5. Лабораторные работы

5.1.Синтез полимеров

5.1.1. Полимеризация акриламида в водном растворе

Цель работы. Изучить методы синтеза полимеров.

а) окислительно-восстановительное инициирование.

Ход работы.Акриламид массой 0,5 г растворяют в 50 мл дистиллированной воды, помещают в колбу емкостью 100 мл. К полученному раствору добавляют 2,5 мл раствора (NH₄)₂Fe(SO₄)₂6H₂Oс концентрацией 0,1 моль/л. Раствор перемешивают стеклянной палочкой и добавляют при помешивании 2,5 мл раствора пероксида водорода (концентрация 0,1 моль/л). Перемешивают смесь до загустения.

Определяют вязкость раствора в вискозиметре с диаметром капилляра 0,35 мм.

б) радиально-цепная полимеризация акриламида в водном растворе.

Ход работы.Навеску акриламида растворяют в воде и добавляют водорастворимый инициатор (пероксид водорода, персульфат аммония или персульфат натрия). Навески мономера, инициатора и объем воды указывает преподаватель. Смесь помещают в термостат и выдерживают до загустения раствора. Определяют вязкость раствора как указано в опыте а.

5.1.2.Поликонденсация глицерина и фталевого ангидрида

Ход работы.В фарфоровый тигель помещают 3,5 г фталевого ангидрида и 2 г глицерина. Смесь нагревают на электрической плитке. Через каждые 15 мин каплю полимера при помощи стеклянной палочки выливают на алюминиевую фольгу. Процесс ведут в течение 1,5 часов.

Определение кислотного числа.

1-2 г полимера растворяют в ацетоне и титруют раствором KOHконцентрацией 0,1 моль/л в присутствии фенолфталеина. Кислотное число рассчитывают по формуле:

К.Ч. = 5,61 Т

Т- титр КОН,V₀– объем раствора КОН пошедший на титрование навески полимера,V_К– объем раствора КОН пошедший на титрование растворителя,m– навеска полимера.

5.2. Коллоидно-химические свойства высокомолекулярных соединений и их растворов.

5.2.1. Определение зависимости вязкости от концентрации раствора и определение молекулярной массы полимера

Вискозиметрический метод определения молекулярной массы полимера основан на том, что молекулы полимеров линейного строения, значительно повышают вязкость растворителя, причём повышение вязкости раствора пропорционально увеличению концентрации.

Для определения вязкости раствора используют вискозиметр капиллярный стеклянный (рис. 1), который представляет собой U-образную трубку, в колено 1которой впаян капилляр4. Измерение вязкости при помощи вискозиметра основано на определении времени истечения через капилляр определенного объема жидкости из измерительного резервуара3 от отметки А до отметки В.

Вискозиметр капиллярный стеклянный

Рис. 1. 1 – колено; 2 – резервуар; 3 – измерительный резервуар; 4 – капилляр; 5 – колено; 6 – отводная трубка.

На практике определяют относительную вязкость ( η _отн ), т. е. отношение вязкости исследуемой жидкости ( η ) к вязкости стандартной жидкости (η_о ). В качестве стандартной жидкости обычно используют дистиллированную воду. Относительную вязкость определяют по времени истечения одинаковых объёмов исследуемой и стандартной жидкости через один и тот же капилляр. Для одного и того же вискозиметра уравнение Пуазейля принимает вид:

(1)

(обозначения с индексом «0» относятся к стандартной жидкости).

Если обе жидкости вытекают через капилляр под давлением собственного веса при равных высотах столба жидкости, то отношение давлений р/р₀можно заменить отношением их плотностей/₀, откуда:

(2)

Однако для разбавленных растворов можно считать, что плотность раствора и стандартной жидкости мало отличается друг от друга, поэтому расчётная формула упрощается:

(3)

где - время истечения раствора;₀- время истечения дистиллированной воды.

Рассчитывают удельную вязкостьрастворов по формуле:

, (4)

где - время истечения ВМС;- время истечения дистиллированной воды.

Разделив _уд на концентрацию полимера, получим приведённую вязкость.

(5)

Вязкостные свойства линейных макромолекул характеризуются величиной, не зависящей от концентрации – характеристической вязкостью []. Характеристическая вязкость является пределом приведённой вязкости при концентрации полимера, стремящейся к нулю.

С0

 определяют графическим методом откладывая на графике зависимость _пр – f (С)и экстраполируя прямую на ось ординат.

_пр



С

Рис. 2

Установлено, что связана с молекулярной массой полимера следующим уравнением:

= К· М^, (6)

где К- константа отражающая особенности химического строения макромолекул, ее значение зависит от молекулярной массы полимера;- константа, зависящая от строения полимера и его взаимодействия с растворителем; характеризует форму макромолекул в растворе и зависит от гибкости цепей.

Для водного раствора крахмала при 20⁰С

К = 1,32 ^.10^-4

 = 0,68 .

Найдя по графику характеристическую вязкостьи зная константу К и, находят молекулярную массу полимера, выражая ее из уравнения 6 и логарифмируя его:

; (7)

. (8)

Цель работы: знакомство с вискозиметрическим методом определения зависимости вязкости от концентрации раствора и нахождение молекулярной массы полимера.