5 Вивчення фвико-хімічних і технологічних властивостей високомолекулярних матеріалів

5.1 Мета роботи

Вивчити методики й експериментально визначити: стійкість високомолекулярних матеріалів до дії розчинів гідроксидів, кислот і органічних розчинників, визначити температурний інтервал плавлення, динамік)' зміни стану полімерних плівок при термічній обробці, одержання полімерного клею розплаву.

5.2 Вказівки з організації самостійної роботи

Під час підготовки до виконання лабораторної роботи необхідно вивчити теоретичний матеріал за літературними джерелами ([1], с. 217- 264; [2], с. 41-68), а також методичні вказівки до лабораторних робіт. Підготувати відповіді на контрольні запитання.

5.3 Високомолекулярні з’єднання

У поліграфічному виробництві знайшли широке застосування природні та синтетичні високомолекулярні з’єднання, починаючи з паперу, який яв.ляє собою складну композицію, що складається з целулоїдних волокон, з’єднаних водневими зв’язками між собою і проклеєною природними або синтетичними високомолекулярними речовинами.

До природних високомолекулярних речовин відноситься: льон, бавовна, шовк, каучук, крохмаль, каніфоль тощо.

Синтетичні високомолекулярні речовини створені штучно шляхом модифікації природних високомолекулярних з’єднань або з низькомо­лекулярних речовин.

З природного каучуку за допомогою каталізатора - сірки або її з’єднань створені різні види гум, які містять різноманітні наповнювачі, та стійкі до дії кислот, основ, різних розчинників. З целюлози створені різні варіанти нітроцелюлози, а також моно-, ди- та триацетатні полімери. Модифікована целюлоза у вигляді карбоксиметилцелюлози являє вихідну сировину для прозорих клеїв, а білкові клеї - кістковий, козеїновий, желатину й інші, є основними компонентами поліграфічного виробництва.

Синтетичні високомолекулярні сполучення одержують методами поліконденсації або полімеризації. В процесі поліконденсації одночасно з високомолекулярним сполученням утворюються і низькомолекулярні, такі як СO₂, НСl,Н₂O тощо.

Процес полімеризації призводить до утворення тільки високомоле­кулярних речовин, у тому числі: поліетилену, поліпропілену, фторопласта, полістиролу, полівінілхлориду, полівінілацєтату. капрону тощо.

Природні і синтетичні високомолекулярні речовини мають задоволь­няти цілому комплексу вимог, які пред’являються до матеріалів і продук­тів поліграфічного призначення. Серед основних вимог слід особливо виділити стійкість високомолекулярних сполук до дії води, 5% розчину гідроксид} натрію, 5% розчинів соляної, сірчаної, азотної й оцтової кислот, органічних розчинників: ацетону, спирту, бензину, уайтспириту.

Важливим практичним показником є термостійкість високомоле­кулярних з'єднань, а також термічна стійкість плівок з високомолекуляр­них з’єднань.

5.4 Стійкість високомолекулярних речовин у холодній і гарячій воді

Як об’єкт досліджень взяти гранули поліетилену, полістиролу, капрону, крохмаль, КМЦ, триацетатну плівку, плівку фторолону, каніфоль, декстрин.

Методика

У штатив з поліетилену встановити 10 чистих пробірок, заповнити на 3/4 обсягу дистильованою водою кімнатної температури. В першу помістити 2 гранули поліетилену, у другу - 2 гранули полістиролу, у третю - 2 гранули капрону, у четверту - плівку фторолону, у п’яту - триацетатну плівку, у шосту - небагато ≈1 г крохмалю, у сьому ≈ 0,5 г КМЦ, у восьму - кілька шматочків каніфолі, у дев’яту - небагато ≈1 г декстрину, десята пробірка заповнюється на 3/4 ємності дистильованою водою.

