链式反应 - Chain Reaction

链增长动画

活性链数: 0

聚合物总量: 0 M

链长分布

平均链长: 0.0

多分散系数 (PDI): 0.0

浓度-时间图

引发剂 [I] 单体 [M] 聚合物 [P] 自由基 [R·]

聚合速率-时间图

当前速率: 0.00 M/s

最大速率: 0.00 M/s

反应参数

速率常数

引发速率 k_d: 0.10 s⁻¹ 增长速率 k_p: 100 M⁻¹s⁻¹ 终止速率 k_t: 10000 M⁻¹s⁻¹

初始浓度

引发剂 [I]₀: 0.01 M 单体 [M]₀: 10.0 M

动画控制

动画速度: 1.0x 增长动画速度: 1.0x 时间尺度: 60 s

显示选项

显示粒子动画显示网格显示链长分布稳态近似

快速预设

自由基链式反应方程

引发: I → 2R· (k_d)

增长: R· + M → RM· (k_p)

终止: R· + R· → R-R (k_t)

自由基浓度: [R·] = (2f*k_d[I]/k_t)^0.5

聚合速率: R_p = k_p[M][R·]

动力学链长: ν = k_p[M]/(2f*k_dk_t)^0.5

单体转化率: X = 1 - [M]/[M]₀

什么是自由基链式反应聚合？

自由基链式反应聚合是一种链增长聚合机理，其中产生反应性中间体（自由基），然后以链反应方式添加单体单元，直到终止发生。该过程包括三个主要步骤：引发（从引发剂产生自由基）、增长（单体顺序添加到增长的链）和终止（两个自由基的结合或歧化）。这种机理负责生产许多常见的聚合物，包括聚乙烯、聚苯乙烯、PVC和PMMA。

链式反应机理

引发步骤：引发剂 I 分解形成两个初级自由基 R·，速率常数为 k_d。自由基生成速率为 R_i = 2f·k_d[I]，其中 f 是引发剂效率。
增长步骤：自由基添加到单体 M 上，在链端形成新自由基。这重复进行，速率为 R_p = k_p[M][R·]。
终止步骤：两个自由基结合（偶合）或歧化，速率为 R_t = 2k_t[R·]²。
稳态近似：假设 d[R·]/dt ≈ 0，[R·] = (f·k_d[I]/k_t)^0.5。

聚合动力学

速率方程：在稳态近似下，R_p = k_p(f·k_d/k_t)^0.5[M][I]^0.5。速率对单体为一级，对引发剂为半级。
动力学链长：ν = R_p/R_i = k_p[M]/(2f·k_d[I])^0.5。
聚合度：偶合终止时 X_n = 2ν，歧化终止时 X_n = ν。

分子量分布

多分散性：链增长聚合的最可几分布给出歧化终止的 PDI = 1.5，偶合终止的 PDI = 2.0。
分布形状：低终止速率（长链）在高转化率时给出较窄的分布。高终止速率给出较宽的分布。

工业应用

聚乙烯 (PE)：在高压和高温下由乙烯自由基聚合生产。用于包装、容器、玩具。
聚苯乙烯 (PS)：由苯乙烯聚合引发。用于泡沫包装、一次性杯子。
聚氯乙烯 (PVC)：氯乙烯悬浮或乳液聚合。用于管道、窗框。
聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)：有机玻璃。用于光学透镜、显示器。

影响聚合的因素

引发剂浓度：较高的 [I] 增加速率但降低分子量。
单体浓度：较高的 [M] 增加速率和分子量。
温度：通过 Arrhenius 方程增加所有速率常数。
链转移：链转移剂可用于控制分子量。