膨胀计法测定苯乙烯聚合反应速率实验报告

膨胀计法测定苯乙烯聚合反应速率实验报告 苯乙烯 速率 膨胀 聚合 实验 苯乙烯的悬浮聚合实验 苯乙烯聚合反应条件 篇一:膨胀计法测反应速度 加聚反应动力学——膨胀计 法测反应速度 一(试验目的 膨胀计是测定就聚合速度的一种方法。它的依据是单体密度小，聚合物密度大，此时随着聚合反应的进行，体积会发生收缩。当一定量单体聚合时，体积的变化与转化率成正比。如果将这种体积的变化放在一根直径很窄的毛细管中观察，其灵敏度将大为提高，这种方法就是膨胀计法。 通过本实验应达到以下目的: 1( 用膨胀计法通过体积收缩进行加聚反应动力学的研究; 2( 学会处理聚合反应动力学数据，画出转化率与时间的关系 图，计算苯乙烯聚合反应速度常数K。 1 二(实验原理 从自由基加聚反应的机理及动力学研究与实验都证明苯乙烯 聚合的动力学过程，基本上可由下式描述: vp? ?d[M] ?k[I][M] (1) dt 1 2 此式 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示聚合反应速度Vp与引发剂浓度[I]的平方根成正比，与单体浓度[M]成正比。如果转化率低(16%)，可假定引发剂浓度保持恒定，则可得下式: vp? ?d[M] ?k[M]dt - 1 - 上式积分后得: ln( [M0] )?kt (2) [M] 式中Mo为起始单体浓度;M为时间t 时单体浓度;k为反应速度常数。 此式是直线方程。若以ln( 2 [M0] )对t作图，其斜率即为k。 [M] 由于单体育聚合物的密度不同，在单体聚合时必然发生体积变化，故可求得不同时间的单体浓度，进而可求得反应速度常数。 三(仪器与试剂 1( 仪器 超级恒温器;读数显微镜(0.01mm);毛细管膨胀计 (见图3-1示意);精密温度计(100?，精度0.1?)1支;移液管(10ml);烧杯(50ml);称量瓶;注射器;秒表;吸球等。 2( 试剂 苯乙烯(CP，经新蒸馏);偶氮二异丁腈(CP，经 重结晶，熔点为103-104?)。 四(实验步骤 1( 膨胀计体积及毛细管直径的测定 毛细管直径的测定是将水银装入膨胀计(见图3-1)的毛细管中(长约2-3cm)，在读数显微镜下读出该段的长度。如此重复，读出毛细管各段长度Li;倒出水银并称重W，记录当时室温t，查出该温度下水银的密度(d)，则各段毛细管直径Di为: Di? 膨胀计毛细管直径D取Di的算术平均值。 3 膨胀计体积的测定是在膨胀计中水银至毛细管刻度以上，记录水银高度h，然后将水银倒至重量为W1的称量瓶中再称重，设重量为W2。记录当时室温，并查出该温度下水银的密度d，则所装之水银体积V1为; - 2 - Vi? W2?W1 d 据毛细管直径D以及在毛细管刻度以上水银高度h，计算出毛细管刻度以上的体积V2，则毛细管刻度以下的安咅瓶体积V为: V=V1-V2 2( 配方及实验条件 ? ? 单体加入量(ml) 10 10 引发剂(%)0.2 0.2 温度(?) 7060 3( 苯乙烯聚合反应速度的测定 (1) 按配方称好引发剂，用移液管移入新蒸馏的苯乙烯单 (2) 体10ml于烧杯中溶解之。 (3) 将溶有引发剂的单体倒入膨胀 计中，盖好磨砂塞(装料时不能有气泡)，装好后要求高度在刻度上1-2cm，多余的可用毛细管吸出。 (4) 将膨胀计迅速放入预先已恒温 4 的超级恒温水浴中(温度准确至?0.1?)，此时膨胀计内液面因液体受热膨胀而上升。当达到平衡时，液面停止上升，注意观察并记录此时膨胀计液 面高度，同时开始记录时间。因加聚反应使体积收缩，每 2~5min记录一次毛细管中液 1-容量约10mL安瓶 2- 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 磨口 3-弹簧4-毛细管 - 3 - 面高度，直至转化率超过10%为止。 (5) 实验完毕后，立即将膨胀计内液体倒出，并立即清洗， 以免聚合物阻塞膨胀计。 五(实验结果与数据处理 从式(2)演变可得 ln? ??M?? ?M????kt (3)?0? 设时间为t式，聚合反应的转化率为x% 则?[1-x%/Mo]=-kt 所以 ?(1-x%)=-kt ?(100-x)- ?100= -kt/2.303 2-?(100-x)(转 载 于:wWW.xIElw.COM 写论文网:膨胀计法测定苯乙烯聚合反应速率实验报告)=kt/2.303 (4) 式(4)中，转化率x=?l / l×100%. 设单体总体积为Vs，聚合物体积为Vp，毛细管截面积为 5 S，?l为t时刻时膨胀计毛细管内的液面收缩高度，l为单体全部转化为聚合物时的相应毛细管的收缩高度。 则l=(Vs-Vp)/S=(Vs-Vsa)/S=Vs(1-a)/S=Vsb/S 式中b为单体聚合时的收缩因子(可查手册);a为单体聚合时的体积收缩比(可查手册)。 实验数据记录可参照表3-1 - 4 - 以不同t时刻求出的转换率x，代入式(4)作图，求出苯乙稀聚合反应速度常数k。 计算中需要查阅的数据见表3-2。 六，讨论与思考题 - 5 - 篇二:实验一膨胀计法测聚合反应速度 实验报告 课程名称:化工专业实验 指导老师: 成绩:________________ 实验名称: 膨胀计法测聚合反应速度 实验类型:高分子化学实验 同组学生姓名:一、实验目的和要求二、实验内容和原理 三、主要仪器设备 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 七、讨论、心得 一、实验目的 1(掌握膨胀计法测定聚合反应速率的原理和方法。 2(了 6 解动力学实验数据的处理和计算方法。 