，体系混浊，因此会误认为过氧化苯甲酰未溶解完而加入过 量三氯甲烷，因此要注意观察) 2) 其滤液直接滴入 50 mL 冷的甲醇中，然后将白色针状结晶过滤，以少量 甲 醇洗数次，将沉淀置于真空干燥器中干燥，称重，产品放在棕色瓶中，保存于干燥器中。
2、 有机/无机杂化材料的制备(1) 四乙氧基硅烷(TEOS)的水解在50mL锥形瓶中加入7.70g TEOS, 0.70g WD-20 和1.92g蒸馏水，放置在磁力搅拌器上温室密封搅拌30min,使混合物分散 均匀，然后将计量的水催化剂稀盐酸0.96g (浓度为0.15mol/L)匀速滴入， 继续密封搅拌溶液，直至澄清透明2) MMA聚合向上述透明水解液中加入0.2008g引发剂，20gMMA混合搅拌，插 入冷凝管，温度计，同时打开磁力搅拌器加热套，控制聚合温度在80°C, 聚合到溶液具有一定粘度后停止反应，待出料3) 出料注模成型将上述聚合物溶液倒入模具中，于50C烘箱中干燥固化48h 即得透明杂化材料3、弯曲性能测试五、实验现象与结果在步骤（1）中，四乙氧基硅烷（TEOS）的水解在50mL锥形瓶中加入7.70g TEOS, 0.70g WD-20和1.92g蒸馏水，放置在磁力搅拌器上温室密封搅拌30min，使混合物 分散均匀，然后将计量的水催化剂稀盐酸0.96g（浓度为0.15mol/L）匀速滴入，继 续密封搅拌溶液，在39min时，溶液变澄清透明在步骤（2）中，加入0.2008g引发剂，20gMMA混合搅拌后，2min时出现油滴， 最后溶液有气泡出现，同时溶液粘度显著上升。
六、 实验结果分析两天后收取模具发现模具熟化失败，模具中部收缩严重，这很可能是由于分子 量过低导致的反应温度过低、反应时间过短、装置真空度不足等原因都可能导致 分子量过低，使得成模失败七、 思考题1、 试验中影响PMMA/SiO2杂化材料的无机粒子粒径的主要因素有哪些？搅拌速度、温度、反应时间、装置真空度、引发剂用量等2、 如何评价所得到的材料？聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）是一种重要的玻璃态聚合物，具有优异的光学性能 和力学性能，并且能够耐光耐候，耐强酸强碱，但耐刻画性差（玻璃化转变温度仅 为105°C左右），这极大地限制了 PMMA作为各种耐高温元器件的应用，使用无机刚 性粒子填充聚合物制备有机/无机杂化材料是增韧增强，提高聚合物热稳定性的一种 简单有效的方法PMMA/SiO2杂化材料中，有机/无机两相间的相容性好，不产生相分 离，材料透明，透光率可达80%左右，且杂化材料的热稳定和玻璃化转变温度（Tg）都比 纯PMMA有较大的提高。