Підготовлені пробірки із зразками залишити в штативі на 15 хвилин, періодично спостерігаючи за станом зразків у воді. Через 15 хвилин записати результати спостережень у таблицю, а штатив із пробірками помістити у СВЧ-піч на 3 хвилини, з одночасною установкою водяного навантаження -1л дистильованої води. Через 3 хвилини штатив із пробірками дістати зі СВЧ-печі. За допомогою спиртового термометра вимірити температуру в десятій пробірці і записати в таблицю результати впливу гарячої води на високомолекулярні речовини, які знаходяться у пробірках:

t°			Високомолекулярні речовини
Води	1	2	3	4	5	6	7	8	9
20°С
80°С

5 .5 Стійкість високомолекулярних речовин в органічних розчинниках

Високомолекулярні речовини, що застосовуються в поліграфічному' виробництві, можуть контактувати з різними органічними розчинниками, пластифікаторами, сикативами тощо.

Методика

З метою виявлення стійкості високомолекулярних речовин до дії розчинників підготувати 5 чистих пробірок, установити їх у штативі і заповнити до 0,5 обсягу: першу - керосином, другу - уайтспиритом, третю - ацетоном, четверту - бутилацетатом (амілацетатом), п’яту - толуолом (ксилолом).

В пробірки помістити зразки високомолекулярних сполук: триаце­татну плівку, полістирол, поліетиленову плівку, сиру гуму. Пробірки з розчинниками і поміщеними в них зразками високомолекулярних речовин залишити в штативі на 45 хвилин. Після зазначеної витримки провести візуальний контроль зразків і результати спостережень записати в таблицю:

Розчинники	Високомолєкулярні речовини
	Поліетилен	Триацетат	Полістирол	Сира гума
Гас
Уайтспирит
Ацетон
Бутилацетат
Толуол

5.6 Стійкість високомолекулярних речовин до дії кислот і гідроксидів

Методика

У п’ять пробірок окремо налити по 0,5 об’єму соляної, сірчаної, азотної, оцтової кислоти і розчин гідроксиду натрію з концентрацією не більше 15%. Пробірки установити в штатив, і в розчини кислот і гідроксиду занурити зразки високомолекулярних речовин; поліетилену, триацетатної плівки, лавсану, полістиролу. Пробірки зі зразками високомолекулярних речовин залишити в штативі на 45 хвилин.

Після зазначеної витримки провести візуальний контроль зразків і результати спостережень записати в таблицю:

Агресивне середовище, 15%	Високомолєкулярні речовини
	Поліетилен	Триацетатна плівка	полістирол		лавсан
HCI
Н2S04
НNO3
СН3СООН
NаОН

5.7 Визначення температури плавлення високомолекулярних речовин

Методика

Підготувати зразки досліджуваних полімерів: поліетилену, триацетат­ної плівки, капрону, полістиролу, лавсану. Підключити електричний паяльник через ЛАТР у мережу і закріпити на жалі паяльника термопару. Термопару підключити до гальванометра із шкалою в °С. Подати напругу на паяльник так, щоб температура жала паяльника стала 60°С. Нагрітим паяльником доторкнутися до поверхні зразків по черзі і потримати паяль­ник на поверхні кожного зразка ЗО секунд. Послідовно збільшувати напругу на паяльнику так, щоб його жало придбало температуру 100, 130, 160, 200°С. Температуру жала паяльника контролювати за показниками гальванометра. Після досягнення кожної з зазначених температур доторк­нутися до поверхні високомолекулярних зразків і потримати 30 секунд.

Результати спостережень навести в таблиці:

Температура паяльника, °С	Високомолекулярні речовини
	Поліетилен	Триацетатна плівка	Капрон		Лавсан
60°С
100°С
130°С
160°С
200°С

5.8 Вивчення температурної деформації полімерних плівок

Полімерні плівки: поліетиленова, ламінована, триацетатна, діацетат - на, лавсанова і полівінілхлоридна знайшли широке застосування для лакування - покриття обкладинок книг для покращення товарного виду, захисту від забруднень і кліматичних впливів. Після приклеювання до обкладинки полімерна плівка піддається механічним впливам, хімічному і тепловому старінню.

