CN103145883B - 光引发溶液聚合的实验仪器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光引发溶液聚合的实验仪器，它包括机箱；机箱内设有若干个窄波紫外灯和聚合反应容器；机箱的底部设有滑动支撑架，若干个窄波紫外灯竖直设置在所述滑动支撑架上，且可沿所述滑动支撑架移动；沿若干个窄波紫外灯移动的方向上设置所述聚合反应容器，且若干个窄波紫外灯与所述聚合反应容器之间设有间距；聚合反应容器可绕其轴心进行转动；在窄波紫外灯移动的方向上设有光强传感器Ⅰ和光强传感器Ⅱ，且分别设置在聚合反应容器的两侧，光强传感器Ⅰ设置在靠近窄波紫外灯端，光强传感器Ⅱ设置在远离窄波紫外灯端，且光强传感器Ⅰ和光强传感器Ⅱ分别位于聚合反应容器的底部所处平面的下部和上部。本发明使用窄波紫外灯源作为光源，减少了高压汞灯等波长范围较宽光源中能量较高波长段对C-C键的破坏，同时能量较低的红外线的减少抑制了紫外灯点燃后光能向热能的转化，降低了紫外灯的温度对点燃时间的依赖，使光源更趋于稳定。

Description

光引发溶液聚合的实验仪器

技术领域

本发明涉及一种光引发溶液聚合的实验仪器，属于高聚物的光聚合合成技术领域。

背景技术

水溶性超高分子量聚合物（分子量大于10⁷）主要是指聚丙烯酰胺（PAM）类聚合物，是由丙烯酰胺均聚或与其它单体共聚而成，高分子量聚丙烯酰胺主要用作絮凝剂和增稠剂（《水溶性聚合物》严瑞瑄、陈振兴等，化学工业出版社，1988）。水溶性超高分子量聚合物的合成是一个自由基聚合或自由基共聚的过程，按照所提供能源的不同可以分为热引发聚合和光引发聚合。在热引发聚合反应过程中，热引发剂吸收热量生成初级活性自由基引发聚合反应，热引发剂一旦加入聚合体系，随着聚合反应的进行聚合热会不断的积累，导致热引发剂分解出现自加速现象，聚合体系中自由基浓度不易控制。在聚合中期，自加速现象明显，聚合体系自由基浓度和体系温度高，自由基相互作用而终止的概率增加，这是热引发聚合难以提高聚合物分子量的主要原因，同时自由基浓度变化幅度大，合成聚合物分子量分布较宽。相对于热引发聚合反应，光引发聚合反应是由光引发剂吸收光子分解而产生初级活性自由基，引发聚合反应。因此，就聚合过程的链式反应而言光引发聚合反应只有在链引发阶段需要吸收光辐射能量，并且，光引发剂对热不敏感，引发作用与温度无关（《高分子光化学原理及应用》李善君、纪才圭等，复旦大学出版社，2003）。所以控制聚合体系接收的光辐射能量就能实现对聚合体系中初级活性自由基的生成速率或生成量的控制。

为实现对聚合体系接收到的光辐射能量的控制，必须选择合适的实验仪器：待聚合溶液接受光照强度可测量，光照强度可通过一种或多种方式调节控制，相同位置待聚合溶液接受光照均匀，聚合体系局部受到光照强度可变化并且有一定规律性。目前，光化作用仪器分为光化学仪器和光聚合仪器，其中光化学仪器依据光源辐射方式的不同可分为侧面光照光化学仪器、内置式光照光化学仪器和顶置式光照光化学仪器。光聚合仪器集中应用于合成材料，依据待聚合材料接收到光照强度调节方式的不同，可以分为光照强度不可调节（或不连续调节）的光聚合仪器和可连续调节光照强度的光聚合仪器。基于自由基有效浓度调控水溶性超高分子量聚合物分子量的光聚合合成实验仪器尚未见有报导。

