浙江大学化工专业实验---膨胀计实验
膨胀计法测定聚合反应速率

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。
膨胀计

膨胀计法测定甲基丙烯酸甲酯本体聚合反应速率一、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. 验证聚合速率与单体浓度间的动力学关系,求得MMA本体聚合反应平均聚合速率二、实验原理根据自由基聚合反应机理可以推导出聚合初期的动力学微分方程:即聚合反应速率Rp与引发剂浓度[I]1/2、单体浓度[M]成正比。
在转化率低的情况下,可假定引发剂浓度保持恒定,将微分式积分可得:式中:[M]0为起始单体浓度;[M]为t时刻单体浓度,K为常数。
如果从实验中测定不同时刻的单体浓度[M],求出不同时刻的数值,并对时间t作图应得一条直线,由此可验证聚合反应速率与单体浓度的动力学关系式。
聚合反应速率的测定对工业生产和理论研究具有重要的意义。
实验室多采用膨胀计法测定聚合反应速率:由于单体密度小于聚合物密度,因此在聚合过程中聚合体系体积不断缩小,体积降低的程度依赖于单体和聚合物的密度差,即体积的变化是和单体的转化率成正比。
如果使用一根直径很小的毛细管来观察体积的变化(参见图5-1),测试灵敏度将大大提高,这种方法就叫膨胀计法。
若以ΔV表示聚合反应t时刻的体积收缩值,为单体完全转化为聚合物时的体积收缩值,则单体转化率C可以表示为:式中,V0为聚合体系的起始体积; r为毛细管半径;h为某时刻聚合体系液面下降高度;dp为聚合物密度;dm为单体密度。
因此,聚合反应速率为:因此,通过测定某一时刻聚合体系液面下降高度,即可计算出此时刻的体积收缩值和转化率,进而作出转化率与时间关系曲线,根据直线部分斜率,即可求出平均聚合反应速率。
应用膨胀计法测定聚合反应速率既简单又准确,需要注意的是此法只适用于测量转化率在10%反应范围内的聚合反应速率。
因为只有在引发剂浓度视为不变的阶段(10%以内的转化率)体积收缩与单体浓度呈线性关系,才能用上式求取平均速率;特别是在较高转化率下,体系粘度增大,导致聚合反应自动加速,用上式计算的速率已不是体系的真实速率。
膨胀土压力实验报告

一、实验目的本次实验旨在研究膨胀土在不同条件下的压力特性,了解其压力分布规律,为膨胀土工程设计和施工提供理论依据。
二、实验材料1. 膨胀土样品:采集自某地膨胀土层,样品经过风干、筛分,粒径小于2mm。
2. 实验仪器:压力试验机、土样制备设备、量筒、天平等。
三、实验方法1. 土样制备:将采集的膨胀土样品进行风干、筛分,按照一定比例混合均匀,制备成满足实验要求的土样。
2. 土样饱和:将制备好的土样放入量筒中,加入蒸馏水,使土样充分饱和。
3. 压力测试:将饱和土样放入压力试验机中,按照预定的压力等级进行加载,记录不同压力下土样的变形和破坏情况。
四、实验步骤1. 将制备好的饱和土样放入压力试验机中,调整试验机至初始压力。
2. 逐步增加压力,记录每个压力等级下土样的变形和破坏情况。
3. 持续加载至土样破坏,记录破坏时的压力值。
4. 分析实验数据,得出膨胀土的压力特性。
五、实验结果与分析1. 实验结果| 压力等级 (kPa) | 变形量 (mm) | 破坏情况 || --------------- | ------------ | -------- || 50 | 0.5 | 无破坏 || 100 | 1.0 | 无破坏 || 150 | 1.5 | 无破坏 || 200 | 2.0 | 无破坏 || 250 | 2.5 | 无破坏 || 300 | 3.0 | 破坏 |2. 分析(1)从实验结果可以看出,在压力等级较低时,膨胀土样品表现出良好的抗压力性能,变形量较小,无破坏现象。
(2)随着压力等级的增加,膨胀土样品的变形量逐渐增大,但破坏现象并未明显出现。
(3)当压力等级达到300kPa时,膨胀土样品出现破坏现象,表明此时土样已达到其抗压极限。
六、结论1. 膨胀土在较低压力等级下具有良好的抗压性能,变形量较小,无破坏现象。
2. 随着压力等级的增加,膨胀土的变形量逐渐增大,但破坏现象并未明显出现。
3. 膨胀土的抗压极限压力约为300kPa。
膨胀计法测定聚合反应速率

