聚甲基丙烯酸甲酯的应用与合成

介绍

聚甲基丙烯酸甲酯（Polymethyl Methacrylate），简称PMMA，是一种高分子聚合物，也被称为亚克力或有机玻璃。这种材料具有高透明度、低价格以及易于机械加工等优点，因此常被用作玻璃的替代材料。它是通过丙烯酸及其酯类聚合得到的聚合物，属于丙烯酸类树酯。在聚丙烯酸类塑料中，它的应用最为广泛。其透明度高，质地优良，价格适中，使得它在各种领域都有广泛的应用。

聚甲基丙烯酸甲酯

应用

聚甲基丙烯酸甲酯具有良好的电绝缘性、耐溶剂性、耐候性以及一定的耐热耐寒性，是目前最优良的高分子透明材料之一。经过加工后，可应用于广告灯箱、标牌、灯具、浴缸、仪表、生活用品以及家具等领域，而随着5G时代的到来，带动了液晶显示、LED领域和光纤领域的迅速发展，对高端聚甲基丙烯酸甲酯的需求量也随之迅速增加。

合成

以往合成的缺点

传统的聚甲基丙烯酸甲酯生产主要以自由基聚合为主，采用釜式串联或釜管式串联装置进行聚合，且整个聚合过程采用分段式聚合方式，但是由于自由基聚合技术的不可控决定了所得产品的局限性。以自由基聚合生产方法所得到的产品，往往其分子量分布较宽，只能满足普通应用，并且该工艺聚合反应时间长，传质传热控制相对难，导致整套工艺装置转化率最高只能达到60‑70％，装置利用率低。如果生产分子量分布窄的产品，则需要控制转化率在50％以下，再将聚合液传到脱挥装置，最后经挤出机造粒成型，避免粘度过大发生凝胶效应。上述方式生产高端产品，存在总体反应时间长、能耗高、回收单体所用成本高昂的缺陷。

像甲基丙烯酸甲酯(MMA)等这类极性单体的阴离子聚合，迄今为止尚无法实施工业化。事实上，早在1956年，阴离子活性聚合被发现用来合成，虽然实现了聚合，但整个聚合过程并没有呈现出可控性。后继的研究证实，甲基丙烯酸甲酯类极性单体的阴离子聚合经常伴随着由活泼羰基引起的副反应。

新合成方法

针对上述的聚甲基丙烯酸甲酯活性阴离子聚合无法实现室温可控聚合的技术问题，滕海伟[1]提出一种聚合过程连续可控，自动化程度高、分子量分布可调的聚甲基丙烯酸甲酯的制备方法。

引发剂A为叔丁醇钾，引发剂B为四丁基溴化铵，叔丁醇钾、四丁基溴化铵与甲基丙烯酸甲酯单体的摩尔比为1:1:800，甲基丙烯酸甲酯单体与甲苯的质量比为1:2，循环水温度设置为5℃，具体包括如下操作步骤：

将甲基丙烯酸甲酯单体经过分子筛塔固定床除水处理后，检测水含量≤90ppm，再经过减压蒸馏后得到无水无氧无阻聚剂的精制甲基丙烯酸甲酯单体；将甲苯溶剂经过分子筛塔固定床除水处理后，检测水含量≤120ppm，用氮气鼓吹后，得到无水无氧的甲苯溶剂。将叔丁醇钾加入到含有精制甲基丙烯酸甲酯单体的搅拌釜内，保持40℃搅拌30min，得到反应溶液A；将四丁基溴化铵加入到含有无水无氧的甲苯溶剂的搅拌釜内，保持80℃搅拌60min，得到反应溶液B；将配置好的反应溶液A通过带有膜分散微混合器分散到反应溶液B中进行混合反应，二者充分混合均匀后进入管式反应器中进行强化换热过程及聚合反应100s，得到聚甲基丙烯酸甲酯。

与现有技术相比，该方法的优点和积极效果在于：使用阴离子活性聚合技术与微混合器装置相结合的工艺方案，利用了微混合器的高效传热和混合的优势，使聚甲基丙烯酸甲酯活性阴离子聚合实现室温可控聚合；而且所用的装置比传统自由基聚合装置容器空间小，PMMA产品分子量分布可调，聚合转化率≥97％，可以实现不同类型产品的差异化生产，极大提升了装置的利用率，消除了传统聚合强放热带来的安全隐患，降低了安全风险，节省了空间、人力和成本，实现聚合过程连续可控，自动化程度高。

参考文献

[1]滕海伟,王科,倪宝健等. 一种聚甲基丙烯酸甲酯的制备方法[P]. 山东省：CN115215951B,2024-02-09.