侧面光照又分为内腔光源光照和外部光源光照，专利申请CN102056848A公开了一种光化学反应器，其反应容器使用套管式结构，光源安置在反应容器的内腔中，这就限制了其对待反应液接收到辐射能量的调控，另外，套管式反应容器不利于光聚合实验产物的取出。专利申请CN101947426A公开了一种多试管搅拌-旋转式光化学反应装置，其试管由磁子对试管内进行搅拌，多个试管围绕光源旋转，光源经滤光后照射到旋转状态下的试管。该装置保证了反应溶液浓度的均匀性及各试管之间接受光照的均匀性，通过滤光处理使待反应液接收到较窄波长范围的光子，但是，该装置同样面临不能通过距离调节光照强度的制约，使用长度和内径之比较大的试管作为反应容器也不利于光聚合实验产物的取出。

文件申请CN2689411Y公开了一种生产电线电缆用紫外光交联设备，其紫外光照箱由若干个无极灯模块单元沿待交联电缆中心轴线方向依次排列并在距中心轴线一定距离的空间圆周上均匀分布组合组成。虽然设备实现了电缆绝缘层同一厚度的均匀交联，但是，该设备无极灯模块单元的位置是不可移动的，这就限制了该设备对光辐射能量的控制，不能连续调控光辐射能量。文件EP0933801叙述了一种聚合灯，其具有用于测量光源与待聚合材料之间的距离的装置、以及根据所述距离调整光源的照射功率或时间的灯控制单元。虽然聚合灯表现出考虑了以聚合参数的变化来控制光源的优点，但它并不能确保获得良好的聚合。测量光源与待聚合材料之间的距离不足以确保对聚合的精确控制，特别是对聚合体系微观部分的控制。光引发聚合体系包含光引发剂，光引发剂的激活特别取决于接收到的指定波长的光子数量。但是，测量距离并不能揭示应用于材料的焦平面的角度或形状，而材料接收到的光辐射能量取决于这些参数，所以，凭借光源与待聚合材料之间的测量距离不足以表示材料接收到的光辐射能量。

发明内容

本发明的目的是提供一种光引发溶液聚合的实验仪器，使聚合体系微分单元接收到的光辐射能量可测量、可计算，并以此为函数控制光引发聚合体系中初级活性自由基的生成速率，使光聚合体系中自由基浓度能保持在一个动态的稳定浓度。本发明能适用于普通光引发剂的水溶液聚合，可控制分子量和分子量分布。

本发明所提供的一种光引发溶液聚合的实验仪器，它包括机箱；所述机箱内设有若干个窄波紫外灯和聚合反应容器；

所述机箱的底部设有滑动支撑架，所述若干个窄波紫外灯竖直设置在所述滑动支撑架上，且可沿所述滑动支撑架移动；

沿所述若干个窄波紫外灯移动的方向上设置所述聚合反应容器，且所述若干个窄波紫外灯与所述聚合反应容器之间设有间距；所述聚合反应容器可绕其轴心进行转动；

在所述窄波紫外灯移动的方向上设有光强传感器Ⅰ和光强传感器Ⅱ，且分别设置在所述聚合反应容器的两侧，所述光强传感器Ⅰ设置在靠近所述窄波紫外灯端，所述光强传感器Ⅱ设置在远离所述窄波紫外灯端，且所述光强传感器Ⅰ和所述光强传感器Ⅱ分别位于所述聚合反应容器的底部所处平面的下部和上部。

上述的实验仪器中，所述滑动支撑架包括相连接的滑杆和螺旋杆，所述若干个窄波紫外灯设置在所述滑杆上，所述螺旋杆与电动机Ⅰ相连接，当所述电动机Ⅰ工作时带动所述螺旋杆旋转使所述窄波紫外灯移动来控制光源与所述聚合反应容器之间的距离。

上述的实验仪器中，所述若干个窄波紫外灯固定于灯座支架上，所述灯座支架固定于所述滑杆上。

上述的实验仪器中，所述聚合反应容器设于一转盘上，所述转盘与电动机Ⅱ相连接，以所述电动机Ⅱ的转动带动所述转盘上的所述聚合反应容器的转动。

上述的实验仪器中，所述转盘由铁、钴或镍制成，如钢材；

所述聚合反应容器的底盘由磁性材料制成，进而通过磁性效应，所述聚合反应容器就能牢牢地固定在所述转盘上。

上述的实验仪器中，所述转盘上设有一个圆台形的孔洞，所述孔洞的大口端面与所述聚合反应容器相连接；

所述聚合反应容器的底盘的下表面上设有一个与所述孔洞形状相应的圆台体，所述圆台体可放置于所述孔洞内；所述圆台体的高度小于所述孔洞的高度。

上述的实验仪器中，所述若干个窄波紫外灯与所述聚合反应容器之间设有遮光板。

上述的实验仪器中，所述机箱外设有一个带有刻度尺的测量装置，所述刻度尺的一端固定在所述灯座支架上，且所述刻度尺与所述滑杆平行设置，用于测量光源移动的距离、标定光源及检测紫外灯源衰减程度。

