膨胀计法测定聚合反应速率.doc

膨胀计法测定聚合反应速率 膨胀计法测定聚合反应速率 PAGE / NUMPAGES 膨胀计法测定聚合反应速率 专业： 化学工程与工艺 姓名： 沈继富 实验报告 学号： 3090103075 日期： 地点： 西溪七教 409 课程名称： 化工专业实验 指导老师： 卜志扬 成绩： 实验名称：膨胀计法测定聚合反应速率 实验种类：高分子化学 同组： 陈玥晗 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和办理 六、实验结果与解析（必填） 七、谈论、心得 一、实验目的和要求 掌握膨胀计法测定聚合反应速率的原理和方法。 认识动力学实验数据的办理和计算方法。 二、实验内容和原理 装 聚合动力学主若是研究聚合速率、分子量与惹起剂浓度、单体浓度、聚合温度等因素间的定量关系。 订  连锁聚合一般可分成三个基元反应：惹起、增添、停止。若以惹起剂惹起，其反应式及动力学以下： 惹起： I kd 2R ? 线 R? M M ? Ri? 2 fk d [ I ] (1) 增添： ? M kp ? M n M n 1 Rp kp [ M ? ][ M ] (2) 停止： M m? M n? kt p R k [M ]2 (3) i i 式中 I、M 、R?、M ?、P 分别表示惹起剂、单体、初级游离基或聚合物游离基及无活性聚合物。 Ri 、Rp、 Rt 、 kd、 kp、 kt 分别表示各步反应速率及速率常数。 f 表示惹起效率。 [ ] 表示浓度。 聚合速率能够用单位时间内单体耗资量也许聚合物生成量来表示，即聚合速度应等于单体消失速度， d[ M ] 。只有增添反应才耗资大量单体，因此也等于增添反应速率。在低转变率下，稳态条件成立， R dt Rf =Rt，则聚合反应速率为： d[ M ] 2 fk d ) 1 2 [ I ] 1 2 M K[I] 1 2 [ M ] (4) kp ( kt dt 式中 K 为聚合反应总速率常数。 单体转变成聚合物时，由于聚合物密度比单体密度大，体积将发生缩短。依照聚合时体积的变化，可 实验名称： 膨胀计法测定聚合反应速率 姓名： 沈继富 学号： 3090103075P. 2 以计算反应转变率。 聚合速率的测定方法有直接法和间接法两类。 直接法有化学解析法、蒸发法、积淀法。最常用的直接法是积淀法，即在聚合过程中如期取样，加沉 淀剂使聚合物积淀，尔后分别、精制、干燥、称重，求得聚合物量。 间接法是测定聚合过程中比容、粘度、折光率、介电常数、吸取光谱等物性的变化，间接求其聚合物 的量。 膨胀计法的原理是利用聚合过程中体积缩短与转变率的线性关系。 膨胀计是上部装有毛细管的特别聚 合器，如图 2 所示，系统的体积变化可直接从毛细管液面下降读出。依照下式计算转变率： C V 100% (5) V 式中 C 为转变率。 V’表示不同样反应时间 t 时系统体积缩短数，从膨胀计的毛细管刻度读出； V 表示该容量 下单体 100% 转变成聚合物时体积缩短数。 V VM VP VM VM dM (6) dP 式中 d 为密度，下标 M 、 P 分别表示单体和聚合物。 本实验以过氧化二苯甲酰（ BPO）惹起甲基丙烯酸甲酯（ MMA ）在 60℃下聚合。甲 MMA 在 60℃的 密度取 dM60 0.8957 g/cm 3，聚甲基丙烯酸甲酯（ PMMA ）取 d P60 1.179 g/cm3。 三、主要仪器设备 仪器： 仪器名称 规格 数量 膨胀计 定制加工 一套 烧杯 50ml 一只 恒温水浴槽 一套 量筒 25 ml 一只 玻棒 一根 秒表 一只 另备试管夹、橡皮筋、乳胶管、乳胶手套、铁旋塞、吸耳球等 试剂： 试剂名称 规格 用量 甲基丙烯酸甲酯（ MMA ） 新鲜蒸馏， BP=100.5 ℃ 16ml 过氧化二苯甲酰（ BPO） 重结晶 0.15g 洗液 自配 500ml 丙酮 化学纯 实验名称： 膨胀计法测定聚合反应速率 姓名： 沈继富 学号： 3090103075P. 3 图 1 玻璃膨胀计表示图 四、实验操作与步骤 正确量取 16ml MMA 和 0.15g BPO ，在 50ml 烧杯内混杂均匀后，倒入膨胀计下部至半磨口处，插上 毛细管，此时液面上升至毛细管（ 1/4～ 1/3）刻度处，检查膨胀计内有无气泡后，用橡皮筋固定膨胀计的毛细管与下部。 将装有反应物的膨胀计浸入 60±0.5℃的恒温水浴中。由于热膨胀，毛细管内液面不断上升，当液面牢固不动时，能够为系统达到热平衡。记录时间及膨胀计的液面高度作为实验起点，观察液面变化。液面一 开始下降表示反应开始，记时。随后，每隔 5min 读一次毛细管体积变化至实验结束。 （