凝膠效應

凝膠效應,英文名稱: gel effect; autoacceleration ,又稱自動加速效應(或現象)。是指在聚合反應中期,反應速率自動增加的現象。常發生在本體聚合或者僅有少量溶劑參與的溶液聚合中。凝膠效應常發生在本體聚合或者僅有少量溶劑參與的溶液聚合中。由於聚合反應初期,隨著單體分子和引發劑濃度的降低,體系的粘度不斷增加,聚合產生的熱量來不及被移除,使得聚合反應速率增加。

描述

凝膠效應常發生在本體聚合或者僅有少量溶劑參與的溶液聚合中。由於聚合反應初期,隨著單體分子和引發劑濃度的降低,體系的粘度不斷增加,聚合產生的熱量來不及被移除,使得聚合反應速率增加。

機理解釋

加速的原因是由於體系粘度的增加,單位時間內引發的鏈和動力學控制的終止鏈的數目不等,造成活性鏈濃度不斷增大所致。在自由基的連鎖聚合機理中,由於引入等活性假設,認為聚合反應速率等於鏈增長的速率,而鏈引發速率等於鏈終止速率。在聚合過程中,聚合熱難以移除,體系粘度的增加,使得鏈終止速率減小。

具體來說,鏈終止可分為三個階段:鏈自由基質心的平移、鏈段重排、雙基化學反應而終止。其中,第二階段鏈段重排是控制步驟,而其又主要受體系粘度控制。體系粘度隨轉化率增加後,鏈段重排受阻,活性段基甚至被包埋,導致雙基偶合終止困難,使得鏈終止速率常數Kt降低,自由基壽命延長。在轉化率達到40℅~50℅時,Kt減低更加顯著,而鏈增長速率常數基本上保持不變。從而使得綜合速率常數增加7~8倍,導致加速顯著。

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