上述的实验仪器中，所述灯座支架的背光面设有送风机Ⅰ，在所述机箱的箱壁上设有送风机Ⅱ，且所述送风机Ⅰ与所述送风机Ⅱ位于同一水平面上；

所述机箱内还设有一个排风机，所述排风机设置在所述聚合反应容器的另一侧，且为远离所述窄波紫外灯的方向。

上述的实验仪器中，所述若干个窄波紫外灯之间、所述机箱的内壁上、所述聚合反应容器的内部和所述聚合反应容器的外壁上均设有温度探头，所述温度探头测量的温度信号可响应到计算机上，根据显示温度调节所述送风机Ⅰ的功率，以改变冷却介质的流量，保证紫外灯源温度稳定；根据所述机箱内侧的温度调节所述送风机Ⅱ和所述排风机的功率，控制冷却介质适当的流量，保证所述机箱内温度在合适的允许温度范围内，冷却介质从所述送风机Ⅰ进入所述机箱，经过光源、光照区和反应装置，由排风机送入风道排出，同时带走光照区的臭氧和其它挥发物以净化机箱环境；测量石英反应容器内外温度，通过热交换理论，可以初步判断聚合进行的程度。

上述的实验仪器中，所述机箱使用对紫外光有屏蔽作用的白铁皮制作而成，其内层涂有非光滑的吸光材料，以防因光的反射对实验数据准确性的影响。所述机箱的底部可以使用较厚的钢材或结合混凝土使用，增加机箱的重量，以减少电动机和风机工作时带来的震动。机箱的一个侧面可做成可活动开合的箱盖，以便聚合样品的取放及仪器的检修。机箱所有在光照区与外界相通的部分均使用百叶窗模式设计，以防止紫外线的泄露。

本发明提供的光引发溶液聚合实验仪器，能实现控制聚合体系微分单元中初级活性自由基的生成速率或生成量，其控制原理如下：

由于使用的反应容器的尺寸远小于光源的尺寸，可以认为反应装置接收到的光是一束平行光；因折射现象光在反应容器器壁中的光程发生变化，使用对紫外线吸收较小的石英材质制成器壁较薄的反应容器，就可以忽略反应容器对紫外线的吸收，即相同光照强度不同照射角度下，透射到石英器壁内的光照强度是相同的；为了简化计算，假设光的传播方向不随传播介质的不同或传播介质的浓度梯度的变化而改变。

如图4所示，光穿过微分单元404距离平行光401之间的空气与反应液照射到距离转动中心轴线r处，由于能量具有加和性，微分单元404接收到的光辐射能量就等于光源辐射能量减去空气与反应液吸收的光辐射能量。依据朗伯-比尔定律，微分单元404处的光照强度是：

$\begin{array}{c}I=I_0\exp [-{\mathrm{\ϵ}}_0{c}_0(R-\sqrt{R^2-r^2{\sin }^2\mathrm{\θ}})]\·\exp [-{\mathrm{\ϵ}}_p{c}_p(\sqrt{R^2-r^2{\sin }^2\mathrm{\θ}}-r\cos \mathrm{\θ})]\\ =I_0\exp [-{\mathrm{\ϵ}}_0{c}_{0}R+{\mathrm{\ϵ}}_p{c}_{p}r\cos \mathrm{\θ}-({\mathrm{\ϵ}}_p{c}_p-{\mathrm{\ϵ}}_0{c}_0)\sqrt{R^2-r^2{\sin }^2\mathrm{\θ}}]\end{array}---\left(1\right)$

式（1）中：I₀是离光源最近的反应容器内壁402光强，ε₀是空气的消光系数，c₀是空气吸光组分的浓度，ε_p是溶液的消光系数，c_p是溶液吸光组分的浓度，R是反应容器截面圆环的内径，θ是微分单元404和转动中心的连线与光照方向所成的角度。