二、实验原理 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: kd引发:I???2R* R*?M?M* Ri*?2fkd?I? (1) kp* 增长:M*?M???Mnn?1 Rp?kp[M*][M] kt终止:M*?M*???p mn (2) 2 Ri?kt?M? (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 7 量来表示，即聚合速度应等于单体消失速度， R?? d?M?。只有增长反应才消耗大量单体，因此也等于增长反应速率。在低转换率下，稳态条件成立，dt Rf = Rt，则聚合反应速率为: ?2fkdd?M??kp??kdt?t ? ??? 1/2 ?I?1/2M?K?I? 1/2 ?M? (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。 P.02 实验名称: 膨胀计法测定聚合反应速率姓名: 学号: 本实验采用膨胀计法测聚合反应速率，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，体系的体积变化可直接从毛细 8 管液面下降读出。根据下式计算转化率: C? V' ?100% V (5) 式中C为转化率;V’为不同反应时间t时体系体积收缩数，从膨胀计的毛细管刻度读出;V为该容量下单体100%转化为聚合物时体积收缩数。 V?VM?VP?VM?VM dM dP (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。甲基丙烯酸甲酯(MMA)在60 ?的密度取d60?0.8957g/cm3，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)取d60?1.179g/cm3。 MP 三、实验仪器及药品 仪器: 仪器名称规格数量 膨胀剂 定制加工 一套 烧杯 50mL一只 恒温水浴槽 一套 量筒 25mL一只 玻棒 一根 秒表 一只 另:试管夹、橡皮筋、乳胶管、乳胶手套、铁旋塞、洗耳 9 球等。 试剂: 试剂名称 规格 甲基丙烯酸甲酯(MMA) 新鲜蒸馏 过氧化二苯甲酰(BPO) 重结晶 丙酮化学纯 乙醇化学纯 用量 16mL 0.15g 四、实验步骤 1(向恒温水浴槽内加入一定量的水，打开电源，升温至60 ?。 2(准确量取16 mL MMA和0.15g BPO，在50 mL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。 3(将装有反应物的膨胀计浸入60 ?的恒温水浴中，膨胀计下端距恒温槽底部5cm左右为宜。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个点，点数太多，体系粘度过大，使毛细管难以取下) 4(反应结束后马上取出样品，迅速使反应器与毛细管分离，以免膨胀计粘结;用丙酮将反应器与毛细管 清洗干净。 10 五、实验数据记录和处理 称取的BPO质量为0.1488克 1、诱导期:从到达热平衡至反应开始为止的时间:5分38秒 数据处理: V?VM?VP?VM?VM dM0.8957 ?16?16??3.8446mL 其中转化率C的计算式:C?V'?100% V 计算示例:以反应时间5min为例 体积收缩V’=8.490-8.450=0.040mL 转化率 C=0.040/3.8446*100%=1.0404% ln(1/(1-C))=ln(1/(1-0.010404))=0.01046 3、转化率,时间(C ~ t)曲线，如图1所示 C t (min) 图 1转化率,时间(C ~ t)曲线 故C~t曲线方程为C=0.0008422+0.00177*t，r=0.997230.99，符合线性 反应速率R=-d[M]/dt=[M]0*dC/dt=ρ/M* dC/dt=0.8957*1000/100.12*0.00177=0.01583mol/(L*min) 4、反应总速率常数: 11 ?由d?M??k?2fkdp? dt?kt ? ??? 1/2 ?I?1/2M?K?I? 1/2 ?M?， 上式可以变形为:?d?M??K?I?1/2dt，积分得 M ln ?M?0M?K?I?t，所以ln 1/2 11/2 ?K?I?t 1?c 以ln 1对t作图，其斜率为K[I]1/2。在低转化率下，[I]可认为 不变，即[I]等于引发剂起始浓度[I]， 1?C 则可得反应总速率常数K。 ln(1/(1-C)) t (min) 12 图 2 ln(1/(1-C))~t曲线 故ln(1/(1-C))~t曲线方程为ln(1/(1-C))= 0.0007177+0.00181*t，r2=0.997760.99，符合线性 由曲线斜 率得K[I]1/2=0.00181 可认为[I]=[I]0=0.1488/(242.23*0.016)=0.03839mol/L 求得 K=0.00181/[I]1/2=0.00181/0.038391/2=9.237*10-3L1/2mol-1/2min-1 已知BPO在60?下的kd及引发MMA的引发速率(查 得f60?时kd?1.12?10?5s?1，f?0.492)，进一步可求得 kp/kt1/2=K/(fkd)1/2=9.237*10-3/(60*(0.492*1.12*10-5)1/2)= 0.06558 L1/2mol-1/2s-1/2 六、实验结果与分析 1、C~t曲线方程为C=0.0008422+0.00177*t(t:min) 反应速 率R= [M]0*dC/dt= 0.01583mol/(L*min) 2、ln(1/(1-C))= 0.0007177+0.00181*t (t:min) K=9.237*10-3L1/2mol-1/2min-1 kp/kt1/2= 0.06558 L1/2mol-1/2s-1/2 篇三:膨胀计法测苯乙烯本体聚合反应速率 K=0.00000573411 K=0.00000573407 13 14