实验报告课程名称:化工专业实验Ⅰ 指导老师:介素云 成绩:实验名称:膨胀计法测定聚合反应速率 实验类型: 同组学生姓名: 一、实验目的和要求(必填) 三、主要仪器设备(必填) 五、实验数据记录和处理 七、讨论、心得二、实验内容和原理(必填) 四、 操作方法和实验步骤 六、实验结果与分析(必填)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。
连锁聚合一般可分为三个基元反应;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:****22[]dk i d I R R M M R fk I −−→+−−→= (1)增长:**1*[][]p kn n p p M M M R k M M ++−−→= (2)终止:**2[]t k m n i i M M pR k 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。
i R 、p R 、t R 、d k 、p k 、t k 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,[]d M R dt≡-。
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,f t R R =,则聚合反应速率为:1/21/21/22[]()[][]d p tfk d M k I M K I M dt k == (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。
加聚反应动力学——膨胀计法测反应速度

实验三 加聚反应动力学——膨胀计法测反应速度一、 实验目的膨胀计法是测定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,因此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长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的目的: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、学会处理加聚反应动力学数据,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 。
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:(1)此式表示聚合反应速度与引发剂浓度的平方根成正比,与单体浓度成正比。
如果转化率低,(<16%),可假定引发剂浓度保持恒定,则可得下式:(2)式中为起始单体浓度;M 为时间t 时的单体浓度;k 为反应速度常数。
此式是直线方程。
若以对t 作图,其斜率即为k 。
由于单体与聚合物的密度不同,在单体聚合时必然发生体积的变化,故可通p v []I []M 0M [][]⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛M M 0ln过加聚反应时体积的变化求得转化率,从转化率则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。
如此反复,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:膨胀计毛细管直径D取Di的算术平均值。
神奇的膨胀气体膨胀实验

神奇的膨胀气体膨胀实验在科学实验中,我们经常使用各种各样的物质和技术来探索并理解自然界的法则。
而今天,我将向大家介绍一个非常有趣且神奇的实验——膨胀气体膨胀实验。
膨胀气体是指在一定条件下,能够膨胀并占据更大空间的气体。
最常见的膨胀气体就是二氧化碳,它广泛存在于我们周围的自然环境中,比如汽水中的气泡、酵母发酵产生的气体等。
那么,我们该如何进行膨胀气体的实验呢?下面,我将以二氧化碳为例,为大家讲解具体的实验步骤和结果。
实验材料:- 醋酸- 小苏打- 烧杯- 细管或吸管- 洗涤剂实验步骤:1. 准备一个烧杯,并将其放在平整的台面上。
2. 首先,向烧杯中倒入适量的醋酸。
注意,这里不需要太多的醋酸,只需覆盖烧杯底部即可。
3. 然后,准备一小勺小苏打,将其缓慢、均匀地加入烧杯中的醋酸中。
4. 在将小苏打倒入烧杯后,你会观察到产生了大量的气泡,并且烧杯内的液体开始冒出气体。
5. 将一根细管或吸管放在气泡中,并通过吸管将气泡引入一片放有洗涤剂的容器中。
6. 当气泡与洗涤剂接触时,你会看到一种奇特的现象发生,洗涤剂形成了一层色彩斑斓的泡沫。
实验结果:通过以上实验步骤,我们可以观察到二氧化碳的膨胀现象以及洗涤剂与二氧化碳反应形成泡沫的情况。
实验原理:这一实验的原理其实很简单。
当醋酸与小苏打相遇时,它们会发生化学反应产生二氧化碳气体。
这个化学反应的方程式可以表示为:醋酸 + 小苏打→ 二氧化碳 + 水 + 醋酸盐而二氧化碳气体的产生会导致烧杯内的液体膨胀,并通过细管或吸管引入洗涤剂中。
当二氧化碳气泡与洗涤剂接触时,洗涤剂的表面张力会使其形成一层泡沫。
实验应用:这个实验不仅有趣,还有实际的应用价值。
例如,二氧化碳的膨胀现象可以帮助我们理解一些日常生活中的现象,比如汽水中的气泡、面团中的膨胀、自行车胎子充气等。
同时,通过这个实验,我们还可以解释为什么在开汽水瓶盖时会发出“嘶嘶”声,以及为什么在烘焙制作过程中需要加入小苏打等。
热膨胀实验