微分单元404处光辐射功率：

$\begin{array}{c}P=\mathrm{I\ΔA}\\ =I_0\mathrm{h\Δ}1\exp [-{\mathrm{\ϵ}}_0{c}_{0}R+{\mathrm{\ϵ}}_{p}r\cos \mathrm{\θ}-({\mathrm{\ϵ}}_p{c}_p-{\mathrm{\ϵ}}_0{c}_0)\sqrt{R^2-r^2{\sin }^2\mathrm{\θ}}]\\ =I_{0}h\frac{2\mathrm{\πr}}{t_0}\mathrm{\Δtexp}[-{\mathrm{\ϵ}}_0{c}_{0}R+{\mathrm{\ϵ}}_p{c}_{p}r\cos \left(\frac{2\mathrm{\πr}}{t_0}\right)-({\mathrm{\ϵ}}_p{c}_p-{\mathrm{\ϵ}}_0{c}_0)\sqrt{R^2-r^2{\sin }^2\left(\frac{2\mathrm{\πt}}{t_0}\right)}]\end{array}---\left(2\right)$

式（2）中：I是微分单元404处的光照强度，ΔA是微分单元404的光辐射面积，h是溶液的高度；Δl是半径r的圆周微分长度，t₀是转盘转动一周所经历的时间，t是聚合反应时间，2πt/t₀是微分单元404转动t时间所经历的角度403。

距离转动中心轴线r处任意一点经过时间T接收到的光辐射能量为：

$Q={\∫}_0^T{I}_{0}h\frac{2\mathrm{\πr}}{t_0}\exp [-{\mathrm{\ϵ}}_0{c}_{0}R+{\mathrm{\ϵ}}_p{c}_p\cos \left(\frac{2\mathrm{\πt}}{t_0}\right)-({\mathrm{\ϵ}}_p{c}_p-{\mathrm{\ϵ}}_0{c}_0)\sqrt{R^2-r^2{\sin }^2\left(\frac{2\mathrm{\πt}}{t_0}\right)}]\mathrm{\Δt}---\left(3\right)$

为了计算方便，简化窄波紫外灯的紫外光波长为λ，对应的频率为ν，则：

待聚合溶液接收到的辐射光子数为：

N=Q/(hν)

根据量子效率的定义，φ=聚合体系中初级活性自由基的生成量／聚合溶液接收到的辐射光子数，则：

聚合体系微分单元T时间内初级活性自由基的生成量

$\begin{array}{c}=\mathrm{\φ}\×N\\ =\frac{\mathrm{\φ}}{\mathrm{h\ν}}{\∫}_0^T{I}_{0}h\frac{2\mathrm{\πr}}{t_0}\exp [{\mathrm{\ϵ}}_0{c}_{0}R+{\mathrm{\ϵ}}_p{c}_{p}r\cos \left(\frac{2\mathrm{\πt}}{t_0}\right)-({\mathrm{\ϵ}}_p{c}_p-{\mathrm{\ϵ}}_0{c}_0)\sqrt{R^2-r^2{\sin }^2\left(\frac{2\mathrm{\πt}}{t_0}\right)}]\mathrm{\Δt}\end{array}---\left(4\right)$

由式（4）可知，引发剂、光源波长和反应容器的内径选定后，影响距离转动中心轴线r处任意聚合体系微分单元初级活性自由基的生成速率的影响因素有：离光源最近的反应容器内壁处光强I₀、聚合反应时间t、r处溶液吸光组分的t时刻瞬时浓度c_p。

假设Δt时间内溶液吸光组分的浓度不变，则Δt时间内聚合体系中初级活性自由基的生成速率与反应时间Δt的积就是聚合体系中初级活性自由基的生成量。由此，通过计算聚合体系中初级活性自由基的生成速率与聚合反应时间t的积分面积，得到聚合反应时间t时刻聚合体系中初级活性自由基的总生成量，结合已知的溶液吸光组分的初始浓度，即可表征聚合体系t时刻r处溶液吸光组分的瞬时浓度c_p。

调控离光源最近的反应容器内壁处光强I₀是本发明光引发溶液聚合实验仪器设计的特点，通过本发明可控制I₀，也就实现了聚合体系微分单元中初级活性自由基的生成速率的调节，可有效控制聚合体系自由基浓度。

