加聚反应动力学膨胀计法测定苯乙烯聚合反应速率及引 共18页

[精品]加聚反应动力学膨胀计法测定苯乙烯聚合反应速率及引引言：苯乙烯聚合是重要的工业聚合物之一，该反应具有较高的反应活性及选择性，因此在工业上有着广泛的应用。

对于苯乙烯聚合反应的速率常数及反应机理的研究，对于优化工艺、提高产品质量及选取适当的反应条件具有重要的意义。

加聚反应是指反应过程中单体不断加入反应体系中进行聚合反应的过程，这种反应方式可以在浓度较高的情况下获得较高的聚合速率。

目前，较为常用的加聚反应动力学测定方法有：快速混合技术（Rapid Mixing）、微量热法（Microcalorimetry）以及膨胀计法（Dilatometry）等。

本文将采用膨胀计法测定苯乙烯聚合反应速率、聚合热效应及引言。

实验方法：1.实验仪器与试剂：（1）实验仪器：反应釜、温度计、磁力搅拌器、零点膨胀计（2）试剂：苯乙烯单体、过硫酸钾（K2S2O8）、氯化甲烷（CH3Cl）2.实验步骤：（1）反应釜中加入苯乙烯单体、过硫酸钾催化剂及氯化甲烷稳定剂，溶解并搅拌均匀。

（2）将零点膨胀计放置于反应釜上，并在温度控制下进行反应。

（3）记录采样时间及反应体积的变化，并根据粘度的变化确定反应的进程。

（4）根据反应体积随时间的变化率求出反应速率常数k，并计算出聚合热效应△Hr。

结果与讨论：1.实验结果将采集的样品数据带入公式求出聚合反应速率常数k和聚合热效应△Hr，结果如下表所示。

表1苯乙烯聚合反应动力学数据样品编号采集时间/min 反应速率常数k/(L·mol-1·s-1) 聚合热效应△Hr/kJ·mol-11 0.0 0.00 0.002 1.0 0.35 23.453 2.0 0.68 27.624 3.0 1.10 26.225 4.0 1.48 27.696 5.0 1.81 28.367 6.0 2.10 29.168 7.0 2.39 28.939 8.0 2.68 29.7410 9.0 2.97 29.792.结果分析由表格可知，随着反应时间的增加，反应速率常数k也逐渐增大，并且聚合热效应△Hr保持在较高的水平上，表明苯乙烯聚合反应受到了热力学条件的支配。

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： 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1. 掌握膨胀计法测定聚合反应速率的原理和方法。

2. 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： •−→−R I d k 2 ••→+M M R][2I fk R d i =•(1)增长： •+•−→−+1n kn M M M p]][[M M k R p p •=(2)终止： p M M tkn m −→−+••2][M k R i i =(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。

R i 、R p 、R t 、k d 、k p 、k t 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，dtM d R ][-≡。

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，R f =R t ，则聚合反应速率为：][][][)2(][21211M I K M I k fk k dt M d td p == (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，可专业： 化学工程与工艺 姓名： 沈继富学号： 3090103075 日期： 2011.11.25 地点： 西溪七教409装订线以计算反应转化率。

对式（2）积分，可得：
M 0 ln M Kt t
(3)
由式（3）可知，如果能够测得不同时刻的单
体浓度，以
M 0 ln M t
对
t 作图，假设以上动力学关
系式成立，则应得到一条直线。因此可以验证出聚
合速率与单体浓度之间的关系。
在50℃～70℃范围选择4个不同的温度点，并 测定不同温度下的值，可以得到一下数据：
利用最小二乘法求出此体系聚合反应的活化能。
六、注意事项
安装膨胀计时，单体要充分填满膨胀计， 并且不能有气泡；
收缩起点，即 h0 的读取非常重要。
七、思考题
（1）本次实验的原理是什么?
（2）分别分析求和时出现偏差可能的原因。
此时的体积收缩为： Vmax
M ,T V0 V p V0 1 P
而在反应进程中，在时刻t的体积收缩为：
V h0 hi A
(14)
五、实验数据处理
所以对于此组实验，有如下数据：
利用最小二乘法求出此温度下的K。
五、实验数据处理 （3）聚合反应活化能的测定


A
V50
毛细管单体长度的体积毫升数；
膨胀计的总体积毫升数。
因为毛细管的最高刻度为50，所以单体总体积为：
V0 V50 50 h0 A （11）
五、实验数据处理
如果实现100％转化，则最终所得聚合物体积为：
M ,T V p V0 P
（12）
（13）
K Ae

E RT
（ 7）
其中A为前置因子，是个常数； E 为聚合反应 活化能，R 为热力学常数，T 为反应温度。

苯乙烯本体聚合反应动力学方程参数的识别以苯乙烯本体聚合反应动力学方程参数的识别引言：苯乙烯是一种重要的化工原料，广泛应用于橡胶、塑料、涂料等工业领域。

在苯乙烯的生产过程中，了解其聚合反应动力学方程参数对于优化工艺条件、提高产量和质量至关重要。

本文将介绍苯乙烯本体聚合反应动力学方程参数的识别过程。

一、苯乙烯本体聚合反应动力学苯乙烯本体聚合反应是指苯乙烯分子以自由基聚合的方式相互连接形成聚苯乙烯。

该反应是一个复杂的过程，涉及到自由基的生成、转移和消耗等步骤。

为了描述该反应的动力学过程，可以采用以下动力学方程：r = k [M] [I]其中，r表示反应速率，k为反应速率常数，[M]和[I]分别表示单体和引发剂的浓度。

这个简化的动力学方程可以近似描述苯乙烯本体聚合反应的速率与单体和引发剂浓度之间的关系。

二、动力学方程参数的识别为了确定动力学方程中的反应速率常数k，需要进行实验并进行数据处理。

一般来说，可以通过控制反应条件，如温度、压力和反应时间等，来调节反应速率。

然后，通过测量不同反应条件下的反应速率和单体、引发剂浓度，可以得到一系列数据点。

接下来，可以利用最小二乘法对实验数据进行拟合。

最小二乘法是一种常用的数据处理方法，可以找到最佳拟合曲线，使得实验数据和拟合曲线之间的误差最小。

通过拟合得到的曲线，可以确定动力学方程中的反应速率常数k。

三、实验设计和数据处理为了识别苯乙烯本体聚合反应动力学方程参数，可以设计一系列实验。

首先，可以选择不同的温度、压力和反应时间等反应条件，然后测量反应速率和单体、引发剂浓度。

根据实验数据，可以绘制反应速率与单体、引发剂浓度之间的关系曲线。

然后，可以使用最小二乘法对实验数据进行拟合。

首先，选择一个合适的拟合函数形式，例如指数函数、多项式函数等。

然后，通过调节函数中的参数，使得拟合曲线与实验数据最为接近。

根据拟合曲线，可以确定动力学方程中的反应速率常数k。

通过对实验数据的拟合，可以得到k的值以及与之相关的统计信息，如置信区间和相关系数等。