实验一热膨胀实验一.实验目的1.了解材料线膨胀系数测定的意义、方法。
2.了解WTD2智能型热膨胀仪的原理、结构和操作步骤。
3.学会初步掌握测试数据和曲线的分析方法。
二.实验原理现代化大型工程,如高层建筑、铁路、桥梁、航空航天器件等,都是由多种复杂的材料构成,要经过酷暑寒冬甚至太空中的急剧温度变化,因此必须确切地掌握有关材料的热膨胀系数以及其随温度变化的规律。
利用热膨胀方法对材料进行测定和研究称为“膨胀分析”。
它不仅用于膨胀系数的测定,也是研究动态相变过程的有效手段,例如钢中过冷奥氏体的等温转变过程(TTT曲线)和连续冷却转变过程(CCT曲线)的测定,最常用的方法就是膨胀分析。
在金属材料研究中,材料的结构转变、再结晶、时效固溶和沉淀析出,往往都伴随着体积的变化,因此可以用膨胀分析法来研究。
又如粉末冶金中材料烧结致密度的评定,非晶体材料的软化温度的测定等,也可以用这一方法。
1.线膨胀系数线膨胀系数是指与单位温度变化对应的试样单位长度的线膨胀量,当温度从T1变到T2时,试样的长度相应地从L1变到L2, 则材料在该温度区间的平均线膨胀系数α为:L2-L1 ΔLα=—————=————L1(T2-T1) L1 ΔT线膨胀系数α单位为: mm·mm-1·℃-12. 体膨胀系数体膨胀系数是指与单位温度变化对应的试样单位体积的体积膨胀量,当温度从T1变到T2时,试样的体积相应地从V1变到V2,则材料在该温度区间的平均体膨胀系数β为:V2-V1 ΔVβ=——————=————V1 (T2-T1) V1ΔT由于体膨胀系数测定较为复杂,所以对于热膨胀各向同性的材料,平均体膨胀系数β与平均线膨胀系数α之间有如下的关系:β=3α〔1+α(T2-T1)〕因为α(T2-T1)≤1,可以进一步简化为:β≈3α对于热膨胀各向异性的材料,平均体膨胀系数β可近似用三个相互垂直的晶轴方向的线膨胀系数α1、α2、α3的和来表示之间,有如下的关系:β≈α1+α2+α3由于膨胀系数实际上并不是一个恒定的值,而是随温度变化的。
热膨胀分析实验报告浙江大学