本发明提供的实验仪器，其中的旋转式光学反应装置使用侧面光辐射，依据朗伯-比尔定律，距离光源不同处的待聚合溶液接收到的光辐射能量不同，旋转过程中，每个微分单元接收到的光辐射能量发生周期性变化，可有效调节聚合体系微分单元中初级活性自由基的生成速率，为间歇式光照控制自由基浓度提供了新的方法。本发明的实验仪器的光源波长范围窄，光源波长可调，光照强度可连续调节，聚合体系初级活性自由基平均生成速率可控，使用计算机操作。与现有各类光化学仪器和光聚合仪器相比较，具有以下有益效果：

1、本发明使用窄波紫外灯源作为光源，避免或减少了高压汞灯等波长范围较宽光源中能量较高波长段对C-C键的破坏，同时能量较低的红外线的减少抑制了紫外灯点燃后光能向热能的转化，大大降低了紫外灯的温度对点燃时间的依赖，使光源更趋于稳定。

2、本发明使用紫外灯源作为光源，拆卸简单，为由于光引发剂的选择不同而需要更换光源波长提供了方便。对于使用多种光引发剂复配进行的光引发聚合实验，本发明可以通过针对所使用光引发剂的吸收波段之间的差异选择不同波长窄波紫外灯源的组合，为光引发聚合实验提供一种组合光源。

3、本发明可通过紫外灯源的使用组合数、光源与反应装置的距离调节，由实测光照强度调控光源强度，可连续调节聚合体系接收的光辐射能量，实现了控制初级活性自由基生成速率。

4、本发明实现了聚合体系微分单元接收到的光辐射能量的数学模型计算，为聚合体系微观部分控制建立了基础。

5、本发明使用的光强传感器、温度传感器和控制器均与计算机相连接，显示直观，控制方便，保证了数据监控的实时性和数据采集的连续性与准确性。

附图说明

图1为本发明的光引发溶液聚合实验仪器的结构示意图。

图2为本发明的光引发溶液聚合实验仪器的紫外灯的主视图和俯视图，其中图2（a）为主视图，图2（b）为俯视图。

图3为本发明的光引发溶液聚合实验仪器的反应容器的剖视图和俯视图，其中图3（a）为剖视图，图3（b）为俯视图。

图4为本发明计算光辐射的简化数学模型示意图。

图中各标记如下：100机箱、101灯座支架、102紫外灯、103滑动支撑架、104电动机Ⅱ、113电动机I、105转盘、106聚合反应容器、107送风机I、108送风机Ⅱ、109排风机、110风道、111测量装置、112刻度尺、114遮光板、115光强传感器I、116光强传感器Ⅱ、201金属元件、301孔洞、302底盘、303圆台体、401平行光、402聚合反应容器的内壁、403角度、404微分单元。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。

