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研究生:曾競輝
研究生(外文):Jing-huei Tzeng
論文名稱:使用α-甲基苯乙烯單體驗證苯乙烯單體熱聚合之雙聚合反應機構研究
論文名稱(外文):Determination of the Dimerization Mechanism for Thermal Polymerization of Styrene to α-Methylstyrene
指導教授:徐啟銘徐啟銘引用關係
指導教授(外文):Chi-min Shu
學位類別:碩士
校院名稱:國立雲林科技大學
系所名稱:環境與安全工程系碩士班
學門:工程學門
學類:環境工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:59
中文關鍵詞:反應機構雙聚合α-甲基苯乙烯紅外線光譜
外文關鍵詞:α-MethylstyreneInfrared spectrscopyDimerizationRecation mechanism
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苯乙烯單體為全世界四大化學用品原料,廣泛運用在各種不同聚合程序,用來生產聚苯乙烯 (PS)、苯乙烯丙烯腈共聚合物 (SAN) 及 ABS 塑膠等製品。 近年來,國內外發生數件因為苯乙烯單體所引發的火災爆炸事故,探討其事故發生原因,不外乎對於化學反應動力學及熱力學缺乏認識。 而苯乙烯聚合反應的動力學及放熱行為對工業上聚苯乙烯的製程與苯乙烯儲存或運輸的安全設計,扮演重要的關鍵角色,而為了準確求取動力參數,瞭解物質反應機構是有其必要性的。
本研究延續本實驗室先前對於苯乙烯熱聚合失控反應研究,更進一步確認反應機構,選用苯乙烯類化合物具有立體障礙因素之α-甲基苯乙烯單體,進行熱聚合反應研究,用以確認苯乙烯之熱聚合反應機構。本論文主要研究方式為先以以微差掃瞄熱卡計對α-甲基苯乙烯單體作熱穩定分析,根據所得之熱譜圖選定實驗條件與設計,以紅外線光譜作鑑定與分析。實驗結果得知α-甲基苯乙烯單體熱聚合反應初期會先形成不飽和二聚物,再形成飽和二聚物,最後才會達到聚合,此研究結果與先前文獻所提出隻苯乙烯熱聚合反應機構相似,得此結論可驗證苯乙烯熱聚合反應機構之關鍵反應步驟為二聚合反應。
Exothermic behaviors on thermal polymerization of styrene are important for applying the kinetics to industrial production of resins and to design safety for storage and transportation. Up to now, the reaction mechanism is not clearly understood on styrene polymerization, including its inherent hazards. The aim of this study was to identify the critical reaction step for styrene polymerization dominated with the dimerization by methyl substitutes, such as α-methylstyrene (AMS) monomer, with stereo hindrance approaches. Besides, we investigated previous mechanisms with validation by different analytical methods. This study helps us apprehend the reaction mechanisms of styrene under various conditions.
Through thermal polymerization, AMS monomer was converted into a mixture of polymers and dimers in separate reactions, as verified by the thermograms obtained by means of differential scanning calorimetry (DSC). The AMS monomer, in a strict sense, is not regarded as a styrenic monomer because methyl substitution on its side chain, rather than on its aromatic ring, reduces its capacity for reactivity in polymerization; thus it can be separated into two distinctly independent reactions. During polymerization, infrared (IR) absorption spectroscopy was used to identify reaction produce of reactant. The results indicate that the thermal polymerization of AMS involves two independent reactions, and the formation of either AMS dimer or metastable chemicals proves the validity of these mechanisms.
第一章 緒論 1
1.1 研究緣起 1
1.2 研究目的 4
1.3 研究內容 4
1.4 預期成果 4
1.5 研究流程 5
第二章 文獻回顧 6
2.1 國外文獻資料 6
2.1.1 沿革 (Historical background) 6
2.1.2 現今較被接受的機制 7
2.2 國內文獻資料 9
第三章 α-甲基苯乙烯單體與聚合反應機構的分類 11
3.1 α-甲基苯乙烯單體 11
3.1.1 α-甲基苯乙烯單體特色 11
3.1.2 抑制劑/第三丁基鄰苯二酚特性 12
3.1.3 TBC防止化學反應之詳細化學機制 13
3.2 聚合反應機構的分類 14
3.2.1 聚合體 (polymers) 14
3.2.2 逐步聚合反應 (stepwise polymerization) 15
3.2.3 鏈鎖聚合反應 (Chain polymerization) 16
第四章 儀器介紹與操作流程 18
4.1 實驗設備 18
4.2 儀器測試原理 18
4.2.1 微差掃描熱卡計 (Differential Scanning Calorimetry, DSC) 18
4.2.2 傅利葉轉換紅外線光譜法 (Fourier Transform Infrared Absorption Spectrophotometer, FT-IR) 21
4.2.3 膠體滲透層析儀 (Gel-Permeation Chromatography, GPC) 22
4.3 操作流程 30
4.3.1 微差掃瞄熱卡計實驗 30
4.3.2 傅利葉轉換紅外線光譜法實驗 31
4.3.2 膠體滲透層析實驗 32
第五章 結果與討論 33
5.1 DSC實驗結果 (experimental results by DSC) 33
5.1.1 DSC 昇溫聚合掃瞄 (dynamic scanning by DSC) 33
5.1.2 DSC 熱譜圖分析 (therogram analysis) 34
5.2 烘箱與高溫爐實驗結果 (experimental results by blast furnace and oven) 36
5.2.1 烘箱實驗 (oven tests) 36
5.2.2 高溫爐實驗 (blast furnace tests) 37
5.3 傅利葉轉換紅外線光譜吸收儀實驗結果 (FT-IR tests) 39
5.3.1 紅外線光譜重要吸收範圍 (infrared spectra of importance absorption region) 39
5.3.2 α-甲基苯乙烯紅外線光譜分析 (α-methylstyrene for infrared spectra analyses) 39
5.3.3 低溫可逆反應現象鑑定 (identification on reversible reaction) 40
5.3.4 二聚合反應鑑定 (identification on dimerization) 40
5.3.5 聚合反應鑑定 (identification on polymerization) 44
5.3.6 聚合反應機構探討 (discussion on polymerization mechanism) 44
第六章 結論與建議 55
6.1 結論 55
6.2 建議 56
參考文獻 57
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