竭诚为您提供优质文档/双击可除热膨胀分析实验报告浙江大学篇一:浙大膨胀计法测定聚合反应速率实验报告实验报告课程名称:化工专业实验实验名称:膨胀计法测定聚合反应速率一、实验目的和要求(必填)三、主要仪器设备(必填)五、实验数据记录和处理七、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、实验内容和原理指导老师:卜志扬实验类型:高分子化学成绩:同组:二、实验内容和原理(必填)四、操作方法和实验步骤六、实验结果与分析(必填)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:d引发:I2Rk?R??m?m?Ri??2fkd[I]?k?(1)p??mn?1增长:mn?m?Rp?kp[m?][m]??k(2)t??p终止:mm?mn?Rt?kt[m]2(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,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。
在低转化率下,稳态条件成立,dtRi=Rt,则聚合反应速率为:-fkd[m]?kp(d)[I]2m?K[I][m]dtkt(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。
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实验报告
课程名称: 化工专业实验 指导老师: 卜志扬 介素云 成绩:_______________ 实验名称: 膨胀计法测定聚合反应速率
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:
引发: •
−→−
R I d
k 2 ••→+M M R
][2I fk R d i =•
(1)
增长: •+•−→−+1n k
n M M M p
]][[M M k R p p •=
(2)
终止: p M M t
k
n 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,dt
M 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 t
d 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
装
订
线
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:
%100'
⨯=
V
V C (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。
dP
dM
V V V V V M
M P M -=-= (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8957.060
=M d g/cm 3,聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA )取179.160
=P d g/cm 3。
三. 实验仪器及药品 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
图1 玻璃膨胀计示意图
四. 实验步骤
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。
(一般做六点
左右,点数太多,体系粘度过大,使毛细管难以取下)
1、注意膨胀计磨口的配套,使用时毛细管与反应器耳朵对耳朵,对上后将磨口转动一下,橡皮经
一定要扎紧,严防实验时水进入膨胀计内。
2、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,用丙酮将反应器和
毛细管清洗干净。
五、数据记录与处理
1. 诱导期:下午16点19分47秒到达热平衡,16点21分6秒反应开始,诱导期液面指示8.240
2. 转化率~时间(C ~t )曲线:根据式(5)及(6)求得不同反应时间t 下的转化率C 。
以C 对t 作图得C ~
t 曲线。
从斜率求得反应速率dt
dc
M R ]
[=,以mol/L.min 表示。
dP
dM
V V V V V M
M P M -=-=,V=3.845, 时间t/min 0 5 10 15 20 25 30 液面高度h 8.24 8.202 8.173 8.148 8.116 8.085 8.058 不同t 时体积收缩数v'/ml 0.038 0.067 0.092 0.124 0.155 0.182 转化率C(10^-2) 0 0.988 1.743 2.393 3.225 4.031 4.733
反应速率R=0.156
3. 反应总速率常数:式(4)可重写为:
dt I K M
M d 21][]
[=-
积分,得: t I K M M 10
][]
[][ln = (7)
t I K c
1][11
ln
=- (7a)
式中[M]0为起始单体浓度。
以c
-11ln
对t 作图,其斜率为2
1][I K 。
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。
则可得反应总速率常数K 。
若已知BPO 在60℃下的k d 及引发MMA 的引发效率f (查得60℃时
492.0,1012.115=⨯=--f s k d ),则进一步可求得2
1t p k k 。
时间t/min
0 5 10 15 20 25 30 ln 1/(1-C)
0 0.00993 0.0176 0.0242 0.0327 0.0411 0.0485
引发剂起始浓度【I】=0.15/242.22/(16*10^-3)=0.0387mol/L
所以反应总速率常数K=8.133*10^-3
Kp/Kt(1/2)=3.465
六、思考题
1.分析在实验过程中诱导期产生的原因。
Bpo受热分解有笼蔽效应,伴随副反应,引发剂分解产生的初级自由基开始时无法发生链引发反应,体系中存在一些具有阻聚和缓聚作用的杂质,初级自由基和这些杂质而终止,表面上聚合没有发生
2.要做好本实验,应注意哪些问题?
防止实验时水进入膨胀计,膨胀计需要完全插入恒温槽,反应结束后应迅速使反应器和毛细管分离,准确记录诱导期。