如图1、图2和图3所示，本发明提供的光引发溶液聚合实验仪器包括一个机箱100，其使用对紫外光有屏蔽作用的白铁皮制作而成，其内层涂有非光滑的、内添加紫外线吸收剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮的黑色涂料，能大量吸收照射其上的紫外光，以防因光的反射对实验数据准确性的影响；在机箱100的底部使用较厚的钢材，以增加其重量。在机箱100的底部上固定有一个滑动支撑架103，其包括相连接的滑杆（图中未示）和螺旋杆（图中未示），其中螺旋杆与电动机I113相连接，为螺旋杆提供旋转的动力。在滑杆上设有灯管支架101且可沿滑杆移动，其上固定有10个均匀布置的紫外灯102，且紫外灯102是通过金属元件201固定于灯管支架101上的。当螺旋杆在电动机I113的带动下转动时，灯管支架101则会在螺旋杆的带动下移动。在机箱100内，沿紫外灯102移动的方向上设有聚合反应容器106，其为圆柱形，其由石英支撑，且其底盘302由磁性材料制成。该聚合反应容器106设置于1个转盘105上，该转盘105与电动机Ⅱ104相连接，当其工作时就会带动转盘105转动，进而聚合反应容器106在转盘105的带动下也进行转动。其中转盘105是由钢材制成的，在其中心处设有一个圆台形的孔洞301，其大口端的直径为10mm，小口端的直径为5mm，且其大口端面与聚合反应容器106的底盘302相连接；同时在底盘302的下表面的中心处设有1个与该孔洞301的形状相应的圆台体303，该圆台体303可放置于该孔洞301内，且圆台体303的高度略小于孔洞301的高度，这样由于磁性效应，聚合反应容器106就能牢牢地固定在转盘105上。沿紫外灯102移动的方向上，在靠近聚合反应容器106处设有光强传感器Ⅰ115，并通过支架（图中未示）固定在机箱100的底部，且略低于转盘105的高度；同样在聚合反应容器106的另一侧设有光强传感器Ⅱ116，并通过支架（图中未示）固定在机箱100的底部，且可拆卸，略高于转盘105高度；光强传感器Ⅰ115、光强传感器Ⅱ116测量的光照强度信号可响应到计算机上，根据显示的光照强度调节紫外灯102的使用数量或位置。在紫外灯102与聚合反应容器106之间设有一个遮光板114。在机箱100外设有1个带有刻度尺112的测量装置111，该刻度尺112的一端固定在灯座支架101上，且该刻度尺与滑杆为平行设置，用于测量光源移动的距离、标定光源及检测紫外灯源衰减程度。在机箱100内，于灯座支架101的背光面设有送风机Ⅰ108，在机箱100的箱壁上设有送风机Ⅱ107，且该送风机Ⅰ108与送风机Ⅱ位于同一水平面上；机箱100内还设有一个排风机109，该排风机109设置在聚合反应容器106的另一侧，且为远离紫外灯102的方向，排风机109与设置在机箱100外的风道110相连接。在紫外灯102之间、机箱100的内壁上、聚合反应容器106的内部和聚合反应容器106的外壁上均设有温度探头（图中未示），这些温度探头测量的温度信号可响应到计算机上，根据显示温度调节送风机Ⅰ108的功率，以改变冷却介质的流量，保证紫外灯源温度稳定；根据机箱内侧的温度调节送风机107和排风机109的功率，控制冷却介质适当的流量，保证机箱内温度在合适的允许温度范围内，冷却介质沿着图1中的虚线箭头方向，冷却介质从送风机Ⅰ107进入机箱，经过光源、光照区和反应装置，由排风机109送入风道110排出，同时带走光照区的臭氧和其它挥发物以净化机箱环境。

使用本发明的光引发溶液聚合实验仪器，第一次安装紫外灯或更换灯时，都要进行光源的标定。

首先将10个紫外灯固定在灯座支架上，在同一水平线上（如灯源的中心），使用可移动的光强传感器Ⅱ116依次贴到各紫外灯源上，测量光强，每个紫外灯源连续测量30秒左右（计算机系统设置5秒采集一次数据），即测量6个数据点。待10个灯源的光强测定完成后，根据灯源的个体差异，重新排布灯源的位置，使得光在传播方向上，光强关于灯的中心对称分布。

将可移动的光强传感器安放在聚合反应容器的内壁处，分别选择紫外灯源的不同组合，由使用中间的两个紫外灯源组合到使用全部紫外灯源，移动光源，测量前端光强、聚合反应容器内壁光强与光源位置的关系。并将不同紫外灯源组合下的光强与光源位置的变化关系函数输入计算机中，并以此为离光源最近的反应容器内壁处光强I₀的控制基础。

设定聚合所需入射光照强度，选择合适的量程，即选择打开紫外灯源的组合数，根据光强与光源位置的函数关系，计算离光源最近的反应容器内壁处光强为I₀时对应的前端光强值，由前端光强传感器I115响应的光照强度，选择控制器光源移动方向是向前移动还是向后移动，这是通过改变电动机I113的电流方向实现的，然后按下开始移动按钮，接通电路，光源移动，待前端光强传感器响应的光照强度达到计算值时选择停止移动按钮，即此时离光源最近的反应容器内壁处光强为I₀。

每次使用本发明光引发溶液聚合实验仪器，都需提前开启仪器预热紫外灯源10min，以保证光源稳定。为了避免光源设施和反应装置设施及机箱发生接触或碰撞，应控制刻度尺的读数在15～60cm，即本发明光引发溶液聚合实验仪器中光源的移动范围为45cm。光源位置调节完成后，观察刻度尺的读数，若与标定值有较大偏差时，说明紫外灯源已有很大程度的衰减，应考虑更换紫外灯源。

