膨胀计法测定聚合反应速率实验报告.docx

专业： 化学工程与工艺 姓名： 学号 日期： 2015 地点： 西溪化学楼409实验报告课程名称： 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 实验类型：高分子化学 同组： 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、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、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。了解动力学实验数据的处理和计算方法。二、实验内容和原理聚合动力学主要是研究聚合速率、分子量与引发剂浓度、单体浓度、聚合温度等因素间的定量关系。连锁聚合一般可分成三个基元反应：引发、增长、终止。若以引发剂引发，其反应式及动力学如下：引发：(1)增长：(2)终止：(3)式中I、M、R?、M?、P分别表示引发剂、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表示引发效率。[ ]表示浓度。聚合速率可以用单位时间内单体消耗量或者聚合物生成量来表示，即聚合速度应等于单体消失速度，。只有增长反应才消耗大量单体，因此也等于增长反应速率。在低转化率下，稳态条件成立，Ri=Rt，则聚合反应速率为：-(4)式中K为聚合反应总速率常数。单体转化为聚合物时，由于聚合物密度比单体密度大，体积将发生收缩。根据聚合时体积的变化，可以计算反应转化率。聚合速率的测定方法有直接法和间接法两类。直接法有化学分析法、蒸发法、沉淀法。最常用的直接法是沉淀法，即在聚合过程中定期取样，加沉淀剂使聚合物沉淀，然后分离、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、吸收光谱等物性的变化，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收缩与转化率的线性关系。膨胀计是上部装有毛细管的特殊聚合器，如图2所示，体系的体积变化可直接从毛细管液面下降读出。根据下式计算转化率：(5)式中C为转化率。V’表示不同反应时间t时体系体积收缩数，从膨胀计的毛细管刻度读出；V表示该容量下单体100%转化为聚合物时体积收缩数。 (6)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）引发甲基丙烯酸甲酯（MMA）在60℃下聚合。甲MMA在60℃的密度取g/cm3，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）取 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、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16ml过氧化二苯甲酰（BPO）重结晶0.15g丙酮工业级 图1 玻璃膨胀计示意图四、实验操作与步骤准确量取16ml MMA 和0.15g BPO，在50ml烧杯内混合均匀后，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，当液面稳定不动时，可认为体系达到热平衡。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。（一般做5点左右，点数太多，反应时间过长，体系粘度过大，使毛细管难以取下）五、实验数据记录与处理试剂用量：单体：16mL，引发剂：0.1495g1.诱导期：从到达热平衡至反应开始为止的时间为诱导期。表1.实验数据记录及处理t/min0510152025Vt/ml7.8717.8497.8207.7927.7637.739V/ml00.0220.0510.0790.1080.132C00.011630.026970.041780.057110.0698000.011700.027340.042670.058810.07236其中，Vm=7.781ml ml2.转化率～时间曲线（见图1）：曲线方程为：y=0.2794x在低转化率下，[M]可认为不变，即[M]等于单体初始浓度。8.946 mol/l所以由斜率0.2794可以求得反应速率 R=0.002794*8.946=0.02500mol/(l·min)3.反应总速率常数：式(4)可重写为：积分，得：式中[M]0为起始单体浓度。以对t作图（见图2），其斜率为。在低转化率下，[I]可认为不变，即[I]等于引发剂起始浓度[I]0。且引发剂含量很低，故可以忽略引发剂的体积。[I]=[I]0=曲线方程为：y=0.003 x -0.0016，所以由斜率0.003可以得，K[I]1/2=0.003 因此反