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    凝胶点的预测
    2019-08-27 信息编号:1038983 收藏
凝胶点是热固性聚合物预聚、固化交联的重要参数,凝胶点的预测在实际中具有重要意义。关于凝胶点的预测,主要有两种理论。
(1)Carothers理论 Carothers理论认为,当体系出现凝胶时,数均聚合度[图片]可以根据数均聚合度与反应程度P的关系,求出[图片]时的反应程度,即凝胶点Pc①两种官能团等物质的量的体系 此时定义平均官能度:
[图片]
Ni、fi分别为i单体的个数和官能度[图片]不能生成高分子量聚合物[图片]生成线型或分支型聚合物[图片]则可生成支化或网状聚合物
对于A2-B3两种官能团等物质的量的缩聚体系,A2、B3的投料摩尔比为3∶2;则
设N0为投料单体分子总数,平均官能度为[图片]则反应开始时的官能团总数为[图片]假定缩聚中无分子内环化等副反应,凝胶点之前每步反应都要减少一个分子,消耗两个官能团。设t时体系分子数为N。则
[图片]
[图片]得Carothers方程:
对于两种官能团等物质的量投料的丙三醇与邻苯二甲酸酐的体型缩聚:
[图片]
实验测定发现:Pc(实验)=0.800,其原因在于Carothers过高地估计了出现凝胶时的数均分子量[图片]并非无穷大,而是有限的,一般为几十;如上例中,出现凝胶时的[图片]
因此如欲在凝胶点前停止反应,一定要控制反应程度比Carothers方程计算的凝胶点小一些才不至于发生凝胶化。
②两官能团非等物质的量的体系 此时平均官能度的计算公式应修正为
[图片]就可求出凝胶点Pc(注意Pc为非过量官能团的反应程度)。
③由式(2-41)可以得:
[图片]
此公式可取代[图片]用于线型缩聚体
系聚合度的控制或计算。当体系含有多官能度单体时[图片][图片]
[图片]只要根据原料投料比求出平均官能度,即可求出在任一反应程度下的平均聚合度。
(2)统计法 许多学者利用统计方法研究凝胶点问题。Flory用此法处理了一些比较简单的缩聚体系。我国著名化学家唐敖庆提出了自己处理凝胶化问题的理论,可以处理从简单到复杂的体型缩聚体系。
①Af+Bg型缩聚体系 Af为含有官能团A,官能度为f的单体;Bg为含有官能团B,官能度为g的单体;而且A、B为可反应的官能团。
唐敖庆的理论采用同心环模型:即把Af+Bg型缩聚物摆在许多同心环上,根据A基或B基在环上的消长情况来确定凝胶化时的临界条件。摆法规则是:奇数环上放未反应的A基和AB键;偶数环上放未反应的B基和BA键;环与环之间通过官能团以外的残留单元相联结。
(A3+B3)缩聚物放在同心环上的模型如下:
设第i环上的A基总数为N(i)A(包括反应的和未反应的A基总数),A基的反应程度为PA。
那么反应掉的A基数为N(i)APA;因为反应一个A基用掉一个B基,在(i+1)环
上引入(g-1)个B基,所以第(i+1)环上的B基数为:
[图片]
假设B基的反应程度为PB,同理由(i+1)环上反应掉的B基在(i+2)环上引入的A基总数为
[图片]
在此可以看出由N(i)A通过PA、PB可推算出N(i+2)A,比较N(i)A、N(i+2)A的值,有三种情况:
N(i)A>N(i+2)A,缩聚物逐渐收敛;
N(i+2)A>N(i)A,缩聚物发散,可以产生凝胶;
因此,N(i+2)A=N(i)A为产生凝胶的临界条件。
即得:[图片]
如果摩尔系数[图片](A基对B基的摩尔比)
则PB=rAPA,代入上式,rAP2A(f-1)(g-1)=1
对A2-B3两官能团等物质量的体系:PA=0.707,此值比实验值小。
②(Af1+Af2+…+Afi+…+Afs)+(Bg1+Bg2+…+Bgj+…+Bgt)型缩聚体系 该体系为Af+Bg型体系的推广。Afi为含有官能基A,官能度为fi的单体,NAi(i=1~s)为其物质的量;Bgj为含有官能基B,官能度为gj的单体,NBj(j=1~t)为其物质的量。
采用假想同心环模型,把缩聚物摆在同心环上。采用上述假定及方法,得
[图片]
由N(i+2)A=N(i)A得
其中[图片]为Afi单体A基数占总A基数的摩尔分数[图片]为Bgj单体B基数占总B基数的摩尔分数
[图片]为A基对B基的摩尔系数,有
PB=raPA代入上式整理得凝胶点为
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