根据光源标定结果，在光源光照强度最大辐射范围内实现了可连续调控，从而可通过灯数、灯距调控自由基的有效浓度。

聚合初始，待聚合溶液中吸光组分引发剂浓度高，靠近石英反应容器内壁（R-r）厚度的溶液吸收的光子数多，初级活性自由基的生成速率大，需要使用较小的光照强度。在溶液吸光能力较强、光辐射能量较弱的情况，厚度为（R-r）的溶液层能够吸收光源辐射的全部光子，其内层溶液无光辐射。随着聚合反应的进行，厚度为（R-r）的待聚合溶液中引发剂部分分解，浓度降低，吸收光子的能力下降。由公式（4）可知道，为初级活性自由基的生成速率稳定，需增加光照强度I₀，此时多余的光子透过（R-r）层被其内侧溶液吸收。

根据初级活性自由基的生成速率和引发剂的初始浓度，选择紫外灯源的使用组合数或调节光源与反应装置的距离，调节光照强度，可有效控制不同层位自由基浓度，实现由外侧到内侧的逐层光引发聚合。

通过对引发剂分解速率与光照强度的变化关系研究，并将此关系函数输入计算机中，以此函数控制光源的移动。

Claims (6)

1.一种光引发溶液聚合的实验仪器，它包括机箱；其特征在于：所述机箱内设有若干个窄波紫外灯和聚合反应容器；

所述机箱的底部设有滑动支撑架，所述若干个窄波紫外灯竖直设置在所述滑动支撑架上，且可沿所述滑动支撑架移动；

所述滑动支撑架包括相连接的滑杆和螺旋杆，所述若干个窄波紫外灯设置在所述滑杆上，所述螺旋杆与电动机Ⅰ相连接；

所述若干个窄波紫外灯固定于灯座支架上，所述灯座支架固定于所述滑杆上；

所述灯座支架的背光面设有送风机Ⅰ，在所述机箱的箱壁上设有送风机Ⅱ，且所述送风机Ⅰ与所述送风机Ⅱ位于同一水平面上；

所述机箱内还设有一个排风机，所述排风机设置在所述聚合反应容器的另一侧，且为远离所述窄波紫外灯的方向；

所述机箱使用对紫外光有屏蔽作用的白铁皮制作而成，其内层涂有非光滑的吸光材料，以防因光的反射对实验数据准确性的影响；

沿所述若干个窄波紫外灯移动的方向上设置所述聚合反应容器，且所述若干个窄波紫外灯与所述聚合反应容器之间设有间距；所述聚合反应容器可绕其轴心进行转动；

在所述窄波紫外灯移动的方向上设有光强传感器Ⅰ和光强传感器Ⅱ，且分别设置在所述聚合反应容器的两侧，所述光强传感器Ⅰ设置在靠近所述窄波紫外灯端，所述光强传感器Ⅱ设置在远离所述窄波紫外灯端，且所述光强传感器Ⅰ和所述光强传感器Ⅱ分别位于所述聚合反应容器的底部所处平面的下部和上部；

所述若干个窄波紫外灯之间、所述机箱的内壁上、所述聚合反应容器的内部和所述聚合反应容器的外壁上均设有温度探头。

2.根据权利要求1所述的实验仪器，其特征在于：所述聚合反应容器设于一转盘上，所述转盘与电动机Ⅱ相连接。

3.根据权利要求1或2所述的实验仪器，其特征在于：所述转盘由铁、钴或镍制成；

所述聚合反应容器的底盘由磁性材料制成。

4.根据权利要求1或2所述的实验仪器，其特征在于：所述转盘上设有一个圆台形的孔洞，所述孔洞的大口端面与所述聚合反应容器相连接；

所述聚合反应容器的底盘的下表面上设有一个与所述孔洞形状相应的圆台体，所述圆台体可放置于所述孔洞内；所述圆台体的高度小于所述孔洞的高度。

5.根据权利要求1或2所述的实验仪器，其特征在于：所述若干个窄波紫外灯与所述聚合反应容器之间设有遮光板。

6.根据权利要求2所述的实验仪器，其特征在于：所述机箱外设有一个带有刻度尺的测量装置，所述刻度尺的一端固定在所述灯座支架上，且所述刻度尺与所述滑杆平行设置。