Теплове старіння модифікованих і немодифікованих полімерних плівок призводить до зменшення їх подовжніх і поперечних геометричних розмірів. Швидкість і напрямок зміни геометричних розмірів можна визначити на окремих зразках плівок.

Методика

Від полімерної плівки відрізати смужку шириною 10 мм і довжиною 200 мм. Один кінець її закріпити в нерухомому держаку, а другий пропустити через щілину нагрівального пристрою і закріпити у держаку годинникового індикатора в натягнутому стані. Нагрівальний пристрій підключити через ЛАТР до мережі перемінного струму. В отвір нагрівального пристрою помістити термопару і підключити її до гальванометра. Включити ЛАТР у мережу і, поступово збільшуючи напругу, стежити за зміною температури нагрівального пристрою і зміною довжини полімерної плівки. Результати спостережень записати в звіті з лабораторної роботи, а за результатами виміру температури і довжин плівки побудувати графік залежності Δl від ΔТ, прийнявши початкове значення Δl на годинниковому індикаторі рівним нулю.

5.9 Вивчення властивостей полімерних гранул, що клеять, і порошків

Полімерні порошки і гранули, модифіковані різними добавками, знаходять широке застосування як терміта клеї при складанні книг й іншої полімерної продукції. Вони не містять розчинників і мають швидку схвачуваність. Клеюча властивість таких клеїв залежить від плинності (в’язкості) розплаву і здатності його утворювати з папером міцне еластичне з’єднання. Вибір режиму склеювання - тиск і температуру вибирають для кожного клею окремо.

Методика

Між аркушами паперу, які склеюються, помістити порошок полімер­ного клею. Нагріти електричний паяльник до 120°-150°С і провести по поверхні верхнього аркуша. Порошок клею, який залишився між аркушами, висипати на окремий аркуш паперу, а з’єднані аркуші перевірити на міцність клейового з’єднання. Результати спостережень записати в звіт з роботи.

5.10 Вивчення процесу полімеризації

З мономерів і передполімерів з використанням наповнювачів і каталізаторів виготовляють окремі елементи шрифтів технологічного оснащення тощо.

Методика

1. У металеву чашку налити 5-7 мл епоксидної смоли і додати 0,5 мл затверджувача і 0,5 мл дибутилфталату. Ретельно перемішати компоненти і залити підготовлену форму. Спостерігати за зміною температури форми. Після затвердіння епоксидної смоли розібрати ({юрму, витягти готовий виріб і перевірити його працездатність.

2. У металеву чашку насипати 10 г порошку АСТТ, додати до нього мономер у кількості 10 мл і перемішати компоненти. Спостерігати розігрів і загустіння полімерної маси, яка утвориться. Грузлу⁷ масу перенести у форму так, щоб вона рівномірно заповнила її. Після закінчення полімеризації й охолодження форми, розібрати, витягти готовий виріб і перевірити його працездатність.

Результати спостережень і перевірки виготовлених виробів записати у звіт з даної лабораторної роботи.

Контрольні запитання

1. Які природні високомолекулярні речовини застосовують у поліграфії?

2. Які відомі вам синтетичні високомолекулярні речовини застосо­вують в поліграфії?

3. Чим характеризується поведінка високомолекулярних речовину воді?

4. Що утвориться при розчиненні високомолеку лярних речовин у воді і чим характеризуються такі розчини?

5. Які процеси можуть спостерігатися під час взаємодії високо- молекулярних речовин з органічними розчинниками?

6. Що може відбуватися під час взаємодії розчинів кислот і гідроксидів з високомолекулярними речовинами?

7. Які вимоги пред'являються до високомолекулярних речовин під час взаємодії з водою, органічними розчинниками і водяними розчинами агресивних речовин?

8. Яким вимогам з нагрівостійкості мають задовольняти високо- молекулярні плівкові матеріали?

9. Як може змінитися характеристика триацетатної плівки при нагріванні?

10. Що таке тверді клеї й у чому відмінність їхнього застосування в порівнянні з розчинами клеїв?

11. Що таке полімеризація?

12. Що таке пластифікатори?

13. Що таке затверджувані?

14. Що таке наповнювачі?