Контрольные задания для СРС. 1.Применение поливинилацетата в производстве
1.Применение поливинилацетата в производстве
2. Методы полимеризации поливинилацетата
3. Описать наиболее распространенные виды ПВА
Лабораторная работа № 5
Кинетика набухания высокомолекулярных веществ
Цель:Определить степень набухания образца полимера
Приборы и реактивы:стакан 100мл, аналитические весы, фильтровальная бумага, расстворитель , образец полимера
Теоретические основы
Взаимодействие полимеров с растворителем обычно начинается с набухания. набуханием называют увеличение объема и веса высокомолекулярного вещества (ВМС) за счет поглощения низкомолекулярной жидкости (НМЖ) или ее паров. Причиной набухания служит различие свойств двух компонентов – ВМС и НМЖ, молекулы которых различаются по своим размерам в тысячи раз, а, следовательно, и по подвижности. В результате этого процессу растворения полимера всегда предшествует его набухание. Процесс набухания – это процесс одностороннего смешения, обусловленный большими размерами молекул ВМС.
Набухание связано с изменением структуры полимера, что приводит к значительному увеличению объема и массы образца. При этом не происходит разрыва химических связей вдоль цепи, а нарушаются более слабые межмолекулярные связи.
Основным фактором, обусловливающим набухание и растворение аморфных линейных полимеров, прежде всего, является их полярность. Если звенья цепи макромолекулы и молекулы НМЖ близки по полярности, то энергия взаимодействия между однородными и разнородными молекулами примерно одинакова происходит набухание (неограниченное или ограниченное). Если звенья цепи ВМС и растворителя сильно различаются по полярности, то ни набухания, ни растворения
Растворение ВМС тесно связано с гибкостью цепи (то есть со способностью полимерной цепи менять конформацию). Механизм растворения заключается в отделении цепей макромолекул друг от друга и диффузии их в НМЖ. Гибкая цепь может перемещаться по частям, поэтому нет необходимости отделения цепей друг от друга по всей длине, что требуют большой затраты энергии. Поэтому полимеры с гибкими цепями, как правило, неограниченно набухают и растворяются. Неполярные аморфные полимеры с гибкими цепями растворяются практически в любой неполярной жидкости. Жесткие цепи не могут перемещаться по частям, поэтому для их отделения друг от друга следует затратить значительную энергию. Аморфные линейные полимеры, жесткость цепей которых обусловлена присутствием полярных групп, хорошо набухают в сильнополярных жидкостях, но, как правило, при комнатной температуре в них не растворяются. Энергия взаимодействия между цепями зависит от их длины, поэтому для отделения длинных цепей друг от друга требуется большая затрата энергии чем для раздвижения коротких. Так с увеличением молекулярного веса в одном полимергомологическом ряду способность к растворению в одном и том же растворителе уменьшается. Это различие в способности к растворению используется для разделения полимеров на фракции. Для большинства полимеров растворимость с повышением температуры увеличивается. Ограниченно набухающие линейные полимеры при нагревании, как правило, растворяются. Образование химической связи между цепями препятствует отделению цепей друг от друга и переводу их в раствор. Сшитый полимер может ограниченно набухать. При наличии частой пространственной сетки полимер теряет способность набухать. Например, при увеличении содержания серы в полимере способность вулканизированного каучука к набуханию непрерывно падает, а эбонит (32 % серы) вообще не набухает.
Порядок выполнения работы
Степень набухания определяется массой жидкости, поглощенной 1г вещества. И выражается в процентах по отношению к первоначальной массе сухого вещества:
α = (m-m0)/m0
где m0 – масса сухого вещества, m – масса набухшего вещества.
Масса набухшего полимера m складывается из массы сухого образца и масса жидкости, поглощенной полимером q.
m = m0 + q
В стаканчик наливают исследуемую жидкость ( бензол, толуол,ксилол, бензин ) и через отверстие в крышке закрепляют на скрипке предварительно взвешенный образец (резина, каучук, и др.) Навеска 1,5-2г. В зависимости от скорости набухания (природа образца и растворителя) измерения ведутся в течение 1-3 часов через 10-30 минут. Перед взвешиванием образец и крючок высушивают фильтровальной бумагой и подвешивают на весах. Зная первоначальную массу сухого образца m0 и массу поглощенной жидкости, подсчитывают степень набухания.
Δm = m -m0,
Q= Δm/ m0*100%
Контрольные вопросы.
1. Что такое степень набухания?
2. Методы подбора растворителя
Рекомендуемая литература
1. Стрепихеев А.А., Дереицкая В.А Основы высокомолекулярных соединений. - М: Химия, 1976 г.
2. Торопцева Л.М., Белогородская К.В., Бондаренко В.М Лабораторный практикум по химии технологии высокомолекулярных соединений